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一種數字信號的識別方法與流程

文檔序號:11579694閱讀:601來源:國知局
一種數字信號的識別方法與流程

本發(fā)明涉及數據分析技術領域,具體涉及一種數字信號的識別方法。



背景技術:

通常在采集數據的過程中,采集的信號波形分為兩種:模擬信號和數字信號。模擬信號與數字信號的本質區(qū)別就是模擬信號是連續(xù)變化的,而數字信號是不同電平值之間的變化。

現有的信號識別過程一般較為復雜和繁瑣,識別速度和精度不能達到一個很好的平衡值,造成分析效率較低,不適應當今社會的發(fā)展需要。

現有的電子設備或電路板的數字接口識別一般較為困難,特別在對某件產品未知的情況下,就目前的設備而言,難以準確和快速地檢測出數字接口的類型。



技術實現要素:

本發(fā)明的目的在于提供一種數字信號的識別方法,以解決現有技術中導致的上述缺陷。

一種數字信號的識別方法,包括如下步驟:

(1)偏置采樣

設置示波器通道的參考地與被測對象地線之間的電壓差為x伏,然后采集一段電壓波形作為待檢波形;

(2)查找線段

設置取樣點間隔=m,即相鄰兩個取樣點的索引值之差,也就是每隔m-1個實際采集點取樣一次;取樣點個數=n=取樣段數+1,相鄰兩個取樣點之間的數據為一段取樣;取樣點離散值=0.1v,任一取樣點的電壓值與所有取樣點的平均電壓值之差的絕對值,用于判斷取樣的有效性;濾波點數=3,用于查找線段的起始點和結束點時,防止干擾產生的個別實際采集點影響查找的準確性;

按照索引值由小到大的順序,從待檢波形中提取這n個點記為:a1,a2,a3,a4……an,假設a1點為采集到的第一個數據點,設置取樣點間隔為m個點,這樣a1=第1個實際采集點;a2=第m+1個實際采集點;a3=第2m+1個實際采集點;a4=第3m+1個實際采集點……,以此類推;

如果滿足以下條件:

|a1-(a1+a2+……+an)/n|≤0.1v(取樣點離散值);

且|a2-(a1+a2+……+an)/n|≤0.1v(取樣點離散值);

……

且|an-(a1+a2+……+an)/n|≤0.1v(取樣點離散值);

除a1≤a2≤……≤an或a1≥a2≥……≥an(不包括a1=a2=……=an);

則表示找到的a1、a2……an取樣點有效;相反,如果取樣點無效,則所有取樣點的索引值+1,即a1=第2個實際采集點;a2=第m+2個實際采集點;a3=第2m+2個實際采集點;a4=第3m+2個實際采集點……,然后重復上述步驟,直到所有條件同時滿足,(a1+a2+a3+……+an)/n即為該條線段的平均電壓值l,然后從a1和an點分別向前找到a1’和向后找到an’;其中:a1’滿足其前面連續(xù)有3個及3個以上的點與線段平均電壓值之差的絕對值大于0.1v,沒有找到則認為第1個實際采集點為線段的起始點,an’滿足其后面連續(xù)有3個及3個以上的點與線段平均電壓值之差的絕對值大于0.1v,沒有找到則認為最后1個實際采集點為線段的結束點;此時找到的a1’和an’即為線段的起始和結束點;

同理,使用上述方法從an’之后的待檢波形中找出所有的線段;

本步驟中,首先,通過相同間隔的取樣點之間的關系以及分別與所有取樣點平均值的關系,找到一條水平的線段;然后,逐個實際采集點向水平線段兩端延伸的方法去找此線段的起始點和結束點;最后,通過濾波點數屏蔽掉干擾,找到線段真正的起始點和結束點;

