基于小波理论的自动测试系统采样数据修补方法与流程

1.本发明与信号分析领域相关，具体涉及一种依据小波变换对自动控制系统中的信号采集装置进行信号补偿的方法。


背景技术：

2.在实际应用，自动测试系统的使用环境极其复杂。这导致其信号采样装置（如：示波器、采集卡）获得的极易发生数据丢失，进而使得后续的信号处理和生产监控出现错误。为防止上述问题的发生，在传统自动测试系统中，通常需要对缺失的数据进行离线补偿，然而传统缺失数据补偿算法常常很难获得理想的精度。这极大地降低了自动测试系统的工作效率和故障分析的准确性。
3.小波理论是一种变换分析方法，能够同时分析时域和频域，有自动聚焦的特性。小波变换将信号分解成一系列小波小波函数的叠加，这些小波函数都是由一个母小波函数经过平移和伸缩变幻得来。基于小波理论的信号多分辨率谱估计方法是针对在噪声中检测短时、非平稳的波形和到达时间未知的信号提出的，可广泛应用于信号处理、图象处理等各种领域。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提出一种防止信号采样装置采集的信号产生丢失，自动测试系统数据采样的准确性高，工作效率高的自动测试系统采样数据修补方法。
5.本发明是这样实现的：一种基于小波理论的自动测试系统采样数据修补方法，当自动测试系统信号采样装置进行数据采集后，以一四阶尺度函数表示原始信号，将采样数据按照时间排序，以缺损数据为中心，将采样数据分为奇偶两组数列，按照所选取的数列，分别求取对应的小波变换的尺度因子j和小波变换上限k1和下限k2，求取小波系数参数向量c和缺损数据所对应的向量，通过这两个向量计算得到缺损数据的代替值，将原始采样数据中缺损部分数据变更为代替值，实现对自动测试系统采样数据进行修补，具体步骤为：（1）构建四阶样条尺度函数(1)（2）从示波器获取采样数据：(2)这里δt表示采样时间间隔fs(t)表示随时间变化的信号，fs(i
•
δt)表示第i时刻的采样值，fs(m
•
δt)设定为缺损的数据，n为偶数，（3）以m
•
δt时刻为中心，将式(2)中fs按奇偶数列分成两组，当缺损数据的fs(m
•
δ
t)序号m为奇数时，分组如下：(3)（4）当缺损数据fs(m
•
δt)的序号m为偶数时，分组如下：(4)这里f
t
表示向量f的转置，（5）设定t1表示f1的时间序列，即：(5)（6）设定t表示f2的时间序列，即：(6)（7）令f
i1
表示f1中的第i个元素，f
i2
表示f2中的第i个元素，（8）设定参数bw=1.2，（9）计算小波变换的尺度因子：(7)（10）计算小波变换下限k1和上限k2(8)（11）利用f2生成矩阵(9)这里ф
j,k
(x)=ф(j
•
x
–
k)，k=k1，
…
，k2,ф(x)如式(1)所示，其中k1为小波变换下限值，k2为小波变换上限值，k1和k2如式(8)所示，ti表示式(6)中t的第i个元素，（12）计算小波系数参数向量(10)这里ф1如式(9)所示，（13）生成向量，（14），即为缺损数据fs(m
•
δt)的替代值，（15）将式(2)中的fs(m
•
δt)替换成，生成完整采样数据。
6.本发明的优点如下：基于小波理论的在线数据补偿方案，利用小波函数能量在时频面上高度集中的特点，对示波器、采集卡等信号采样装置获取的数据进行在线补偿，以期提高自动测试系统数据采样的准确性，提高其工作效率。
附图说明
7.图1为本发明的硬件框图。
具体实施方式
8.本发明在自动测试系统进行数据采集过程中，通过系统控制信号采集装置进行数据采样，并将所采集信号上传，通过上位机其进行在线分析，系统结构图如图1所示，其中以自动控制系统零槽控制器为上位机，其余示波器，万用表等为受控的数据采集装置，零槽控制器分别通过数据总线对数据采集装置进行控制，并接收数据采集装置上传的信号。零槽控制器接收到数据之后，对其进行分析修补。
9.零槽控制器板卡仪器型号为pxie-8840；其余数据采集模块对应板卡仪器型号分别为：示波器为pxi-5114，示波器可以将采集到的电信号转换为可见的波形图像；数字万用表为pxi-4065，数字万用表可以测量电路中的电压电流等电信号，并显示这些电信号的大小；ad模块为pxi-6133，ad模块可以将采集到的电信号转化为数字信号；频率计数器为pxi-6614，频率计数器可以对被测信号的频率进行测量。
10.基于小波理论的自动测试系统采样数据修补方法,当自动测试系统信号采样装置进行数据采集后，以一四阶尺度函数表示原始信号，将采样数据按照时间排序，以缺损数据为中心，将采样数据分为奇偶两组数列，按照所选取的数列，分别求取对应的小波变换的尺度因子j和小波变换上限k1和下限k2，求取小波系数参数向量c和缺损数据所对应的向量，通过这两个向量计算得到缺损数据的代替值，将原始采样数据中缺损部分数据变更为代替值，实现对自动测试系统采样数据进行修补，具体步骤为：（1）构建四阶样条尺度函数(1)（2）从示波器获取采样数据：(2)这里δt表示采样时间间隔fs(t)表示随时间变化的信号，fs(i
•
δt)表示第i时刻的采样值，fs(m
•
δt)设定为缺损的数据，n为偶数，（3）以m
•
δt时刻为中心，将式(2)中fs按奇偶数列分成两组，当缺损数据的fs(m
•
δt)序号m为奇数时，分组如下：(3)（4）当缺损数据fs(m
•
δt)的序号m为偶数时，分组如下：(4)这里f
t
表示向量f的转置，
（5）设定t1表示f1的时间序列，即：(5)（6）设定t表示f2的时间序列，即：(6)（7）令f
i1
表示f1中的第i个元素，f
i2
表示f2中的第i个元素，（8）设定参数bw=1.2，（9）计算小波变换的尺度因子：(7)（10）计算小波变换下限k1和上限k2(8)（11）利用f2生成矩阵(9)这里ф
j,k
(x)=ф(j
•
x
–
k)，k=k1，
…
，k2,ф(x)如式(1)所示，其中k1为小波变换下限值，k2为小波变换上限值，k1和k2如式(8)所示，ti表示式(6)中t的第i个元素，（12）计算小波系数参数向量(10)这里ф1如式(9)所示，（13）生成向量，（14），即为缺损数据fs(m
•
δt)的替代值，（15）将式(2)中的fs(m
•
δt)替换成，生成完整采样数据。


