[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

本發明公開了一種基于奇異譜熵的數字示波器異常信號檢測方法及系統，先采樣得到的前a幅波形數據的采樣信號計算，得到對應的奇異譜熵，平均后作為奇異譜熵比較閾值，然后對于第a+1幅及以后波形數據，計算其奇異譜熵，如果大于奇異譜熵比較閾值，則判定當前的波形數據為異常信號，進行存儲和顯示，否則不作任何操作。本發明采用奇異譜熵作為信號特征，實現對異常信號的檢測。

技術領域

本發明屬于數字示波器技術領域，更為具體地講，涉及一種基于奇異譜熵的數字示波器異常信號檢測方法及系統。

背景技術

信號檢測是模式識別、智能系統和故障診斷等諸多領域的基礎和關鍵。信號檢測的研究內容可以歸納為數據采集、特征提取、狀態識別和決策技術等四方面。其中，特征提取是對測試信號進行必要的分析和處理，獲取被測對象特征信息，并以此作為進一步判別異常和決策的依據。因此，信號的特征提取和分析處理是信號檢測的核心技術之一，將影響到信號檢測結果的可靠性和有效性，該項技術的研究對于電子測試技術及儀器的發展具有重要意義。

信號特征提取在諸如語音分析、圖像識別、地質勘測、氣象預報、生物工程、材料探傷、軍事目標識別、機械故障診斷等幾乎所有的科學分支和工程領域得到了廣泛的應用。在數字信號處理中，信號特征提取方法多種多樣，例如基于時域的時間序列分析法，基于頻域的快速傅里葉變換(FFT)，基于時-頻域的短時傅里葉變換(STFT)、小波變換(WT)等。而在信息論中，信息熵是對系統不確定性程度的描述，因此也可用信息熵對信號變化情況進行度量，并基于此進行信號特征的提取和異常的判別。

而在電子測試儀器領域，異常信號檢測是數字示波器的重要功能之一，其主要作用是捕獲被測信號中偶然發生的不可預測的事件，如閃變和脈沖畸變等現象，這些瞬態現象和信號完整性問題隨著被測系統時鐘頻率的提高而變得越來越突出。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于奇異譜熵的數字示波器異常信號檢測方法及系統，采用奇異譜熵作為信號特征，實現對異常信號的檢測。

為實現上述發明目的，本發明基于奇異譜熵的數字示波器異常信號方法，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)；

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。

本發明還提供了一種基于奇異譜熵的數字示波器異常信號系統，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；

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；