一種任意波形失真度的確定方法
【專利摘要】一種任意波形失真度的確定方法，實現(xiàn)步驟如下：（1）采樣獲取已知模型的任意波形；（2）采用相同的采樣速率采樣已知模型，并使用非線性最小二乘擬合算法搜尋“對準”實際獲得的采樣波形，獲得“對準”的模型采樣序列；（3）根據(jù)搜尋得到“對準”的模型采樣序列獲得被測采樣序列的最優(yōu)期望曲線；（4）根據(jù)獲得的被測任意波形采樣序列及其最優(yōu)期望曲線計算得到被測任意波形的失真度。本發(fā)明具有運算量小、對測試過程要求低，即不要求精確的整周期采樣等，易于實現(xiàn)，能夠大幅提高測量的準確度。
【專利說明】一種任意波形失真度的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種任意波形失真度的確定方法，屬于信號處理和測試【技術(shù)領(lǐng)域】，主要應(yīng)用于對復雜(任意)測試信號質(zhì)量的評價。
【背景技術(shù)】
[0002]在波形測量中，實際獲取的信號的質(zhì)量，亦即實際信號與原始信號(或期望的信號)的一致性，是首先被關(guān)注的問題，否則測量結(jié)果的可信性將受到質(zhì)疑。通常，對于“簡單的”波形，二者的一致性通常使用這些波形的典型參數(shù)來描述，例如波形的幅度、頻率、時間或相位偏移、幅度偏移等；更進一步地，包括波形的“面積”(如有效值)、統(tǒng)計特性等參數(shù)。
[0003]但對于復雜波形來說(例如一般意義上的“任意波形”)，上述的參數(shù)可能并不具有“典型”意義(例如噪聲的幅度)，或者無法進行定義(例如噪聲的頻率)，抑或不具有計量校準的唯一性意義(例如具有相同有效值的兩個波形不能推斷兩個波形一致)。
[0004]從人們的主觀感受出發(fā)，波形的“失真度”可以反映兩個波形之間不一致的程度，反映被測信號中“無用”或“有害”信號的大小，從而反映信號的品質(zhì)。通常，人們定義了正弦波形的失真度指標，用來衡量其諧波分量的大小；在某些文獻中，脈沖信號的失真也被定義和提及。而對于其他波形，特別是一般形式的任意波形，為了表征測量波形與原始波形的一致性，人們也嘗試定義了相應(yīng)的失真度指標。從概念的角度而言，后者涵蓋了前二者。
[0005]對于一般形式(任意)波形失真度的測量，在JJF1152-2006《任意波發(fā)生器校準規(guī)范》中給出了一種測量方法，但該方法步驟較為繁瑣，需要進行時頻域轉(zhuǎn)換計算過程，從而必將由于整周期采樣等問題帶來相應(yīng)的分析誤差。而在其他的文獻中，暫時還沒有看到有關(guān)內(nèi)容的介紹。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種任意波形失真度的確定方法，具有運算量小、對測試過程要求低(不要求精確的整周期采樣等)、易于實現(xiàn)等特點，能夠大幅提高測量的準確度。
[0007]本發(fā)明技術(shù)解決方案:一種任意波形失真度的確定方法，實現(xiàn)步驟如下:
[0008](I)使用波形獲取設(shè)備采樣獲得被測任意波形(模型已知)采樣序列；
[0009](2)使用相同的采樣速率采樣已知模型，并使用非線性最小二乘擬合搜尋算法，使其采樣獲得的采樣序列與實際獲得的被測任意波形采樣序列(在時間域上)“對準”;
[0010](3)根據(jù)搜尋得到的“對準”的模型采樣序列獲得被測任意波形采樣序列的最優(yōu)期望曲線；
[0011](4)根據(jù)獲得的被測任意波形采樣序列及其最優(yōu)期望曲線計算得到被測任意波形的失真度。
[0012]所述步驟(2)具體實現(xiàn)如下:
[0013](21)使用與實際獲取任意波形時相同的采樣速率采集任意波形的模型，獲得與被測波形采樣序列時間一致的模型的采樣序列；
[0014](22)計算二者之間最小二乘意義下的殘差平方根；
[0015](23)通過時間延遲(在時域上平移模型)，在被測任意波形一個周期的時間內(nèi)，重復上述過程，找到最小殘差平方根所對應(yīng)的平移模型曲線。
[0016]所述步驟(3)具體實現(xiàn)如下:
[0017](31)在最小二乘意義下，根據(jù)上述獲得的平移模型曲線，通過幅度縮放與直流偏置，獲得與實測任意波形最佳的擬合曲線(最優(yōu)期望曲線)。
[0018]所述步驟(4)具體計算過程實現(xiàn)如下:
