一種信號回放系統(tǒng)波形差異的評定方法

程翊聽 陸強 行江 楊寧

摘要 本文介紹了一種信號回放系統(tǒng)波形差異的評定方法，對評價信號回放系統(tǒng)具有一定的參考意義。

【關(guān)鍵詞】信號回放系統(tǒng) 波形差異 數(shù)字示波器

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，信號采集和回放技術(shù)已經(jīng)是信號處理中非常重要的環(huán)節(jié)，信號回放系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于雷達、通信、遙測遙感、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測等領(lǐng)域。通過回放現(xiàn)場采集的真實信號，對系統(tǒng)性能進行研究，節(jié)省了大量的實驗時間和經(jīng)費。

但是回放的信號是否與原真實信號一致，缺乏完整的評定方法。目前回放信號的頻率、功率都可以通過與原信號比較測量的方法得出結(jié)果，但信號波形缺乏一致性的評價方法。

1 模型

波形差異體現(xiàn)的是在時域回放信號的一致性。如果系統(tǒng)性能完善，那么回放信號與原原信號應(yīng)該都具有相同的形狀。反之，如果出現(xiàn)較大差異，則可以判斷出此時被測系統(tǒng)己不符合要求。因此必須提出一種波形差異計算方法，以評價回放信號與原原信號的信號一致性。

采用的波形差異計算方法是由IBIS委員會提出的專門針對仿真波形質(zhì)量驗證的方法，對波形的差異的測量結(jié)果統(tǒng)一用幅值計算結(jié)果體現(xiàn)。要保證仿真數(shù)據(jù)的準確可靠，最基本的要求就是模型質(zhì)量必須是準確可靠的，為了對IBIS模型的仿真結(jié)果進行驗證，必須能夠?qū)Σㄐ螖?shù)據(jù)進行定量計算，得出波形吻合度的具體數(shù)值，因此可用重疊比較法進行模型質(zhì)量度量的比較，可以實現(xiàn)時域波形的驗證，其核心是用以下幾個計算公式來代表波形比對結(jié)果，即：

foml用于計算波形偏差的最大值，用峰值差異DP表示;fom2用于計算波形最大的相對偏差，用峰值差異指數(shù)DPI表示;fom3用于計算波形偏差的累積平均，用均值差異DA表示;fom4用于計算波形相對偏差的累積平均，用均值差異指數(shù)DAI表示。峰值差異體現(xiàn)的是波形之間差異的極值點的大小，而均值差異體現(xiàn)的是波形之間整體的差異大小。

2 評價方法

在實際評價過程中可采用以下方法實現(xiàn)波形差異的評估：

第一步驟：如圖1所示，信號發(fā)生器輸出信號后功分為兩路，一路由信號回放系統(tǒng)采集存儲;另一路作為原信號，進入數(shù)字示波器，利用數(shù)字示波器采集原信號后由發(fā)送給計算機進行存儲，同時利用數(shù)字示波器的測量功能測量信號波形的電平值及時間長度。

第二步驟：如圖2所示，信號回放系統(tǒng)回放存儲的信號，數(shù)字示波器再次采集該回放信號后由發(fā)送給計算機進行存儲，定義此時數(shù)字示波器存儲的為回放信號，同時利用數(shù)字示波器的測量功能測量信號波形的電平值及時間長度。

第三步驟：如圖3所示，利用下列算法對對原信號和回放信號波形進行分析調(diào)整后計算得出差異值。分為以下幾個流程：

2.1 電平調(diào)整

回放信號和原信號的電平存在一定的差異，所以有必要將二者調(diào)整到統(tǒng)一的電平上來，可利用步驟二和步驟三的電平測量結(jié)果對兩路比對信號的電平調(diào)整為一致。

2.2 信號檢波

為保證準確度，通常方法難以對其調(diào)制信號的包絡(luò)做出準確分析，須將其信號包絡(luò)提取出來。

2.3 時間對準

時間對準程序有以下步驟：

（1）使用數(shù)字示波器的快幀存儲技術(shù)選擇波形，設(shè)置數(shù)字示波器觸發(fā)和延遲時間使原信號單次完整變化的波形全部落入數(shù)字示波器的一個存儲快幀中，同時利用數(shù)字示波器返回的每段快幀時間值定義該段的發(fā)生時刻，每段回放信號和原信號的發(fā)生時刻差即為它們之間的延時調(diào)整值，利用該時刻將回放信號和原信號進行時間上的對齊;

（2）通過的時間長度測量結(jié)果對信號時間進行拉伸或壓縮，保證兩路比對信號的波形時間長度相同，將未同時采集的信號進行舍棄

（3）利用每段快幀的發(fā)生時刻對各段波形進行定位，將這些段的波形進行連接。

2.4 波形差異的計算

通過上述過程可將回放信號和原信號進行電平及時間上的對齊，回放信號和原信號的差值即為波形差異值。對于波形的差異采用以下兩個參數(shù)來衡量，分別為峰值差異指數(shù)DPI、均值差異指數(shù)DAI。它們分別由峰值差異DP、均值差異DA計算得出。

3 結(jié)束語

在某些情況下可能沒有正確確定延時的變化，這樣由于錯誤的延時估計導(dǎo)致大的計算誤差。可以通過將信號進行波形擬合，計算新的延時估計值，對每個錯誤段重新定位。然后重新計算波形差異。

參考文獻

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