本發(fā)明涉及一種數(shù)字波形信號分析顯示方法及系統(tǒng)。

背景技術：

數(shù)字三維示波器(Digital Three-dimensional Oscilloscope，簡稱DTO)是指不僅能捕獲和顯示信號的時間-幅度(事件)信息，而且能夠以不同的輝度或顏色等級顯示不同事件出現(xiàn)概率的數(shù)字存儲示波器(Digital Storage Oscilloscope，簡稱DSO)。數(shù)字三維示波器通常具有較高的波形捕獲率。

但是，傳統(tǒng)的數(shù)字三維示波器觀測連續(xù)復現(xiàn)的周期性信號中可能存在的偶發(fā)信號時，由于數(shù)字三維示波器通常具有較高的波形捕獲率，它捕獲到偶發(fā)信號的概率遠比數(shù)字存儲示波器高。在將捕獲到的偶發(fā)信號和重復周期性信號共同顯示時，卻由于偶發(fā)信號出現(xiàn)的概率遠遠低于周期性信號連續(xù)復現(xiàn)的概率，導致在通常的波形強度檔位下，用戶將很難觀察到顏色很淺的偶發(fā)信號波形。

現(xiàn)有數(shù)字三維示波器中，已經(jīng)可以同時在一個顯示設備上繪制N組信號；通過統(tǒng)計波形在時刻T和幅度A條件下出現(xiàn)的統(tǒng)計次數(shù)，通過該統(tǒng)計次數(shù)來設置信號在時刻T和幅度A條件下在顯示設備中的顏色。不同顏色對應著不同的統(tǒng)計次數(shù)，以此來觀察偶發(fā)信號波形(偶發(fā)波形通常是存在錯誤的波形，通過這種方式來發(fā)現(xiàn)錯誤)。

但是，此方法中顯示的結果中，相同顏色的波形不一定是來自同一組信號；觀察到的偶發(fā)信號波形可能是由不同組的信號的局部信號片段組合而成，而不是真實的錯誤的波形信號，因此不能準確反應故障信號波形。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種數(shù)字波形信號分析顯示方法及系統(tǒng)，從大量信號分組中篩選出與波形樣本相似的信號進行緩存，并根據(jù)與波形樣本的相關程度對各組波形信號按照不同的透明度進行設置，以層層疊加的方式組合成一個波形幀，對于故障信號，由于與波形樣本相似程度越低從而顯示越不透明，因此能夠對故障信號予以突出顯示。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種數(shù)字波形信號分析顯示方法，包括以下步驟：

S1.確定波形樣本；

S2.將待測數(shù)字信號與波形樣本進行同步，提取出待測數(shù)字信號中與波形樣本相似的信號；

S3.緩存與波形樣本相似的信號，當波形積累到設定組數(shù)時，將存儲的各組波形進行輸出；

S4.將各組輸出的波形信號與波形樣本進行運算比較，根據(jù)與波形樣本的相關程度對各組波形信號按照不同的透明度進行設置，并以層層疊加的方式組合成一個波形幀。

進一步地，步驟S1中波形樣本的確定方式有兩種：

第一，采用設定的波形信號作為波形樣本；

第二，取多組相同時間長度的波形進行平均，將平均結果作為波形樣本。

進一步地，所述的步驟S4包括以下子步驟：

S41.將輸出的各組波形信號分別與波形樣本進行比較運算，獲取各組波形信號與波形樣本之間的相關系數(shù)：

式中，R_i表示第i組波形信號與波形樣本的相關系數(shù)，i＝1,2,3,...,N，N表示設定的波形積累組數(shù)；xⁱ_n，n＝1,2,3,...,Q為第i組波形信號；為第i組波形信號的平均值；y_n，n＝1,2,3,...,Q為波形樣本，為波形樣本的平均值；Q每一組波形的長度；