(3)線段分類

默認設置:線段的合并電壓差=0.1v,任一與參考線段的平均電壓值之差的絕對值≤0.1v的線段,都可以合并為同一類線段,假設從待檢波形中共找到了n條線段,它們的線段平均電壓值分別是:l1、l2……ln,從l1開始合并,首先判斷l(xiāng)2能不能合并,如果條件|l1-l2|≤0.1v,即可合并,假設l2滿足合并條件,再來合并l3,判斷條件為:|l1-l3|≤0.1v是否成立,假設以上條件不成立,那么l3不能合并,暫時保留,繼續(xù)合并l4,判斷條件為:|l1-l4|≤0.1v是否成立,如果上述條件成立,即可合并l4;依次類推,合并到最后的ln,即可得到第1類線段平均電壓值;再進行第二輪的合并,將第一輪合并后剩下的所有線段,從最前面的線段依次向后合并到最后面的線段,即可得到第2類線段平均電壓值;依次類推直到所有的線段不能再合并為止,即可得出線段平均電壓值種類的數量;如果線段平均電壓值種類的數量滿足2≤線段平均電壓值種類≤3為可疑數字信號,否則就是非數字信號,識別結束;

本步驟中,選取一條線段的線段平均電壓值為參考,所有與此線段平均電壓值之差的絕對值≤0.1v的線段,即可合并為同一類;

(4)識別跳變

默認設置:線段平均電壓值之差=0.3v,線段平均電壓值之差也就是相鄰兩條線段的平均電壓值之差的絕對值;1ns≤線段間隔≤30ns,線段間隔也就是前一條線段結尾的an’點與后一條線段開頭的b1’點之間的時間差;

判斷跳變的條件:線段平均電壓值之差≥0.3v,計算方法是:an’所在線段的平均電壓值l1與b1’所在線段的平均電壓值l2之差的絕對值,即|l1–l2|≥0.3v;時間間隔,由于采樣速度決定了數據點之間的時間間隔,所以an’和b1’之間數據點的間隔數×數據點之間的時間間隔就是an’和b1’之間的時間間隔;計算方法是:|an’的索引值-b1’的索引值|×1ns(采集一個點的用時),即1ns≤|an’的索引值-b1’的索引值|×1ns≤30ns;

如果滿足跳變條件:|l1–l2|≥0.3v且1ns≤|an’的索引值-b1’的索引值|×1ns≤30ns,則表示跳變條件識別成功1次,以此向后判斷第二條線段與第三條線段是否存在跳變,一直識別到待檢波形的最后一條線段為止;不斷累計次數;

本步驟中,線段平均電壓值之差|l1–l2|≥0.3v是根據二極管典型的最小管壓降,也就是鍺管的0.3v來設置的;1ns≤線段間隔≤30ns是根據數字信號的典型特征和試驗數據拿捏來的,具有識別的典型性;

(5)識別上下拉

默認設置:線段電壓值之差=0.3v,線段電壓值之差也就是前一條線段結尾的an’點與后一條線段開頭的b1’點的電壓值之差的絕對值;200ns≤線段間隔≤10000ns,線段間隔還是前一條線段結尾的an’點與后一條線段開頭的b1’點之間的時間差;上拉面積比=1.000000,下拉面積比=1.000000,上拉/下拉面積比等于上升/下降沿面積與三角形面積(上升/下降沿處的三角形)的比值;

判斷上下拉,相鄰線段之間的變化滿足共同前提條件:線段電壓值之差:|an’的電壓值-b1’的電壓值|≥0.3v;時間間隔:200ns≤|an’的索引值-b1’的索引值|×10ns≤10000ns后,電壓值由低向高變化時,上升沿面積/三角形面積≥1.000000,即為滿足上拉條件1次,不斷累計次數;相反,電壓值由高向低變化時,下降沿面積/三角形面積≤1.000000,即為滿足下拉條件1次,不斷累計次數;

其中:上升沿面積=(an’的電平值+(an’+1)的電平值-2an’(起點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2+((an’+1)的電平值+(an’+2)的電平值-2an’(起點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2+……+((b1’-1)的電平值+b1’的電平值-2an’(起點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2;

下降沿面積=(an’的電平值+(an’+1)的電平值-2b1’(終點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2+((an’+1)的電平值+(an’+2)的電平值-2b1’(終點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2+……+((b1’-1)的電平值+b1’的電平值-2b1’(終點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2;

三角形面積=|an’的電平值-b1’的電平值|×|an’的索引值-b1’的索引值|×10ns(采樣間隔)/2;

