[發明專利]基于奇異譜熵的數字示波器異常信號檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201710001819.3
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN106645856B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 蔣俊;楊擴軍;孫凱;邱渡裕;趙勇;林祥軒
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R13/02
• 分類號: G01R13/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平;陳靚靚

1.一種基于奇異譜熵的數字示波器異常信號檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：對輸入信號x(t)進行持續采樣，得到每幅波形數據的采樣信號x(τ)，其中t表示時間，τ表示采樣時刻；

S2：計算第1至第a幅波形數據的奇異譜熵E_i，其中i表示波形序號，i＝1,2,…,a，a表示預設的波形數據幅數，然后求取平均值作為奇異譜熵比較閾值G；

S3：對于第a+1幅及以后波形數據，計算每幅波形數據的奇異譜熵E_j，其中j＝a+1,a+2,…，如果E_j＞G，則判定當前的波形數據為異常信號，將對應波形數據進行存儲和顯示，否則判定當前的波形數據為正常信號，不作任何操作。

2.根據權利要求1所述的數字示波器異常信號檢測方法，其特征在于，所述奇異譜熵的計算方法為：

1)對波形數據的采樣信號進行特征值抽樣處理，記抽樣后的波形數據為X＝{x_k}，其中，k＝1,2,…,N，N表示抽樣后的波形數據長度；

2)設置窗口長度M和和時延常數δ，以(M,δ)的模式窗口將X＝{x_k}順序分為λ段模式數據，構成模式矩陣A：

其中，表示向上取整；

3)對模式矩陣A進行奇異值分解，記獲得的非零奇異值為σ₁≥σ₂≥...≥σ_M；

4)計算奇異譜熵E：

其中，

3.根據權利要求2所述的數字示波器異常信號檢測方法，其特征在于，所述奇異譜熵E按照下述公式進行歸一化，得到歸一化后的奇異譜熵

4.一種基于奇異譜熵的數字示波器異常信號檢測系統，其特征在于，包括ADC模塊、采樣信號存儲模塊、特征提取模塊、閾值生成模塊、異常判斷模塊、異常信號存儲模塊、顯示模塊，其中：

ADC模塊用于在觸發信號的控制下，對輸入信號x(t)進行采樣，將波形數據的采樣信號x(τ)發送至采樣信號存儲模塊，其中t表示時間，τ表示采樣時刻；

采樣信號存儲模塊用于存儲ADC模塊得到的采樣信號x(τ)；

特征提取模塊從采樣信號存儲模塊中依次讀取每幅波形數據的采樣信號x(τ)，計算對應的奇異譜熵，將第1至第a幅波形數據的奇異譜熵E_i發送給閾值生成模塊，其中i表示波形序號，i＝1,2,…,a，a表示預設的波形數據幅數；將第a+1幅及以后波形數據的奇異譜熵E_j發送給異常判斷模塊，j＝a+1,a+2,…；

閾值生成模塊接收特征提取模塊發送的a個奇異譜熵E_i，求取平均值作為奇異譜熵比較閾值G發送給異常判斷模塊；

異常判斷模塊在接收到奇異譜熵比較閾值G后，從特征提取模塊中接收每幅波形數據的奇異譜熵E_j，如果E_j＞G，則判定當前的波形數據為異常信號，將對應波形數據的序號發送給異常信號存儲模塊，否則判定當前的波形數據為正常信號，不作任何操作；

異常信號存儲模塊根據異常判斷模塊發送的異常信號的波形數據序號從采樣信號存儲模塊中讀取對應異常信號波形數據并存儲；

顯示模塊用于在每次顯示刷新周期到來時，從異常信號存儲模塊中依次讀取每幅異常信號波形數據進行顯示。

5.根據權利要求4所述的數字示波器異常信號檢測系統，其特征在于，所述特征提取模塊中奇異譜熵的計算方法為：

1)對波形數據的采樣信號進行特征值抽樣處理，記抽樣后的波形數據為X＝{x_k}，其中，k＝1,2,…,N，N表示抽樣后的波形數據長度；

2)設置窗口長度M和和時延常數δ，以(M,δ)的模式窗口將X＝{x_k}順序分為λ段模式數據，構成模式矩陣A：

其中，表示向上取整；

3)對模式矩陣A進行奇異值分解，記獲得的非零奇異值為σ₁≥σ₂≥...≥σ_M；

4)計算奇異譜熵E：

其中，

6.根據權利要求5所述的數字示波器異常信號檢測系統，其特征在于，所述奇異譜熵E按照下述公式進行歸一化，得到歸一化后的奇異譜熵