技术特征：
1.一种基于小波理论的自动测试系统采样数据修补方法，其特征在于,当自动测试系统信号采样装置进行数据采集后，以一四阶尺度函数表示原始信号，将采样数据按照时间排序，以缺损数据为中心，将采样数据分为奇偶两组数列，按照所选取的数列，分别求取对应的小波变换的尺度因子j和小波变换上限k1和下限k2，求取小波系数参数向量c和缺损数据所对应的向量，通过这两个向量计算得到缺损数据的代替值，将原始采样数据中缺损部分数据变更为代替值，实现对自动测试系统采样数据进行修补，具体步骤为：（1）构建四阶样条尺度函数(1)（2）从示波器获取采样数据：(2)这里δt表示采样时间间隔f
s
(t)表示随时间变化的信号，f
s
(i
•
δt)表示第i时刻的采样值，f
s
(m
•
δt)设定为缺损的数据，n为偶数，（3）以m
•
δt时刻为中心，将式(2)中f
s
按奇偶数列分成两组，当缺损数据的f
s
(m
•
δt)序号m为奇数时，分组如下：(3)（4）当缺损数据f
s
(m
•
δt)的序号m为偶数时，分组如下：(4)这里f
t
表示向量f的转置，（5）设定t1表示f1的时间序列，即：(5)（6）设定t表示f2的时间序列，即：(6)（7）令f
i1
表示f1中的第i个元素，f
i2
表示f2中的第i个元素，（8）设定参数b
w
=1.2，（9）计算小波变换的尺度因子：(7)（10）计算小波变换下限k1和上限k2(8)（11）利用f2生成矩阵
(9)这里ф
j,k
(x)=ф(j
•
x
–
k)，k=k1，
…
，k2,ф(x)如式(1)所示，其中k1为小波变换下限值，k2为小波变换上限值，k1和k2如式(8)所示，t
i
表示式(6)中t的第i个元素，（12）计算小波系数参数向量(10)这里ф1如式(9)所示，（13）生成向量，（14），即为缺损数据f
s
(m
•
δt)的替代值，（15）将式(2)中的fs(m
•
δt)替换成，生成完整采样数据。

技术总结
本发明为一种基于小波理论的自动测试系统采样数据修补方法，解决在传统自动测试系统中，通常需要对缺失的数据进行离线补偿，很难获得理想的精度的问题。当信号采样装置进行数据采集后，以一四阶尺度函数表示原始信号，将采样数据按照时间排序，以缺损数据为中心，将采样数据分为奇偶两组数列，按照所选取的数列，分别求取对应的小波变换的尺度因子J和小波变换上限K1和下限K2，求取小波系数参数向量C和缺损数据所对应的向量，通过这两个向量计算得到缺损数据的代替值，将原始采样数据中缺损部分数据变更为代替值，对采样数据进行修补，对示波器、采集卡等信号采样装置获取的数据进行在线补偿，自动测试系统数据采样的准确性高，工作效率高。工作效率高。工作效率高。


技术研发人员：范剑 毛伟伟 张家豪 张治国
受保护的技术使用者：南京慧剑光电技术有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/9/23