本發(fā)明涉及信號傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種信號傳輸質(zhì)量診斷方法。
背景技術(shù)：
：在信號傳輸時，當(dāng)信號發(fā)送端與傳輸線、傳輸線與信號接收端之間存在阻抗不匹配時，會產(chǎn)生反射信號。反射信號的存在會導(dǎo)致信號失真，引入測量誤差，影響測量系統(tǒng)性能。由于很難保證阻抗完全匹配，反射信號成為信號傳輸和處理(特別是對射頻信號來說)的主要測量誤差源之一。因此研究一種信號傳輸質(zhì)量的診斷方法有重要的實際使用價值。當(dāng)前一般通過TDR(時域反射技術(shù))示波器進行信號傳輸質(zhì)量的診斷。TDR示波器向被測設(shè)備發(fā)送階躍信號，如果存在阻抗失配，將有部分輸入信號被反射，TDR示波器通過檢測反射信號可對信號傳輸質(zhì)量進行檢測。但該方法具有如下缺點：(1)TDR示波器價格昂貴。(2)TDR實際使用時需要斷開某一設(shè)備后再接入測試，但已經(jīng)不是真實使用環(huán)境，不能完全診斷整個系統(tǒng)的信號傳輸質(zhì)量。其只能診斷信號在電纜中的傳輸質(zhì)量，但無法測量電纜與數(shù)據(jù)采集處理器之間的傳輸質(zhì)量，因此無法對整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行評估。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種信號傳輸質(zhì)量診斷方法，無需額外設(shè)備，即可準(zhǔn)確評估信號在整個數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中的傳輸質(zhì)量，并可在線實時檢測信號傳輸變化，具有成本低、可對整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行評估和測量分辨率高的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種信號傳輸質(zhì)量診斷方法，包括步驟：S1：在一信號傳輸通道的輸入端輸入一原始信號，并對各所述信號傳輸通道的輸出端進行I次采集，每次采集獲得M個數(shù)字信號，M和I為大于零的自然數(shù)；S2：利用所述數(shù)字信號構(gòu)建一M×I階的歷史數(shù)據(jù)矩陣X，第1次至第I次采集的所述數(shù)字信號分別構(gòu)成所述歷史數(shù)據(jù)矩陣X的一列向量；S3：對所述歷史數(shù)據(jù)矩陣X進行主成分分析，獲得一M×M階的時域波形矩陣U，一I×I階的模式強度矩陣S和一I×I階的感應(yīng)強度系數(shù)矩陣V；X＝U×S×V’；其中V’為感應(yīng)強度系數(shù)矩陣V的轉(zhuǎn)置矩陣；S4：提取所述時域波形矩陣U的行向量獲得M個模式矩陣，根據(jù)所述模式矩陣和所述原始信號判斷每一模式矩陣的矩陣種類，所述矩陣種類包括原始信號矩陣、反射信號矩陣和/或噪聲信號矩陣；S5：根據(jù)所述模式矩陣、所述模式強度矩陣S和感應(yīng)強度系數(shù)矩陣V評估所述信號傳輸通道的信號傳輸質(zhì)量。優(yōu)選地，還包括步驟S6：將所述反射信號矩陣加回所述原始信號矩陣，并對所述噪聲信號矩陣清零。優(yōu)選地，所述步驟S3中所述主成分分析步驟包括：對所述歷史數(shù)據(jù)矩陣X進行奇異值分解。優(yōu)選地，所述步驟S4進一步包括步驟：S41：提取所述時域波形矩陣U的行向量獲得M個模式矩陣；S42：繪制每一模式矩陣的時域波形圖和所述原始信號的時域波形圖；S43：通過比較所述每一模式矩陣的時域波形圖和所述原始信號的時域波形圖，判斷每一模式矩陣的矩陣種類。優(yōu)選地，當(dāng)所述反射信號矩陣存在時，所述反射信號矩陣所對應(yīng)的所述信號傳輸通道的阻抗失配。優(yōu)選地，所述模式強度矩陣S中與所述反射信號矩陣所對應(yīng)的元素表示所述反射信號矩陣所對應(yīng)的所述信號傳輸通道內(nèi)反射信號的強度。優(yōu)選地，所述感應(yīng)強度系數(shù)矩陣V的元素與所述信號傳輸通道一一對應(yīng)，用于表示各所述信號傳輸通道中傳輸信號的感應(yīng)強度系數(shù)。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下有益效果：通過直接在信號傳輸網(wǎng)絡(luò)上采集網(wǎng)絡(luò)傳輸信號，并對采集的信號數(shù)據(jù)進行主成分分析，實現(xiàn)無需斷開設(shè)備就可對整個網(wǎng)絡(luò)進行信號傳輸質(zhì)量的診斷，無需外接TDR設(shè)備，降低了診斷的成本。此外，本發(fā)明還可用于消除反射信號等噪聲對信號處理的影響，提高測量分辨率。