S42.按照各組波形信號與波形樣本之間的相關系數(shù)，設置波形的透明度：

T_i＝1-R_i，

式中，T_i表示第i組波形的透明度，T_i的范圍在0～1之間，0表示透明，1表示不透明；

S43.將各組設置了透明度的波形信號，以層層疊加的方式組合成一個波形幀。

進一步地，在步驟S1之前，還包括信號采集步驟，所述信號采集步驟包括以下子步驟：

S01.對各個待測模擬信號進行放大或衰減；

S02.對放大或衰減后的信號進行濾波；

S03.對濾波得到的信號進行模數(shù)轉換，得到待測數(shù)字信號；

S04.將待測數(shù)字信號進行存儲。

所述的信號分析顯示方法，還包括波形信號顯示步驟：根據(jù)步驟S4中獲得波形幀，進行圖像繪制和波形顯示。

所述的信號分析顯示過程中，還包括一個控制步驟，所述的控制步驟包括：

對信號采集過程中的放大/衰減參數(shù)、濾波參數(shù)、模數(shù)轉換采樣率以及每個待測數(shù)字信號的存儲長度進行控制；

對波形樣本的確定方式、波形同步過程中的相似波形信號判斷參數(shù)、以及相似波形信號的緩存組數(shù)進行控制。

一種數(shù)字波形信號分析顯示系統(tǒng)，包括信號預處理模塊和波形處理模塊；

所述的信號預處理模塊包括：

波形樣本確定單元，用于確定波形樣本；

波形同步單元，用于將待測數(shù)字信號與波形樣本進行同步，提取相似信號；

波形分組單元，用于緩存波形信號，當波形積累到設定組數(shù)時，將存儲的各組波形進行輸出；

所述的波形處理模塊包括：

相關運算單元，用于將各組輸出的波形信號與波形樣本進行運算比較，得到波形信號與波形樣本的相關程度；

透明度設置單元，用于根據(jù)與波形樣本的相關程度，對各組波形信號按照不同的透明度進行設置；

波形疊加單元，用于將各組波形信號以層層疊加的方式組合成一個波形幀。

進一步地，所述的信號分析顯示系統(tǒng)還包括信號采集模塊，所述信號采集模塊包括：

放大/衰減單元，用于對待測模擬信號進行放大或衰減處理；

濾波單元，用于對放大或衰減后的信號進行濾波；

模數(shù)轉換單元，用于對濾波得到的信號進行模數(shù)轉換，得到待測數(shù)字信號；

存儲單元，用于將待測數(shù)字信號進行存儲，并提供給信號預處理模塊進行信號預處理。

進一步地，所述的信號分析顯示系統(tǒng)還包括波形顯示模塊，所述的波形顯示模塊包括：

繪制單元，用于根據(jù)波形疊加單元獲得波形幀，進行圖像繪制；

顯示單元，用于對繪制的圖像進行顯示。

進一步地，所述的數(shù)字波形信號分析顯示系統(tǒng)還包括控制模塊，所述的控制模塊包括：

采集控制單元，用于對采集控制模塊中放大/衰減單元的參數(shù)、濾波單元參數(shù)、模數(shù)轉換單元采樣率和存儲單元對每個待測數(shù)字信號的存儲長度進行控制；

預處理控制單元，用于對波形樣本確定單元的樣本確定方式、波形同步單元的相似判斷參數(shù)以及波形分組單元的波形緩存組數(shù)進行控制。

本發(fā)明的有益效果是：從大量信號分組中篩選出與波形樣本相似的信號進行緩存，并根據(jù)與波形樣本的相關程度對各組波形信號按照不同的透明度進行設置，以層層疊加的方式組合成一個波形幀，用戶能在一組波形的時間窗內同時看到多組波形，且不同波形有不同的透明度，層次分明；對于故障信號，由于與波形樣本相似程度越低從而顯示越不透明，因此能夠對故障信號予以突出顯示。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，一種數(shù)字波形信號分析顯示方法，包括以下步驟：

S1.確定波形樣本；

S2.將待測數(shù)字信號與波形樣本進行同步，提取出待測數(shù)字信號中與波形樣本相似的信號；

S3.緩存與波形樣本相似的信號，當波形積累到設定組數(shù)時，將存儲的各組波形進行輸出；

S4.將各組輸出的波形信號與波形樣本進行運算比較，根據(jù)與波形樣本的相關程度對各組波形信號按照不同的透明度進行設置，并以層層疊加的方式組合成一個波形幀。

步驟S1中波形樣本的確定方式有兩種：

第一，采用設定的波形信號作為波形樣本；

具體地，設定波形信號有兩種方式：從待測數(shù)字信號中提取一段信號作為波形樣本，所提取信號的起始時間、信號長度等參數(shù)來自控制模塊，這些參數(shù)由用戶設置。