由于是進行面積的比值運算10ns(采樣間隔)/2即可忽略掉,以減小運算量;

本步驟中,200ns≤線段間隔≤10000ns是根據數字信號所用上拉電阻值的大小和試驗數據拿捏來的,具有識別的典型性。使用上升/下降沿面積與三角形面積比值的方法,辨識了上下拉曲線的形狀;

(6)濾波識別

相鄰兩條線段之間的變化,既不滿足跳變條件又不滿足上下拉條件的,即為滿足濾波條件1次,不斷累積次數;

本步驟中,為了防止干擾導致識別準確率下降,引入了與跳變、上下拉都無關的濾波識別;

(7)信號判斷

如前所述共查找到n條線段,即線段間變化共n-1次;

判斷普通數字信號的默認設置:上拉次數≤0;下拉次數≤0;上下拉次數≤0(上拉次數與下拉次數之和);濾波次數≤1;

如果滿足如下判斷條件:上拉次數≤0且下拉次數≤0且上下拉次數≤0且濾波次數≤1且跳變次數=n-1-上拉次數-下拉次數-濾波次數,即為普通數字信號;

判斷三態(tài)數字信號的默認設置:上拉次數≥0;下拉次數≥0;上下拉次數≥1;濾波次數≤1;

如果滿足如下判斷條件:上拉次數≥0且下拉次數≥0且上下拉次數≥1且濾波次數≤1且跳變次數=n-1-上拉次數-下拉次數-濾波次數,即為三態(tài)數字信號;

既不是普通數字信號又不是三態(tài)數字信號,即為非數字信號,識別結束。

本步驟中,指明了普通數字信號、三態(tài)數字信號及非數字信號三者之間的關系,以及通過上拉次數、下拉次數及上下拉次數三項參數設置的默認值,表明了普通數字信號與三態(tài)數字信號區(qū)別的關鍵特征:普通數字信號沒有上拉或下拉,三態(tài)數字信號至少有一個上拉或下拉。

優(yōu)選的,所述步驟(1)中,如果采集到某小段電壓值仍為0伏可判斷此時為懸空電壓,這樣可以在采集數據的過程中將懸空電壓這一特殊的狀態(tài)采集到。

優(yōu)選的,所述n和m均為正整數塊,且n不小于3。

優(yōu)選的,所述n為4,所述m為10。

優(yōu)選的,所述步驟(2)中相鄰取樣點之間的間隔相等。

本發(fā)明的優(yōu)點在于:

1.基于數字信號的特點,通過采集多段波形數據,信號識別準確度高;

2.判斷方法簡單,該方法中的各個識別參數值可根據具體情況做出更改,以適應不同情況下的數據波形的檢測;

3.在工程應用中,當人工根據實際信號波形正確的設置識別參數后,計算機會自動記錄這些識別參數值以達到自學習的目的,為實現根據采集波形自動匹配識別參數值奠定數據基礎。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1的數據波形圖。

圖2、圖3為本發(fā)明實施例2中的兩種數據波形圖。

圖4為本發(fā)明實施例3的數據波形圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解,下面結合具體實施方式,進一步闡述本發(fā)明。

實施例1:

如圖1所示,一種數字信號的識別方法,包括如下步驟:

(1)偏置采樣

設置示波器通道的參考地與被測對象地線之間的電壓差為x伏,然后采集一段電壓波形作為待檢波形;

(2)查找線段

設置取樣點間隔=10,即相鄰兩個取樣點的索引值之差,也就是每隔9個實際采集點取樣一次;取樣點個數=4=取樣段數+1,相鄰兩個取樣點之間的數據為一段取樣;取樣點離散值=0.1v,任一取樣點的電壓值與所有取樣點的平均電壓值之差的絕對值,用于判斷取樣的有效性;濾波點數=3,用于查找線段的起始點和結束點時,防止干擾產生的個別實際采集點影響查找的準確性;

按照索引值由小到大的順序,從待檢波形中提取這4個點記為:a1,a2,a3,a4,假設a1點為采集到的第一個數據點,設置取樣點間隔為10個點,這樣a1=第1個實際采集點;a2=第11個實際采集點;a3=第21個實際采集點;a4=第31個實際采集點;

