一种数字三维示波器的波形数据处理方法

摘要

本发明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H_upper和H_lower两个部分。根据H_upper和H_lower估计脉冲参数的高、低状态电平，即顶端值v_top和底端值v_base。根据顶端值v_top和底端值v_base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。

主权项

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d bit，一次采集的采样点数为k，每个采样点有m＝2^d个幅度样本值s_m‑i＝2^d‑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：$A=\begin{array}{c}{s}_{m-1}\\ s_{m-2}\\ .\\ .\\ .\\ s_0\end{array}\left(\begin{array}{c}{a}_{11},a_{12},...,a_{1k}\\ a_{21},a_{22},...,a_{2k}\\ ..................\\ a_{m1},a_{m2},...,a_{\mathrm{mk}}\end{array}\right)$其中，a_ij是N幅波形采集中第j个采样点幅度样本值为s_m‑i的命中次数，$\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{ij}}=N,1\le j\le k;$构造矩阵A代表的波形幅度密度的直方图H如下：$H=\begin{array}{c}{s}_{m-1}\\ s_{m-2}\\ .\\ .\\ .\\ s_0\end{array}\left(\begin{array}{c}{a}_{11},a_{12},...,a_{1k}\\ a_{21},a_{22},...,a_{2k}\\ ..................\\ a_{m1},a_{m2},...,a_{\mathrm{mk}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{k}{\Sigma }}{a}_{1j}\\ \underset{j=1}{\overset{k}{\Sigma }}{a}_{2j}\\ .\\ .\\ .\\ \underset{j=1}{\overset{k}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{mj}}\end{array}\right)=\begin{array}{c}{s}_{m-1}\\ s_{m-2}\\ .\\ .\\ .\\ s_0\end{array}\left(\begin{array}{c}{h}_1\\ h_2\\ .\\ .\\ .\\ h_m\end{array}\right)$其中，h_i,1≤i≤m是幅度样本值s_m‑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H_upper和H_lower两个部分，具体包括以下步骤：①直方图H中第一个命中次数不为0的幅度样本值为s_x，最后一个命中次数不为0的幅度样本值s_y，其中0≤s_x≤s_y≤s_m‑1；假设s′＝(s_x+s_y)/2，则将s_x与s′之间的幅度样本值划分为集合1，将s′与s_y之间的幅度样本值划分为集合2；根据公式：$\bar{s}=\frac{1}{\Sigma h_i}*\Sigma (h_i*s_i)$分别计算出集合1中所有幅度样本值的加权平均作为H_lower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作为H_upper的初始聚类中心对象，其中$0\le \overline{s_b}\le \overline{s_t}\le s_{m-1};$②分别计算m个幅度样本值s₀,s₁,…,s_m‑1与初始聚类中心对象和之间的距离，把与距离最小的s_m‑i划分在一起作为聚类1，把与距离最小的s_m‑i划分在一起作为聚类2；③分别对聚类1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④重复②、③步直到聚类中心对象不再改变，则聚类1中的幅度样本值构成H_upper，聚类2中的幅度样本值构成H_lower；(3)、分别在直方图H_upper和H_lower中找到一个最小幅度间隔，该幅度间隔的起始位置至终点位置的累计命中次数大于等于直方图H_upper或H_lower命中次数总和的50％，且是所有满足上述条件中的最小幅度间隔，以该幅度间隔的起始位置和终点位置幅度的中位数作为对顶端值v_top或底端值v_base的估计；(4)、根据顶端值v_top和底端值v_base，计算其他波形参数。