[发明专利]基于奇异谱熵的数字示波器异常信号检测方法及系统

权利要求书

1.一种基于奇异谱熵的数字示波器异常信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对输入信号x(t)进行持续采样，得到每幅波形数据的采样信号x(τ)，其中t表示时间，τ表示采样时刻；

S2：计算第1至第a幅波形数据的奇异谱熵E_i，其中i表示波形序号，i＝1,2,…,a，a表示预设的波形数据幅数，然后求取平均值作为奇异谱熵比较阈值G；

S3：对于第a+1幅及以后波形数据，计算每幅波形数据的奇异谱熵E_j，其中j＝a+1,a+2,…，如果E_j＞G，则判定当前的波形数据为异常信号，将对应波形数据进行存储和显示，否则判定当前的波形数据为正常信号，不作任何操作。

2.根据权利要求1所述的数字示波器异常信号检测方法，其特征在于，所述奇异谱熵的计算方法为：

1)对波形数据的采样信号进行特征值抽样处理，记抽样后的波形数据为X＝{x_k}，其中，k＝1,2,…,N，N表示抽样后的波形数据长度；

2)设置窗口长度M和和时延常数δ，以(M,δ)的模式窗口将X＝{x_k}顺序分为λ段模式数据，构成模式矩阵A：

其中，表示向上取整；

3)对模式矩阵A进行奇异值分解，记获得的非零奇异值为σ₁≥σ₂≥...≥σ_M；

4)计算奇异谱熵E：

其中，

3.根据权利要求2所述的数字示波器异常信号检测方法，其特征在于，所述奇异谱熵E按照下述公式进行归一化，得到归一化后的奇异谱熵

4.一种基于奇异谱熵的数字示波器异常信号检测系统，其特征在于，包括ADC模块、采样信号存储模块、特征提取模块、阈值生成模块、异常判断模块、异常信号存储模块、显示模块，其中：

ADC模块用于在触发信号的控制下，对输入信号x(t)进行采样，将波形数据的采样信号x(τ)发送至采样信号存储模块，其中t表示时间，τ表示采样时刻；

采样信号存储模块用于存储ADC模块得到的采样信号x(τ)；

特征提取模块从采样信号存储模块中依次读取每幅波形数据的采样信号x(τ)，计算对应的奇异谱熵，将第1至第a幅波形数据的奇异谱熵E_i发送给阈值生成模块，其中i表示波形序号，i＝1,2,…,a，a表示预设的波形数据幅数；将第a+1幅及以后波形数据的奇异谱熵E_j发送给异常判断模块，j＝a+1,a+2,…；

阈值生成模块接收特征提取模块发送的a个奇异谱熵E_i，求取平均值作为奇异谱熵比较阈值G发送给异常判断模块；

异常判断模块在接收到奇异谱熵比较阈值G后，从特征提取模块中接收每幅波形数据的奇异谱熵E_j，如果E_j＞G，则判定当前的波形数据为异常信号，将对应波形数据的序号发送给异常信号存储模块，否则判定当前的波形数据为正常信号，不作任何操作；

异常信号存储模块根据异常判断模块发送的异常信号的波形数据序号从采样信号存储模块中读取对应异常信号波形数据并存储；

显示模块用于在每次显示刷新周期到来时，从异常信号存储模块中依次读取每幅异常信号波形数据进行显示。

5.根据权利要求4所述的数字示波器异常信号检测系统，其特征在于，所述特征提取模块中奇异谱熵的计算方法为：

1)对波形数据的采样信号进行特征值抽样处理，记抽样后的波形数据为X＝{x_k}，其中，k＝1,2,…,N，N表示抽样后的波形数据长度；

2)设置窗口长度M和和时延常数δ，以(M,δ)的模式窗口将X＝{x_k}顺序分为λ段模式数据，构成模式矩阵A：

其中，表示向上取整；

3)对模式矩阵A进行奇异值分解，记获得的非零奇异值为σ₁≥σ₂≥...≥σ_M；

4)计算奇异谱熵E：

其中，

6.根据权利要求5所述的数字示波器异常信号检测系统，其特征在于，所述奇异谱熵E按照下述公式进行归一化，得到归一化后的奇异谱熵