一種基于高速采樣數(shù)據(jù)的三點(diǎn)相關(guān)性波形平滑方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于高速采樣數(shù)據(jù)連續(xù)3個(gè)采樣點(diǎn) 數(shù)據(jù)相關(guān)性進(jìn)行處理的使采樣波形平滑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在理想工作條件下，周期性的正弦波模擬信號(hào)通過采樣后也應(yīng)是理想的正弦波波 形，但在實(shí)際工作環(huán)境中，受電源、其他板載信號(hào)、空間電磁輻射等因素干擾，尤其在高速采 樣情況下，采集到的信號(hào)波形往往不是完全和理論的正弦波一模一樣，有時(shí)差別很大，使得 模擬信號(hào)經(jīng)采樣處理后信號(hào)質(zhì)量下降，信號(hào)分析效果下降。
[0003] 經(jīng)過對(duì)電路板硬件的調(diào)試改善，以及對(duì)FPGA信號(hào)處理程序的優(yōu)化等措施，會(huì)使采 樣數(shù)字信號(hào)的波形毛刺、紋波、噪聲等有所好轉(zhuǎn)，但仍然不能完全消除。在硬件環(huán)境和FPGA 環(huán)境調(diào)試到一定程度無法解決時(shí)，有時(shí)可考慮在上位機(jī)CPU中加入一定的波形優(yōu)化算法來 完善采集信號(hào)誤差缺陷，彌補(bǔ)信號(hào)采集中過大的采樣錯(cuò)誤，提高采集質(zhì)量，改善信號(hào)分析效 果。
[0004] 圖1示出了理想采樣和實(shí)際采樣的區(qū)別，如圖1所示，實(shí)際采樣點(diǎn)由于噪聲、干擾 等情況的存在，其在理想采樣曲線一定的范圍內(nèi)擺動(dòng)，擺動(dòng)的幅度及偏差視具體噪聲干擾 情況的不同而不同。當(dāng)噪聲干擾比較小時(shí)，采樣點(diǎn)基本與理想情況一致，當(dāng)噪聲干擾比較大 時(shí)，采樣點(diǎn)將偏離理想點(diǎn)一定的范圍，由于實(shí)際工作情況下，噪聲及干擾情況并不能完全消 除，所以實(shí)際采樣時(shí)，實(shí)際采樣點(diǎn)與理想采樣點(diǎn)偏離一定范圍的情況也是正常、合理的。
[0005] 當(dāng)個(gè)別實(shí)際采樣點(diǎn)偏離理想情況比較大時(shí)，超過正常噪聲影響的偏離范圍，形成 不正常的波形毛刺或畸變時(shí)，可認(rèn)定為此采樣點(diǎn)采樣有誤或處理有誤，其在后續(xù)的數(shù)字信 號(hào)處理中將形成一定的不良影響，所以可適當(dāng)?shù)膶?duì)其進(jìn)行一些前處理過程，使得畸變點(diǎn)或 毛刺點(diǎn)回落到正常的噪聲范圍影響內(nèi)，從而改善信號(hào)處理的效果。
[0006] 通常，在采樣不理想的情況下，首先會(huì)進(jìn)行硬件環(huán)境的測試分析，努力找到影響信 號(hào)采樣的干擾途徑和干擾源，并實(shí)施一些措施來降低干擾的影響，但是，通過硬件調(diào)試手段 很難做到完全消除干擾。而硬件環(huán)境在達(dá)到一定的調(diào)試程度后，將無法進(jìn)行進(jìn)一步的提升。 同時(shí)，硬件環(huán)境的改善在一定程度上需增加人力、時(shí)間、硬件資源等開銷，且很多情況下，因 環(huán)境的不同，一次的調(diào)試結(jié)果不具備多個(gè)環(huán)境下的通用性需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出了一種基于高速采樣數(shù)據(jù)的三點(diǎn)相關(guān) 性波形平滑方法，從連續(xù)采樣的3個(gè)采樣點(diǎn)之間的相關(guān)性考慮出發(fā)，利用連續(xù)采樣數(shù)據(jù)之 間變化趨勢可預(yù)測性的理論原理，進(jìn)行高速采樣數(shù)據(jù)誤差判別和誤差修正處理，使得采樣 錯(cuò)誤回落到正常理想的趨勢范圍內(nèi)，從而改善采集效果，提高信號(hào)處理的質(zhì)量，提升采集系 統(tǒng)工作性能。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0009] -種基于高速采樣數(shù)據(jù)的三點(diǎn)相關(guān)性波形平滑方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟（1):對(duì)于連續(xù)采樣的N點(diǎn)高速采樣數(shù)據(jù)值，首先通過比較法確定其最大值 MX和最小值MIX，以及其在采樣序列中的位置tl、t2 ;
