一种基于分段切比雪夫距离的复杂波形触发方法

摘要

本发明公开了一种基于分段切比雪夫距离的复杂波形触发方法，通过引入波形相似性度量解决了多次触发问题：利用相似性度量原理，将实时捕获样本波形与存储的参考波形进行比较，相似值表示输入波形相对于参考波形的近似程度，并且可以根据相似性阈值产生触发脉冲，从而使得复杂信号波形稳定显示。同时，本发明引入模糊隶属度函数使得波形相似性的比较不受波形的实际幅值以及噪声电平的多样性的影响，使得波形相似性判断更为准确。另一方面，在实际应用中，算法的分段长度可以根据具体硬件设计平台动态调整，保证算法响应速度和硬件资源消耗的平衡。

说明书

技术领域

本发明属于数字存储示波器触发技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于基于分段切比雪夫距离的复杂波形触发方法。

背景技术

数字存储示波器的重要功能是能捕捉用户感兴趣的波形并进行分析。对于简单波形，采用常规电平触发技术产生与输入信号周期一致的触发信号可以使得波形稳定显示如图1所示。

然而，对于复杂信号，一个周期内可能会包含多个重复的信号特征对应多个触发点。如图2所示，复杂信号周期内出现多次相同的电平特征，数字存储示波器将会把不同边沿的信号作为触发点重叠在一起，从而造成波形叠加现象产生，使得波形无法稳定显示。

发明内容

本发明的目的在于克服电平触发的不足，提出一种基于基于分段切比雪夫距离的复杂波形触发方法，以解决触发复杂信号的同步触发问题的困难，快速准确地在数字存储示波器上呈现出复杂信号的稳定波形。

为实现上述发明目的，本发明基于分段切比雪夫距离的复杂波形触发方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、先采集被测信号，获取长度n的参考样点序列，记为(R₀,R₁,...,R_n-1)，其中，n根据被测信号的周期估计确定，n大于被测信号的周期，使得参考样点序列包括一个完整周期的被测信号；

(2)、将长度为n的参考样点序列分为若干段，每段长度为m，则第i段为：(R_i*m,R_i*m+1,...,R_i*m+m-1)，其中，i＝0,1,...,n/m-1；

(3)、实时采集被测信号，获取长度为n的采样序列(x₀,x₁,...,x_n-1)，并计算其与参考样点序列(R₀,R₁,...,R_n-1)各分段之间的切比雪夫距离：

其中，i＝0,1,...,n/m-1；

即第i段中，位置j从0到m-1，采样序列与参考样点序列中差值最大值作为第i段的切比雪夫距离；

(4)、再计算分段切比雪夫距离pcd：

(5)、利用模糊隶属度函数，计算参考样点序列与采样序列的相似度S：

其中，K为常数，且K>0；

(6)、当相似度S>α时，生成触发信号，并在接下来的n-1个采样点禁止触发产生，其中，α为设定相似性阈值α(0<α<1)。

本发明的目的是这样实现的。

复杂信号周期内的多个相同信号特征会导致多次触发，从而导致波形不稳定显示，本发明基于分段切比雪夫距离的复杂波形触发方法引入波形相似性度量解决了多次触发问题：利用相似性度量原理，将实时捕获样本波形与存储的参考波形进行比较，相似值表示输入波形相对于参考波形的近似程度，并且可以根据相似性阈值产生触发脉冲，从而使得复杂信号波形稳定显示。同时，本发明引入模糊隶属度函数使得波形相似性的比较不受波形的实际幅值以及噪声电平的多样性的影响，使得波形相似性判断更为准确。另一方面，在实际应用中，算法的分段长度可以根据具体硬件设计平台动态调整，保证算法响应速度和硬件资源消耗的平衡。

附图说明

图1是简单波形正常触发稳定显示的波形示意图；

图2是复杂波形触发异常导致的波形叠加示意图；

图3是基于分段切比雪夫距离的复杂波形触发方法的流程图；

图4是第0段的切比雪夫距离计算示意图；

图5是分段切比雪夫距离计算的实现原理图；

图6是参考样点序列的波形图；

图7是被测信号、相似度以及触发信号的时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图3是基于分段切比雪夫距离的复杂波形触发方法的流程图。

