[发明专利]三维波形数据的异常检测方法

说明书

技术领域

本发明属于三维示波器技术领域，更为具体地讲，涉及一种三维波形数据的异常检测方法。

背景技术

数字三维示波器(Digital Three-dimensional Oscilloscope,简称DTO)采用基于并行结构的波形映射技术，能够在短时间内收集更多的波形，产生细节相当丰富的三维波形数据库，包含时间、幅度以及幅度随时间变化关系(即波形概率信息)。数字三维示波器通过三维映射模块，将一次刷新周期内采集到的多幅波形映射到三维波形数据库，并通过亮度或颜色信息将波形显示在LCD屏幕上。

尽管三维示波器一次能处理多幅波形信息，提高了波形捕获率，但在每次数据采集完成后，进入下一轮新的数据采集前，数字存储示波器需要对当前采集所得数据进行处理、分析和映射，这段时间无法采集数据，因此存在死区时间。数字三维示波器的采集时间相对于死区时间来说太短了，系统几乎会漏失90％的信号。如果用户想捕获低概率的偶发异常信号，可能会需要很长一段时间，甚至捕获不到异常信号。

如2012年05月02日公布的，公布号为CN102435808A、名称为“一种数字三维示波器的波形显示方法”的中国发明专利申请公布的实现方法。传统三维示波器异常信号检测通常是根据偶发异常信号出现的概率低的特点，将每一次波形刷新周期内采集到的多幅波形数据累加到三维波形数据库中，根据用户需要，设置一个阈值N_set。如果三维数据库中采样点x_i的命中次数N_i≤N_set，则认为采样点x_i出现了异常，在显示系统中用特殊的亮度或者颜色将这些异常信号与正常波形进行区分显示。

在用数字三维示波器检测异常信号时，如果被测信号带有每秒重复1次的异常，系统的有效捕获周期10us，波形捕获率为10,000wfms/s，在检测过程中，捕获的波形大多都是重复或相似的的正常信息，如果采用上述异常检测方法，则每次捕获到的“无意义”的正常波形都会进行映射显示，因而需要消耗大量的数据处理和分析时间，有可能异常信号恰好在这段死区时间内出现，但示波器却无法捕捉。因此，要捕获到用户感兴趣的每秒出现一次的异常信号，需要很长的时间。这样，明显的降低了异常信号检测的精确度，并增加了检测的难度。

2013年4月10日公布的、公布号为“CN103033663A”、名称为“一种三维波形数据的异常检测方法”中公开了一种在三维数据处理系统中，将某段时间内采集到的多幅波形数据映射到三维数据库中作为样本，并计算每个采样点的幅度取值范围来构造幅度取值异常检测模板，对上述问题进行了一定程度的改善。在该方法中，如果波形数据较少，得到的幅度取值异常检测模板无法适应波形数据的正常波动，容易发生误检。如果要获得检测效果较好的幅度取值异常检测模板，就必须采用较多幅波形数据，而随着波形数据的增多，势必会提高算法的时间复杂度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三维波形数据的异常检测方法，能够在较少波形数据的基础上得到检测效果较好的幅度取值异常检测模板，在不增加误检率的前提下降低算法的时间复杂度。

为实现上述发明目的，本发明三维波形数据的异常检测方法包括以下步骤：S1：采用垂直分辨率为dbit的ADC采集信号，每次采集的采样点数为k，每个采样点有m＝2^d个幅度取值0,1,…,2^d-1，在硬件系统中将采集到的N幅波形数据映射到三维数据库作为样本，将该三维数据库表示为m×k矩阵A：

其中，a_ij表示N幅波形数据采集中第j个采样点幅度取值为2^d-i的命中次数，i的取值范围为1≤i≤m，j的取值范围为1≤j≤k，行向量B_i＝(a_i1,a_i2,…,a_ik)对应的幅度取值为2^d-i，列向量A_j＝(a_1j,a_2j,…,a_mj)^T表示第j个采样点的映射向量，上标T表示转置；

S2：设置灵敏度参数η，取值范围为0＜η≤1，构造m×k的二值矩阵P，其中的元素p_ij为：