[0011] 步驟⑵：得到極值點(diǎn)后，從極值點(diǎn)tl處開始，統(tǒng)計(jì)MAX點(diǎn)到相鄰理論中間點(diǎn)MID 之間單向單調(diào)下降的采樣點(diǎn)數(shù)，并且從t2處開始統(tǒng)計(jì)MIX點(diǎn)到相鄰理論中間點(diǎn)MID之間單 向單調(diào)上升的采樣點(diǎn)數(shù)；四次統(tǒng)計(jì)值的最大值計(jì)為X ;
[0012] 步驟⑶：判斷X的數(shù)值，當(dāng)X大于等于5則進(jìn)入步驟⑷；否則返回步驟（1)，進(jìn) 行下一輪數(shù)據(jù)的判別處理；
[0013] 步驟⑷：設(shè)三點(diǎn)相關(guān)性判別的起始點(diǎn)Y從第2點(diǎn)開始，賦值Y等于2 ;
[0014] 步驟（5):判斷Y是否小于N，是則取Y位置處，以及與其相鄰的前后位置的共三個(gè) 連續(xù)采樣值^_1、￥￥、￥^進(jìn)入步驟（6);否則整個(gè)處理流程結(jié)束，返回步驟（1)，進(jìn)行下一輪 數(shù)據(jù)的判別處理；
[0015] 步驟（6):對(duì)連續(xù)采樣的三個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判別處理，如果屬于趨勢內(nèi)情況，則進(jìn)入步 驟（7)，進(jìn)行偏離理想范圍判別處理；否則視為趨勢外情況，進(jìn)入步驟（9)，進(jìn)行錯(cuò)誤判別；
[0016] 步驟（7):在偏離理想范圍判別處理情況下，定義上述步驟（5)中連續(xù)采樣的三個(gè) 點(diǎn)為pl、p2、p3,三個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)依次為Vpl、Vp2、Vp3,以及pi和p3的中點(diǎn)pp2, pp2點(diǎn)的數(shù) 據(jù)為Vpp2,進(jìn)行對(duì)p2是否偏離理想范圍的判別處理，若p2處于設(shè)定的理想范圍內(nèi)，則Y加 1，返回步驟（5)，進(jìn)行下一點(diǎn)的判別處理；否則進(jìn)入步驟（8);
[0017]步驟（8):將p2數(shù)據(jù)Vp2替換為pp2數(shù)據(jù)Vpp2，Y加1，返回步驟（5)，進(jìn)行下一點(diǎn) 的判別處理；
[0018] 步驟（9):在錯(cuò)誤判別處理情況下，定義上述步驟（5)中連續(xù)采樣的三個(gè)點(diǎn)為p4、 p5、p6,三個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)依次為Vp4、Vp5、Vp6,以及p4和p6的中點(diǎn)pp5，pp5點(diǎn)的數(shù)據(jù)為Vpp5， 進(jìn)行對(duì)P5是否是上升或下降中明顯錯(cuò)誤的判別處理，若是，則進(jìn)入步驟（10);若不是，則進(jìn) 入步驟（11);
[0019] 步驟（10):將p5數(shù)據(jù)Vp5替換為pp5數(shù)據(jù)Vpp5, Y加1，返回步驟（5)，進(jìn)行下一 點(diǎn)的判別處理；
[0020] 步驟（11):對(duì)P5進(jìn)行極值數(shù)據(jù)范圍的判別處理，若為極值范圍內(nèi)，判別為理想范 圍合理擺幅內(nèi)情況，Y加1，返回步驟（5)，進(jìn)行下一點(diǎn)的判別處理；若不是，則將p5數(shù)據(jù)Vp5 替換為pp5數(shù)據(jù)Vpp5, Y加1，返回步驟（5)，進(jìn)行下一點(diǎn)的判別處理。
[0021] 可選地，所述步驟（1)中尋找極值點(diǎn)的比較法為：
