基于信息熵的数字存储示波器垂直分辨率提高方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于信息熵的数字存储示波器垂直分辨率提高方法，对过采样的单次采集信号，采样最大熵原理估计各样本的概率和最大熵，根据样本概率计算样本的不确定度，进而得到置信区间，根据置信区间剔除样本中的粗大量化误差，根据信息量比率计算数据的融合权重系数，并根据融合权重系数对有效样本进行数据融合，将数据融合结果代替粗大量化误差的样本对样本数据进行重构，再采用基于平均的抽取算法，得到输出样本。本发明用于提高数字存储示波器的垂直分辨率，通过结合基于信息熵的数据融合和基于平均的抽取滤波算法，提高数字示波器的垂直分辨率，并提高输出信号的信噪比性能，并且不会影响示波器实际采样率下的模拟带宽。
【专利说明】基于信息熵的数字存储示波器垂直分辨率提高方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字存储示波器【技术领域】，更为具体地讲，涉及一种基于信息熵的数 字存储示波器垂直分辨率提高方法。
【背景技术】
[0002] 带宽、采样率和存储深度是普遍采用的评价数字存储示波器性能的三大核心指 标。除此之外，还有一个非常重要的指标：垂直分辨率。较高的垂直分辨率意味着更加精细 的波形显示和更加精确的信号测量。数字存储示波器（DS0)的垂直分辨率取决于模数转化 器（ADC)的量化位数，以及示波器本身的噪声和失真水平。常见的示波器产品一般采用8 位或12位ADC，在ADC的量化位数一定的情况下，降低噪声就成为提供更高分辨率的关键。
[0003] 数字滤波是常用的降噪手段。其中，平均是一种改善信噪比、提高有效位数（垂直 分辨率）的典型方法。数字存储示波器中常用的平均方式有两种：连续捕获平均和连续样 点平均。
[0004] 连续捕获平均是数字存储示波器采集系统中的基本降噪信号处理技术。它依赖于 多次触发采集重复的信号。图1为N次连续捕获平均原理图。如图1所示，连续捕获平均 使用多次采集的多个波形，逐点平均这些波形中的对应采样点，形成一个平均后的单次捕 获结果，即输出单个波形。连续捕获平均的直接计算方法是把所有采集中的对应样点相加， 然后除以采集数量，计算公式为：
【权利要求】
1. 一种基于信息熵的数字存储示波器垂直分辨率提高方法，其特征在于，包括以下步 骤： 51 :数字存储示波器的采集系统按照N倍于实际采样率的高采样率进行过采样，将采 样样本以N个样本为一组，得到样本序列 Xl，x2,. . . xN ; 52 :从样本序列中剔除重复样本后得到V个样本Xl，x2,. . . xN，，采用最大离散熵 估计得到去重后各个样本xd的概率p (xd)，并得到最大离散熵H(x)max，d的取值范围为 1 < d < Ν'，其中离散熵的计算公式为：
其中，k为正常数，gm(xd)为各阶统计矩函数，m表示阶数，Μ表示最大阶数，E(g m)表示 各阶统计矩的期望值； 53 :计算Ν'个样本的测量不确定度u，计算公式为：
其中，无表示步骤S1中过采样得到的Ν个样本的平均值； 得到样本的可靠区间为[1-?,7 + ?]，将Ν'个样本中在置信区间范围外的样本剔除， 得到Ν"个样本； 54 :计算Ν"个样本中各个样本的信息量比率ων :
其中，ν的取值范围为ν = 1，2, . . . Ν "，I (χν)表示样本χν的自信息量，I (χν) =-lnp (xv)； 对信息量比率归一化处理得到融合权重系数qv，计算公式为：
进行数据融合得到融合结果xf，计算公式为：
55 :在原始N个样本Xl，x2, . . . xN中，根据步骤S3得到的置信区间，将置信区间范围外 的样本剔除，并加入同等数量的融合结果Xf，得到N个样本x/，x2'，...x' N; S6:将N个样本x/，x2'，...x' N进行基于平均的抽取，得到平均结果3 =
将平均结果A作为样本输出。
2. 根据权利要求1所述的数字存储示波器垂直分辨率提高方法，其特征在于，所述过 采样的倍数10000。
3. 根据权利要求1所述的数字存储示波器垂直分辨率提高方法，其特征在于，所述步 骤S2中采用最大离散熵估计样本概率时采用拉格朗日乘数法求解。
【文档编号】G01R13/02GK104101751SQ201410314235
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】蒋俊, 潘卉青, 汪明, 王翔辉 申请人:电子科技大学