如果滿足以下條件:

|a1-(a1+a2+a3+a4)/4|≤0.1v(取樣點離散值);

且|a2-(a1+a2+a3+a4)/4|≤0.1v(取樣點離散值);

且|a3-(a1+a2+a3+a4)/4|≤0.1v(取樣點離散值);

且|a4-(a1+a2+a3+a4)/4|≤0.1v(取樣點離散值);

除a1≤a2≤a3≤a4(上升趨勢)或a1≥a2≥a3≥a4(下降趨勢)(不包括a1=a2=a3=a4),則表示找到的a1、a2、a3、a4取樣點有效;相反,如果取樣點無效,則所有取樣點的索引值+1,即a1=第2個實際采集點;a2=第12個實際采集點;a3=第22個實際采集點;a4=第32個實際采集點,然后重復上述步驟,直到所有條件同時滿足,(a1+a2+a3+a4)/4即為該條線段的平均電壓值l,然后從a1和a4點分別向前找到a1’和向后找到a4’;其中:a1’滿足其前面連續(xù)有3個及3個以上的點與線段平均電壓值之差的絕對值大于0.1v,沒有找到則認為第1個實際采集點為線段的起始點,a4’滿足其后面連續(xù)有3個及3個以上的點與線段平均電壓值之差的絕對值大于0.1v,沒有找到則認為最后1個點為線段的結束點;此時找到的a1’和a4’即為線段的起始和結束點;

同理,使用上述方法從a4’之后的待檢波形中找出所有的線段;

(3)線段分類

默認設置:線段的合并電壓差=0.1v,任一與參考線段的平均電壓值之差的絕對值≤0.1v的線段,都可以合并為同一類線段,假設從待檢波形中共找到了4條線段,它們的線段平均電壓值分別是:l1、l2、l3、l4,從l1開始合并,首先判斷l(xiāng)2能不能合并,如果條件|l1-l2|≤0.1v,即可合并,假設l2滿足合并條件,再來合并l3,判斷條件為:|l1-l3|≤0.1v是否成立,假設以上條件不成立,那么l3不能合并,暫時保留,繼續(xù)合并l4,判斷條件為:|l1-l4|≤0.1v是否成立,如果上述條件成立,即可合并l4,即可得到第1類線段平均電壓值;再進行第二輪的合并,將第一輪合并后剩下的所有線段,從最前面的線段(即第一輪合并時第一條不符合條件的l3)依次向后合并,因為l3后面已經沒有可以合并的線段了,即可l3就是第2類線段平均電壓值,到此所有線段合并完成;線段平均電壓值種類的數量滿足2≤線段平均電壓值種類=2≤3,即為可疑數字信號,繼續(xù)識別;

(4)識別跳變

默認設置:線段平均電壓值之差=0.3v,線段平均電壓值之差也就是相鄰兩條線段的平均電壓值之差的絕對值;1ns≤線段間隔≤30ns,線段間隔也就是前一條線段結尾的a4’點與后一條線段開頭的b1’點之間的時間差;

判斷跳變的條件:線段平均電壓值之差≥0.3v,計算方法是:a4’所在線段的平均電壓值l1與b1’所在線段的平均電壓值l2之差的絕對值,即|l1–l2|≥0.3v;

時間間隔,由于采樣速度決定了數據點之間的時間間隔,所以a4’和b1’之間數據點的間隔數×數據點之間的時間間隔,就是a4’和b1’之間的時間間隔;計算方法是:|a4’的索引值-b1’的索引值|×1ns(采集一個點的用時),即1ns≤|a4’的索引值-b1’的索引值|×1ns≤30ns;

如果滿足跳變條件(|l1–l2|≥0.3v且1ns≤|a4’的索引值-b1’的索引值|×1ns≤30ns)表示跳變條件識別成功1次,以此向后判斷第二條線段與第三條線段是否存在跳變,一直識別到待檢波形的最后一條線段為止;不斷累計次數;