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例的基于主成分分析算法的信號傳輸質(zhì)量診斷方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例的各電極采集信號的波形對比圖；圖3為本發(fā)明實施例的電極采集的信號S4所對應(yīng)的信號傳輸通道的前三個模式矩陣的時域波形圖；圖4為本發(fā)明實施例的各模式矩的特征值圖；圖5為本發(fā)明實施例的四個通道的各電極對不同模式矩陣對應(yīng)信號的相應(yīng)幅度。具體實施方式下面根據(jù)附圖1-圖5，給出本發(fā)明的較佳實施例，并予以詳細描述，使能更好地理解本發(fā)明的功能、特點。請參閱圖1，利用本發(fā)明的一種信號傳輸質(zhì)量診斷方法對四個信號傳輸通道進行診斷時，包括步驟：S1：四個信號傳輸通道的輸入端并分別輸入一原始信號，并將一探頭的四個電極分別設(shè)置在各信號傳輸通道的輸出端并分別進行四次采集，每次采集獲得1024個數(shù)字信號，各電極采集的信號S01、S02、S03、S04如圖2所示。請返回圖1，對各電極采集的信號S01、S02、S03、S04分別進行下列步驟：S2：利用數(shù)字信號構(gòu)建一1024×4階的歷史數(shù)據(jù)矩陣X，第1次至第4次采集的數(shù)字信號分別構(gòu)成歷史數(shù)據(jù)矩陣X的一列向量；S3：對歷史數(shù)據(jù)矩陣X進行主成分分析，即對矩陣X進行矩陣奇異值分解(SVD分解)獲得：X=U×S×V,=U×S11S22S33S44×V,---(1);]]>式(1)中，U是時域波形矩陣，本實施例中時域波形矩陣U為1024×1024階，時域波形矩陣U中的元素為時間向量，S為模式強度矩陣，本實施例中模式強度矩陣S為4×4階的對角線矩陣，S11、S22、S33和S44是模式強度矩陣S中的元素；V’為感應(yīng)強度系數(shù)矩陣V的轉(zhuǎn)置矩陣，感應(yīng)強度系數(shù)矩陣V為4×4階矩陣，感應(yīng)強度系數(shù)矩陣V的元素為空間向量，代表探頭對各探頭感應(yīng)信號的感應(yīng)強度系數(shù)。S4：提取時域波形矩陣U的行向量獲得1024個模式矩陣，根據(jù)模式矩陣和原始信號判斷每一模式矩陣的矩陣種類，矩陣種類包括原始信號矩陣、反射信號矩陣和/或噪聲信號矩陣。其中，步驟S4進一步包括步驟：S41：提取時域波形矩陣U的行向量獲得1024個模式矩陣；S42：繪制每一模式矩陣的時域波形圖和原始信號的時域波形圖；S43：通過比較每一模式矩陣的時域波形圖和原始信號的時域波形圖，判斷每一模式矩陣的矩陣種類。當(dāng)模式矩陣的時域波形圖與原始信號的時頻域波形圖的時域一致時，該模式矩陣為反射信號矩陣。本實施例中電極采集的信號S4所對應(yīng)的通道的前三個模式矩陣的時域波形圖請參閱圖3，其第一個模式矩陣圖像為原始信號，其第二個模式矩陣圖像為反射信號，其第三個模式矩陣圖像為隨機噪聲。請參閱圖1，S5：根據(jù)模式矩陣、模式強度矩陣S和感應(yīng)強度系數(shù)矩陣V評估信號傳輸通道的信號傳輸質(zhì)量。其中，當(dāng)反射信號矩陣存在時，反射信號矩陣所對應(yīng)的信號傳輸通道的阻抗失配。模式強度矩陣S中與反射信號矩陣所對應(yīng)的元素表示反射信號矩陣所對應(yīng)的信號傳輸通道內(nèi)反射信號的強度。圖4是本實施例中，各模式矩的特征值，標(biāo)示各模式矩陣所對應(yīng)的信號強度。感應(yīng)強度系數(shù)矩陣V的元素與信號傳輸通道一一對應(yīng)，用于表示各信號傳輸通道中傳輸信號的感應(yīng)強度系數(shù)。圖5是四個通道的空間向量，即各電極對不同模式矩陣對應(yīng)信號的相應(yīng)幅度，可見通道四的反射信號幅度最大，存在明顯的反射信號，即阻抗不匹配。請參閱圖1，S6：將反射信號矩陣加回原始信號矩陣，并對噪聲信號矩陣清零，可提高測量分辨率。其中，對噪聲信號矩陣清零通過將模式強度矩陣S中與噪聲信號矩陣對應(yīng)的元素清零實現(xiàn)，此時，有公式(2)X0=U×S11S2200×V,---(2);]]>X0為修改后的歷史數(shù)據(jù)矩陣。由于采用了本發(fā)明的一種信號傳輸質(zhì)量診斷方法，實現(xiàn)了充分利用多次測量的歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建矩陣進行診斷，類似機器學(xué)習(xí)的過程，通過主成分分析法對這些數(shù)據(jù)進行處理，如果存在阻抗不匹配時可分離出反射信號，從而診斷出阻抗不匹配問題。反射信號與原始信號的時頻域保持一致，如果不一致可診斷為其他干擾信號。本發(fā)明基于對測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行算法分析，相較于價格昂貴的TDR設(shè)備無其他費用支出，成本低，實用性高，且無需斷開設(shè)備，是對整個系統(tǒng)進行診斷。同時可將提取出的噪聲信號消除，提高測量分辨率。以上的，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3