專利名稱：一種數(shù)字三維示波器的波形數(shù)據(jù)處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于數(shù)字三維示波器技術領域，更為具體地講，涉及一種數(shù)字三維示波器的波形數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術：
隨著電子信號的帶寬和非平穩(wěn)特性的快速增長，對時域測試儀器的測試精度和速度提出了更高的要求。為滿足此類信號的測試要求，數(shù)字示波器需要具有高實時采樣率、高波形捕獲率和高精度的參數(shù)測量功能以保證信號的采集、捕捉和測量是可靠的。波形參數(shù)的測量功能是現(xiàn)代示波器必不可少的功能之一，其測量的精度和可靠性除了與系統(tǒng)的實時采樣率、存儲深度和噪聲水平等因素有關外，還與測試算法有關。數(shù)字三維不波器(DigitalThree-dimensional Oscilloscope,簡稱DT0)是指不僅能捕獲和顯示信號的時間-幅度(事件)信息，而且能夠以不同的輝度或顏色等級顯示不同事件出現(xiàn)概率的數(shù)字存儲示波器(Digital Storage Oscilloscope,簡稱DS0)(摘自《GB/T15289-2009數(shù)字存儲示波器規(guī)范》中的定義)。數(shù)字三維示波器采用基于并行結構的波形映射技術，使波形捕獲率大大提升，能夠在短時間內收集更多的波形，產生細節(jié)相當豐富的三維波形數(shù)據(jù)庫，包含時間、幅度以及幅度隨時間變化關系(即波形概率信息)。傳統(tǒng)的基于串行結構的數(shù)字存儲示波器，一次刷新周期內只能采集一幅波形數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的中央處理單元直接從采集存儲模塊中獲得波形數(shù)據(jù)用于進行波形參數(shù)分析和存儲。電壓參數(shù)測量是將采集到的波形數(shù)據(jù)進行逐個比較，從中選擇出最大值和最小值分別作為波形幅度的最大值和最小值；另外，統(tǒng)計波形數(shù)據(jù)中每個幅度值命中的次數(shù)，在統(tǒng)計之后會發(fā)現(xiàn)有兩個幅度值出現(xiàn)的頻率最高，一個是介于中間值和最大值之間，稱為頂端值，一個是介于中間值和最小值之間，稱為底端值。數(shù)字三維示波器在進行波形參數(shù)測量時，通常是以波形數(shù)據(jù)作為處理對象。和一般的數(shù)字存儲示波器一樣，三維數(shù)字示波器系統(tǒng)的中央處理單元從采集存儲模塊中以顯示刷新的速度周期性的讀入波形數(shù)據(jù)，以單幅波形的直方圖為依據(jù)，對多幅波形進行統(tǒng)計分析，并用均值或眾數(shù)作為脈沖參數(shù)的高、低狀態(tài)電平的估計。在上述數(shù)據(jù)處理過程中，相對于三維波形數(shù)據(jù)庫中的內容，中央處理單元處理的波形數(shù)據(jù)量很少，需要很長的時間才能對波形參數(shù)進行統(tǒng)計運算。同時，由于三維波形數(shù)據(jù)庫中的內容是多幅波形的疊加，其中包含的波形信息遠遠多于中央處理單元所分析的信息，甚至可能是中央處理單元沒有的，比如偶發(fā)的異常信號。因此以單幅波形的直方圖為依據(jù)，容易丟失異常信號的信息，使參數(shù)測量的精度受到影響。此外，均值容易受到最大值、最小值的極大影響，不是集中趨勢的最佳統(tǒng)計量，而眾數(shù)雖然具有最常發(fā)生的頻次，但也不能反映數(shù)據(jù)集中趨勢的分布情況。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種數(shù)字三維示波器的波形數(shù)據(jù)處理方法，改變用于波形參數(shù)測量的數(shù)據(jù)對象，使用更優(yōu)化的算法，從而提高參數(shù)測量的精確度和減少數(shù)據(jù)處理時間。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明數(shù)字三維示波器的波形數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟(I)、ADC采集信號的垂直分辨率為dbit，一次采集的采樣點數(shù)為k，每個采樣點有m = 2d個幅度樣本值Snri = 2d-1, I < i < m,將N幅波形的采樣點映射到三維波形數(shù)據(jù)庫，該三維波形數(shù)據(jù)庫可以表示為mXk 二維矩陣A

權利要求
1.一種數(shù)字三維示波器的波形數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟(I)、ADC采集信號的垂直分辨率為dbit，一次采集的采樣點數(shù)為k，每個采樣點有m 2d個幅度樣本值Snri = 2d-1, I < i < m，將N幅波形的采樣點映射到三維波形數(shù)據(jù)庫，該J 維波形數(shù)據(jù)庫可以表示為mXk 二維矩陣A
2.根據(jù)權利要求1所述的波形數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟(2)中K均值聚類算法包括以下步驟I)、直方圖H中第一個命中次數(shù)不為O的幅度樣本值為Sx，最后一個命中次數(shù)不為O的幅度樣本值sy,其中O (-) sx (-) sy (-) sm_lt)假設s' = (sx+sy) /2,則將Sx與s'之間的幅度樣本值劃分為集合1，將s,與Sy之間的幅度樣本值劃分為集合2。根據(jù)公式:Σ(矣 DΣ丨分別計算出集合I中所有幅度樣本值的加權平均瓦作為H1otot的初始聚類中心對象，集合2中所有幅度樣本值的加權平均5；作為Huppot的初始聚類中心對象，其中OS。②分別計算m個幅度樣本值S(l，S1,…，Snrl與初始聚類中心對象瓦和5；之間的距離，把與瓦距離最小的Snri劃分在一起作為聚類1，把與瓦距離最小的Snri劃分在一起作為聚類2 ；③分別對聚類I和聚類2中的所有幅度樣本值求加權平均，并將該均值作為新的聚類中心對象瓦, ;④重復②、③步直到聚類中心對象不再改變，則聚類I中的幅度樣本值構成Huppot，聚類 2中的幅度樣本值構成H1otot。
3.根據(jù)權利要求1所述的波形數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟(3)中波形頂端值和底端值Vbase采用最小中位數(shù)平方法計算，分別在直方圖Huppct和H1otot中找到一個包含50%的波形命中次數(shù)的最小幅度間隔，以此幅度間隔的中位數(shù)作為對頂端值和底 端值Vbase的估計。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字三維示波器的波形數(shù)據(jù)處理方法，將一次刷新周期內采集到的多幅波形數(shù)據(jù)映射到三維波形數(shù)據(jù)庫，將該三維數(shù)據(jù)庫的內容作為數(shù)據(jù)處理對象進行統(tǒng)計直方圖分析，采用K均值聚類算法將直方圖分為高低兩個部分，即Hupper和Hlower兩個部分。根據(jù)Hupper和Hlower估計脈沖參數(shù)的高、低狀態(tài)電平，即頂端值vtop和底端值vbase。根據(jù)頂端值vtop和底端值vbase可計算其它的波形參數(shù)，如幅度、上升/下降時間、周期等。采用本發(fā)明可以避免異常值和偶發(fā)信號對波形參數(shù)測量的影響，在高噪聲的情況下能有效的提高幅度類參數(shù)測量結果的精確度。
文檔編號G01R13/02GK102998500SQ20121056638
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權日2012年12月24日
發(fā)明者葉芃, 張沁川, 潘卉青, 黃武煌, 杜興批 申請人:電子科技大學