控制模塊直接把波形樣本傳遞給“生產波形樣本模塊”，該波形樣本來自波形顯示模塊中，為當前用戶感興趣的波形。

第二，取多組相同時間長度的波形進行平均，將平均結果作為波形樣本。

信號組數(shù)一般在1000組以上，由于在多組波形中，出錯的波形很少(一般就1～3組左右)，經(jīng)過平均后，波形樣本能夠接近準確的波形。

所述的步驟S4包括以下子步驟：

S41.將輸出的各組波形信號分別與波形樣本進行比較運算，獲取各組波形信號與波形樣本之間的相關系數(shù)：

式中，R_i表示第i組波形信號與波形樣本的相關系數(shù)，i＝1,2,3,...,N，N表示設定的波形積累組數(shù)；xⁱ_n，n＝1,2,3,...,Q為第i組波形信號；為第i組波形信號的平均值；y_n，n＝1,2,3,...,Q為波形樣本，為波形樣本的平均值；Q每一組波形的長度；

S42.按照各組波形信號與波形樣本之間的相關系數(shù)，設置波形的透明度：

T_i＝1-R_i，

式中，T_i表示第i組波形的透明度，T_i的范圍在0～1之間，0表示透明，1表示不透明；

S43.將各組設置了透明度的波形信號，以層層疊加的方式組合成一個波形幀。

在本申請的具體實施中，步驟S1之前，還包括信號采集步驟，所述信號采集步驟包括以下子步驟：

S01.對各個待測模擬信號進行放大或衰減；

S02.對放大或衰減后的信號進行濾波；

S03.對濾波得到的信號進行模數(shù)轉換，得到待測數(shù)字信號；

S04.將待測數(shù)字信號進行存儲。

在本申請的具體實施例中，還包括波形信號顯示步驟：根據(jù)步驟S4中獲得波形幀，進行圖像繪制和波形顯示。

所述的信號分析顯示過程中，還包括一個控制步驟，所述的控制步驟包括：

對信號采集過程中的放大/衰減參數(shù)、濾波參數(shù)、模數(shù)轉換采樣率以及每個待測數(shù)字信號的存儲長度進行控制；

對波形樣本的確定方式、波形同步過程中的相似波形信號判斷參數(shù)、以及相似波形信號的緩存組數(shù)進行控制。

如圖2所示，一種數(shù)字波形信號分析顯示系統(tǒng)，包括信號預處理模塊和波形處理模塊；

所述的信號預處理模塊包括：

波形樣本確定單元，用于確定波形樣本；

波形同步單元，用于將待測數(shù)字信號與波形樣本進行同步，提取相似信號；

波形分組單元，用于緩存波形信號，當波形積累到設定組數(shù)時，將存儲的各組波形進行輸出；

所述的波形處理模塊包括：

相關運算單元，用于將各組輸出的波形信號與波形樣本進行運算比較，得到波形信號與波形樣本的相關程度；

透明度設置單元，用于根據(jù)與波形樣本的相關程度，對各組波形信號按照不同的透明度進行設置；

波形疊加單元，用于將各組波形信號以層層疊加的方式組合成一個波形幀。

在本申請的實施例中，所述的信號分析顯示系統(tǒng)還包括信號采集模塊，所述信號采集模塊包括：

放大/衰減單元，用于對待測模擬信號進行放大或衰減處理；

濾波單元，用于對放大或衰減后的信號進行濾波；

模數(shù)轉換單元，用于對濾波得到的信號進行模數(shù)轉換，得到待測數(shù)字信號；

存儲單元，用于將待測數(shù)字信號進行存儲，并提供給信號預處理模塊進行信號預處理。

在本申請的實施例中，所述的信號分析顯示系統(tǒng)還包括波形顯示模塊，所述的波形顯示模塊包括：

繪制單元，用于根據(jù)波形疊加單元獲得波形幀，進行圖像繪制；

顯示單元，用于對繪制的圖像進行顯示。

在本申請的實施例中，所述的數(shù)字波形信號分析顯示系統(tǒng)還包括控制模塊，所述的控制模塊包括：

采集控制單元，用于對采集控制模塊中放大/衰減單元的參數(shù)、濾波單元參數(shù)、模數(shù)轉換單元采樣率和存儲單元對每個待測數(shù)字信號的存儲長度進行控制；

預處理控制單元，用于對波形樣本確定單元的樣本確定方式、波形同步單元的相似判斷參數(shù)以及波形分組單元的波形緩存組數(shù)進行控制。

本發(fā)明能夠從大量信號分組中篩選出與波形樣本相似的信號進行緩存，并根據(jù)與波形樣本的相關程度對各組波形信號按照不同的透明度進行設置，以層層疊加的方式組合成一個波形幀，用戶能在一組波形的時間窗內同時看到多組波形，且不同波形有不同的透明度，層次分明；對于故障信號，由于與波形樣本相似程度越低從而顯示越不透明，因此能夠對故障信號予以突出顯示。