(5)識別上下拉

默認設置:線段電壓值之差=0.3v,線段電壓值之差也就是前一條線段結尾的a4’點與后一條線段開頭的b1’點的電平值之差的絕對值;200ns≤線段間隔≤10000ns,線段間隔還是前一條線段結尾的a4’點與后一條線段開頭的b1’點之間的時間差;上拉面積比=1.000000,下拉面積比=1.000000,上拉/下拉面積比等于上升/下降沿面積與三角形面積(上升/下降沿處的三角形)的比值;

判斷上下拉,相鄰線段之間的變化滿足共同前提條件:線段電壓值之差:|a4’的電平值-b1’的電平值|≥0.3v;時間間隔:200ns≤|a4’的索引值-b1’的索引值|×10ns(10ns采集一次,又稱采樣間隔)≤10000ns后,電壓值由低向高變化時,上升沿面積/三角形面積≥1.000000,即為滿足上拉條件1次,不斷累計次數;相反,電壓值由高向低變化時,下降沿面積/三角形面積≤1.000000,即為滿足下拉條件1次,不斷累計次數;

注:上升沿面積(即圖2中弧形三角形面積)=(a4’的電平值+(a4’+1)的電平值-2a4’(起點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2+((a4’+1)的電平值+(a4’+2)的電平值-2a4’(起點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2+……+((b1’-1)的電平值+b1’的電平值-2a4’(起點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2;

下降沿面積(即圖3中弧形三角形面積)=(a4’的電平值+(a4’+1)的電平值-2b1’(終點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2+((a4’+1)的電平值+(a4’+2)的電平值-2b1’(終點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2+……+((b1’-1)的電平值+b1’的電平值-2b1’(終點/低點電平值))×10ns(采樣間隔)/2;

三角形面積=|a4’的電平值-b1’的電平值|×|a4’的索引值-b1’的索引值|×10ns(采樣間隔)/2;

由于是進行面積的比值運算10ns(采樣間隔)/2即可忽略掉,以減小運算量。

(6)濾波識別

相鄰兩條線段之間的變化,既不滿足跳變條件又不滿足上下拉條件的,即為滿足濾波條件1次,不斷累積次數;

(7)信號判斷

共查找到4條線段,即線段間變化共3次;

判斷普通數字信號的默認設置:上拉次數≤0;下拉次數≤0;上下拉次數≤0(上拉次數與下拉次數之和);濾波次數≤1;

經檢測,上述線段滿足如下判斷條件:上拉次數≤0且下拉次數≤0且上下拉次數≤0且濾波次數≤1且跳變次數=3-上拉次數-下拉次數-濾波次數=3,故為普通數字信號。

實施例2:如圖2和圖3所示,圖2為兩個上拉和一個跳變,圖3為兩個下拉和一個跳變,其余部分與實施例1相同,不同之處在于:所述步驟(7)中,經檢測,上述線段滿足如下判斷條件:上拉次數≥0且下拉次數≥0且上下拉次數≥1且濾波次數≤1且跳變次數=3-上拉次數-下拉次數-濾波次數=1,故為三態(tài)數字信號。

實施例3:如圖4所示,其余部分與實施例1相同,不同之處在于:所述n=5。

本發(fā)明中,首先從采集的波形數據中尋找一條電平值相等的水平線段,并以此方法向后遍歷所有的采集數據找出所有的線段;其次合并所有線段并判斷線段平均電壓值種類在預設范圍內;再次識別兩條相鄰線段之間的變化數據;最后判斷信號的類型;在工程應用中,當人工根據實際信號波形正確的設置識別參數后,計算機會自動記錄這些識別參數值以達到自學習的目的,為實現根據采集波形自動匹配識別參數值奠定數據基礎。

基于上述,本發(fā)明基于數字信號的特點,通過采集多段波形數據,信號識別準確度高;判斷方法簡單,該方法中的各個識別參數值可根據具體情況做出更改,以適應不同情況下的數據波形的檢測。

由技術常識可知,本發(fā)明可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特征的實施方案來實現。因此,上述公開的實施方案,就各方面而言,都只是舉例說明,并不是僅有的。所有在本發(fā)明范圍內或在等同于本發(fā)明的范圍內的改變均被本發(fā)明包含。

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