[0022] 將連續(xù)N點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)的第一個(gè)數(shù)據(jù)賦值給MX和MIX，并將其位置賦值給tl和t2， 然后從第2個(gè)采樣點(diǎn)開始，分別把每一個(gè)采樣點(diǎn)與MX比較，如其大于等于MAX，則將其值賦 予MAX，將其位置賦予tl，否則跳過進(jìn)行下一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的比較；并且，分別把每一個(gè)采樣點(diǎn) 與MIX比較，如其小于等于MIX，則將其值賦予MIX，將其位置賦予t2,否則跳過進(jìn)行下一個(gè) 數(shù)據(jù)點(diǎn)的比較；依次進(jìn)行，直到最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)比較完畢后，確定極值點(diǎn)MAX、MIX的值及其 位置tl、t2。
[0023] 可選地，所述步驟（2)中對(duì)X的統(tǒng)計(jì)方法為：
[0024] 統(tǒng)計(jì)值X1歸零，從tl位置開始，依次向前進(jìn)行取值，當(dāng)所取值小于等于MAX，且大 于等于MID時(shí)，統(tǒng)計(jì)值&加1 ;否則跳出；
[0025] 統(tǒng)計(jì)值X2歸零，從tl位置開始，依次向后進(jìn)行取值，當(dāng)所取值小于等于MAX，且大 于等于MID時(shí)，統(tǒng)計(jì)值&加1 ;否則跳出；
[0026] 統(tǒng)計(jì)值X3歸零，從t2位置開始，依次向前進(jìn)行取值，當(dāng)所取值大于等于MIX，且小 于等于MID時(shí)，統(tǒng)計(jì)值&加1 ;否則跳出；
[0027] 統(tǒng)計(jì)值X4歸零，從t2位置開始，依次向后進(jìn)行取值，當(dāng)所取值大于等于MIX，且小 于等于MID時(shí)，統(tǒng)計(jì)值\加1 ;否則跳出；
[0028] 將統(tǒng)計(jì)值Xp X2、X3、X4中的最大值賦值給X。
[0029] 可選地，所述步驟（6)中趨勢內(nèi)情況的判別方法應(yīng)滿足：VmSVy彡Vy+^ Vh彡Vy 彡 VY+1〇
[0030] 可選地，所述步驟（6)中趨勢外情況應(yīng)滿足V Y且V Y+1< V Y，或VY_i> V Y且 vY+1> vY〇
[0031 ] 可選地，所述步驟（7)中，pi和p3的中點(diǎn)pp2的數(shù)據(jù)值Vpp2確定方法為：
[0032] 可選地，所述步驟（7)中，進(jìn)行對(duì)p2點(diǎn)偏離理想范圍的判別方法為：
[0033] 其中，A2定義為pi和p3點(diǎn)之間的垂直距離，對(duì)于等間隔采樣過程，A2 = Vpl-Vp3| ；
[0034] Al定義為P2和pp2點(diǎn)之間的垂直距離，對(duì)于等間隔采樣過程，Al = Vp2_Vpp2 I ;若A 1等于0,則強(qiáng)制A 1等于0. 001 ;
[0035] M定義為A 2與A 1的比值，作為P2點(diǎn)偏離理論范圍的判別。
[0036] 可選地，所述步驟（9)中，p4和p6的中點(diǎn)pp5的數(shù)據(jù)值Vpp5確定方法為：
[0037] 可選地，所述步驟（9)中上升或下降中明顯錯(cuò)誤的判別方法為：當(dāng)A3彡A4時(shí)，
[0038] A 3定義為p4和p5點(diǎn)之間的垂直距離，對(duì)于等間隔采樣過程，A 3 = I Vp4_Vp5 I ;
[0039] A4定義為p6和p5點(diǎn)之間的垂直距離，對(duì)于等間隔采樣過程，A4 = |Vp6_Vp5| ;
[0040] 0 2定義為A3、A 4中大值與小值的比值，作為p5點(diǎn)偏離p4和p6點(diǎn)偏離范圍的 判別。
[0041] 可選地，所述步驟（11)中，進(jìn)行極值數(shù)據(jù)范圍的判別依據(jù)為：Vp5 > (MAXX (I-S))或 Vp5 < (MIXX (1+S));其中，
[0042] S定義為極值范圍因子，S的選取范圍滿足OS S <0.5。
[0043] 可選地，所述步驟（2)中理論中間點(diǎn)MID的取值依具體使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件采 樣量化位寬來決定，其等于量化最大值與最小值所確定的中間值。
[0044] 本發(fā)明的有益效果是：
[0045] (1)利用連續(xù)采樣數(shù)據(jù)之間變化趨勢可預(yù)測性的理論原理，進(jìn)行高速采樣數(shù)據(jù)誤 差判別和誤差修正處理，使得采樣