一种数字三维示波器的波形数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种数字三维示波器的波形数据处理方法，将一次刷新周期内采集到的多幅波形数据映射到三维波形数据库，将该三维数据库的内容作为数据处理对象进行统计直方图分析，采用K均值聚类算法将直方图分为高低两个部分，即Hupper和Hlower两个部分。根据Hupper和Hlower估计脉冲参数的高、低状态电平，即顶端值vtop和底端值vbase。根据顶端值vtop和底端值vbase可计算其它的波形参数，如幅度、上升/下降时间、周期等。采用本发明专利技术可以避免异常值和偶发信号对波形参数测量的影响，在高噪声的情况下能有效的提高幅度类参数测量结果的精确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字三维示波器
，更为具体地讲，涉及。
技术介绍
随着电子信号的带宽和非平稳特性的快速增长，对时域测试仪器的测试精度和速度提出了更高的要求。为满足此类信号的测试要求，数字示波器需要具有高实时采样率、高波形捕获率和高精度的参数测量功能以保证信号的采集、捕捉和测量是可靠的。波形参数的测量功能是现代示波器必不可少的功能之一，其测量的精度和可靠性除了与系统的实时采样率、存储深度和噪声水平等因素有关外，还与测试算法有关。数字三维不波器(DigitalThree-dimensional Oscilloscope,简称DT0)是指不仅能捕获和显示信号的时间-幅度(事件)信息，而且能够以不同的辉度或颜色等级显示不同事件出现概率的数字存储示波器(Digital Storage Oscilloscope,简称DS0)(摘自《GB/T15289-2009数字存储示波器规范》中的定义)。数字三维示波器采用基于并行结构的波形映射技术，使波形捕获率大大提升，能够在短时间内收集更多的波形，产生细节相当丰富的三维波形数据库，包含时间、幅度以及幅度随时间变化关系(即波形概率信息)。传统的基于串行结构的数字存储示波器，一次刷新周期内只能采集一幅波形数据，系统的中央处理单元直接从采集存储模块中获得波形数据用于进行波形参数分析和存储。电压参数测量是将采集到的波形数据进行逐个比较，从中选择出最大值和最小值分别作为波形幅度的最大值和最小值；另外，统计波形数据中每个幅度值命中的次数，在统计之后会发现有两个幅度值出现的频率最高，一个是介于中间值和最大值之间，称为顶端值，一个是介于中间值和最小值之间，称为底端值。数字三维示波器在进行波形参数测量时，通常是以波形数据作为处理对象。和一般的数字存储示波器一样，三维数字示波器系统的中央处理单元从采集存储模块中以显示刷新的速度周期性的读入波形数据，以单幅波形的直方图为依据，对多幅波形进行统计分析，并用均值或众数作为脉冲参数的高、低状态电平的估计。在上述数据处理过程中，相对于三维波形数据库中的内容，中央处理单元处理的波形数据量很少，需要很长的时间才能对波形参数进行统计运算。同时，由于三维波形数据库中的内容是多幅波形的叠加，其中包含的波形信息远远多于中央处理单元所分析的信息，甚至可能是中央处理单元没有的，比如偶发的异常信号。因此以单幅波形的直方图为依据，容易丢失异常信号的信息，使参数测量的精度受到影响。此外，均值容易受到最大值、最小值的极大影响，不是集中趋势的最佳统计量，而众数虽然具有最常发生的频次，但也不能反映数据集中趋势的分布情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供，改变用于波形参数测量的数据对象，使用更优化的算法，从而提高参数测量的精确度和减少数据处理时间。为实现上述专利技术目的，本专利技术数字三维示波器的波形数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤(I)、ADC采集信号的垂直分辨率为dbit，一次采集的采样点数为k，每个采样点有m = 2d个幅度样本值Snri = 2d-1, I < i < m,将N幅波形的采样点映射到三维波形数据库，该三维波形数据库可以表示为mXk 二维矩阵A 权利要求1.，其特征在于，包括以下步骤(I)、ADC采集信号的垂直分辨率为dbit，一次采集的采样点数为k，每个采样点有m 2d个幅度样本值Snri = 2d-1, I < i < m，将N幅波形的采样点映射到三维波形数据库，该J 维波形数据库可以表示为mXk 二维矩阵A 2.