在本实施例中，如图3所示，本发明基于分段切比雪夫距离的复杂波形触发方法包括以下步骤：

步骤S1：参考样点序列采集

先采集被测信号，获取长度n的参考样点序列，记为(R₀,R₁,...,R_n-1)，其中，n根据被测信号的周期估计确定，n大于被测信号的周期，使得参考样点序列包括一个完整周期的被测信号。在实际实施过程中，可以由一个较小的长度n不断增大，直到能得到一个稳定的显示波形为止。

步骤S2：参考样点序列分段

将长度为n的参考样点序列分为若干段，每段长度为m，则第i段为：(R_i*m,R_i*m+1,...,R_i*m+m-1)，其中，i＝0,1,...,n/m-1。在具体实施过程中，为了便于实施，可选取n＝2^p，m＝2^q来简化硬件设计，其中，p小于q，p、q为正整数。

步骤S3：采样序列实时采集，并计算与参考样点序列各分段之间的切比雪夫距离

实时采集被测信号，获取长度为n的采样序列(x₀,x₁,...,x_n-1)，并计算其与参考样点序列(R₀,R₁,...,R_n-1)各分段之间的切比雪夫距离：

其中，

即第i段中，位置j从0到m-1，采样序列与参考样点序列中差值最大值作为第i段的切比雪夫距离。

在本实施例中，长度为n的采样序列(x₀,x₁,...,x_n-1)采用先进先出方式，不断存入长度为n的FIFO存储器中的方式获得。

步骤S4：计算分段切比雪夫距离

通过以下公式，计算分段切比雪夫距离pcd：

步骤S5：利用模糊隶属度函数，计算相似度S

通过以下公式，计算相似度S

其中，K为常数，且K>0。

步骤S6：相似度S是否小于设定的相似性阈值α

当相似度S>α时，生成触发信号，并在接下来的n-1个采样点禁止触发产生，其中，α为设定相似性阈值α(0<α<1)。

从流程来讲，如果不满足相似度S>α时，返回下一个即采样点移动一位继续比较。但硬件上，其根据时序，不停存入采样点，不停进行计算，当相似度S>α时，生成触发信号。

图4是第0段的切比雪夫距离计算示意图。

在本实施例中，如图4所示，参考样点序列第0段，从位置0到m-1即(R₀,R₁,...,R_m-1)与采样序列(x₀,x₁,...,x_m-1)位置0到m-1进行一一对应进行差值计算，然后取绝对值(abs)，然后，在比较器中选取最大值作为第0段的切比雪夫距离

图5是分段切比雪夫距离计算的实现原理图。

在本实施例中，如图5所示，可采用累加的方式获得累加值，然后采用乘法器乘以m/n，即实现了分段切比雪夫距离pcd的计算，其中L＝n/m-1。

在本实施例中，用户首先根据被测信号的先验信息，将长度n取值为1024，采集获取长度n＝1024的序列作为参考样点序列(R₀,R₁,...,R_n-1)；然后，将每一段的长度m取值为8，计算出128段切比雪夫距离，然后进行累加求平均。

在本实施例中，令常数K＝σ，其中，σ是参考样点序列(R₀,R₁,...,R_n-1)的标准差；最后，调节相似性阈值α，以稳定波形显示。本发明可以实现复杂信号的准确触发，使得复杂信号能够稳定显示。

图6是参考样点序列的波形图。

在本实施例中，如图6所示，参考样点序列的长度为1024，等于被测信号的周期，被测信号的每个周期为一个幅度逐渐变小的正弦信号。

图7是被测信号、相似度以及触发信号的时序图。

在本实施例中，如图7所示，在采样点移位点数为2000时，得到触发信号，这样在被测信号的周期内以及被测信号不同位置产生触发信号，解决了触发复杂信号的同步触发问题。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。