[0019](41)根據(jù)任意波形失真度的定義，計算獲得的被測任意波形數(shù)據(jù)的(總體)失真度；
[0020](42)由于上述計算的(總體)失真度中包含了波形獲取設(shè)備引入的誤差，因此修正掉該誤差，即得到被測任意波形的失真度。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0022](I)經(jīng)過理論推導，可以使用簡便的方法，通過波形非線性擬合，得到被測任意波形的最佳擬合波形，從而得出被測波形的失真度。
[0023](2)由于本發(fā)明使用時域計算就能完成整個測量過程，對數(shù)據(jù)采樣沒有整周期或者同步的要求，可以完全避免頻譜分析方法所固有的柵欄效應(yīng)或頻譜泄露帶來的測量誤差問題，從而使所有采集到的數(shù)據(jù)均得到有效利用，同時也提高了測量的準確度。
[0024](3)本發(fā)明因避免了繁瑣的頻域計算與時頻域轉(zhuǎn)換過程，而且步驟簡單易行，甚至在目前的技術(shù)條件下，使用普通的個人計算機就能夠達到實時測量的程度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實現(xiàn)流程圖；
[0026]圖2為典型的正常心電圖；
[0027]圖3實驗驗證的實際采樣任意波形序列與擬合序列。
【具體實施方式】
[0028]任意波形(總)失真度的定義為:周期信號實際波形與其最優(yōu)期望波形間殘差的有效值和最優(yōu)期望波形交流分量有效值之比。即，對于周期為T的已知信號X (t)，其實際波形函數(shù)為 Y (t)，存在 G、Q、tQ e R，且 f (t) =G.X (t-t0) +Q,使得:
【權(quán)利要求】
1.一種任意波形失真度的確定方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下: (1)使用波形獲取設(shè)備采樣獲得被測任意波形采樣序列，所述任意波形的模型已知； (2)使用相同的采樣速率采樣任意波形的已知模型，并使用非線性最小二乘擬合搜尋算法，使采樣獲得的采樣序列與實際獲得的被測任意波形采樣序列在時間域上“對準”，得至IJ “對準”的模型采樣序列； (3)根據(jù)搜尋得到的“對準”的模型采樣序列獲得被測任意波形采樣序列的最優(yōu)期望曲線.(4)根據(jù)獲得的被測任意波形采樣序列及其最優(yōu)期望曲線計算得到被測任意波形的失真度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意波形失真度的確定方法，其特征在于:所述步驟(2)具體實現(xiàn)如下: (21)使用與實際獲取任意波形時相同的采樣速率采集任意波形的模型，獲得與被測波形采樣序列時間長度一致的模型的采樣序列； (22)計算二者之間最小二乘意義下的殘差平方根； (23)通過時間延遲，即在時域上平移模型，在被測任意波形一個周期的時間內(nèi)，重復上述過程，找到最小殘差平方根所對應(yīng)的平移模型曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意波形失真度的確定方法，其特征在于:所述步驟(3)具體實現(xiàn)如下: (31)在最小二乘意義下，根據(jù)上述獲得的平移模型曲線，通過幅度縮放與直流偏置，獲得與實測任意波形最佳的擬合曲線，即最優(yōu)期望曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意波形失真度的確定方法，其特征在于:所述步驟(4)具體計算過程實現(xiàn)如下: (41)根據(jù)任意波形失真度的定義，計算獲得的被測任意波形數(shù)據(jù)的總體失真度； (42)上述計算的總體失真度中包含了波形獲取設(shè)備引入的誤差，修正掉該誤差，即得到被測任意波形的失真度。
【文檔編號】G01R29/00GK103823120SQ201410086501
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】孫璟宇, 王中宇, 梁志國 申請人:北京航空航天大學, 中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術(shù)研究所