根据权利要求1所述的波形数据处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中K均值聚类算法包括以下步骤I)、直方图H中第一个命中次数不为O的幅度样本值为Sx，最后一个命中次数不为O的幅度样本值sy,其中O (-) sx (-) sy (-) sm_lt)假设s' = (sx+sy) /2,则将Sx与s'之间的幅度样本值划分为集合1，将s,与Sy之间的幅度样本值划分为集合2。根据公式:Σ(矣 DΣ丨分别计算出集合I中所有幅度样本值的加权平均瓦作为H1otot的初始聚类中心对象，集合2中所有幅度样本值的加权平均5；作为Huppot的初始聚类中心对象，其中OS。②分别计算m个幅度样本值S(l，S1,…，Snrl与初始聚类中心对象瓦和5；之间的距离，把与瓦距离最小的Snri划分在一起作为聚类1，把与瓦距离最小的Snri划分在一起作为聚类2 ；③分别对聚类I和聚类2中的所有幅度样本值求加权平均，并将该均值作为新的聚类中心对象瓦, ;④重复②、③步直到聚类中心对象不再改变，则聚类I中的幅度样本值构成Huppot，聚类 2中的幅度样本值构成H1otot。3.根据权利要求1所述的波形数据处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中波形顶端值和底端值Vbase采用最小中位数平方法计算，分别在直方图Huppct和H1otot中找到一个包含50%的波形命中次数的最小幅度间隔，以此幅度间隔的中位数作为对顶端值和底 端值Vbase的估计。全文摘要本专利技术公开了，将一次刷新周期内采集到的多幅波形数据映射到三维波形数据库，将该三维数据库的内容作为数据处理对象进行统计直方图分析，采用K均值聚类算法将直方图分为高低两个部分，即Hupper和Hlower两个部分。根据Hupper和Hlower估计脉冲参数的高、低状态电平，即顶端值vtop和底端值vbase。根据顶端值vtop和底端值vbase可计算其它的波形参数，如幅度、上升/下降时间、周期等。采用本专利技术可以避免异常值和偶发信号对波形参数测量的影响，在高噪声的情况下能有效的提高幅度类参数测量结果的精确度。文档编号G01R13/02GK102998500SQ20121056638公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日专利技术者叶芃, 张沁川, 潘卉青, 黄武煌, 杜兴批 申请人:电子科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字三维示波器的波形数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、ADC采集信号的垂直分辨率为dbit，一次采集的采样点数为k，每个采样点有m＝2d个幅度样本值sm?i＝2d?i,1≤i≤m，将N幅波形的采样点映射到三维波形数据库，该三维波形数据库可以表示为m×k二维矩阵A：A=sm-1sm-2···s0a11,a12,···,a1ka21,a22,···,a2k··················am1,am2,·&CenterDot;·,amk其中，aij是N幅波形采集中第j个采样点幅度样本值为sm?i的命中次数，Σi=1maij=N;构造矩阵A代表的波形幅度密度的直方图H如下：H=sm-1sm-2···s0a11,a12,···,a1ka21,a22,···,a2k··················am1,am2,···,amk11···1=Σj=1ka1jΣj=1ka2j···Σj=1kamj=sm-1sm-2···s0h1h2···hm其中，hi,1≤i≤m是幅度样本值sm?i在N幅波形采集中的命中总次数；(2)、用K均值聚类算法将直方图H划分为Hupper和Hlower两个部分；(3)、根据Hupper和Hlower计算波形顶端值vtop和底端值vbase；(4)、根据顶端值vtop和底端值vbase，计算其他波形参数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶芃，张沁川，潘卉青，黄武煌，杜兴批，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：