[发明专利]一种虚拟仪器的波形同步方法及系统

说明书

本发明公开了一种虚拟仪器的波形同步方法及系统，该波形同步方法及系统先向输入信号中添加随机噪声序列，对添加随机噪声序列后的输入信号进行采样，对添加随机噪声序列后的第一帧信号与第二帧信号分别利用带约束的最小二乘学习法进行曲线拟合，判断曲线拟合后的第一帧信号与第二帧信号是否匹配，若是，则通过遗传算法求取匹配平移参数得到匹配后的波形，再将匹配后的信号进行重构，重构时将匹配后的信号中的相对于第一帧信号多余的尾部数据移动到匹配后的信号的相对于第一帧信号缺失的头部数据。通过采用本发明虚拟仪器的波形同步方法及系统，虚拟仪器中ADC芯片对周期信号采集数据时，信号发生左右平移抖动小。

技术领域

本发明涉及虚拟仪器领域，更具体地说，涉及一种虚拟仪器的波形同步方法及系统。

背景技术

仪器技术以及现代测试技术的进步，促进了新概念仪器-虚拟仪器(VirtualInstrument，简称VI)的发展。虚拟仪器利用计算机开发仪器，硬件部分完成数据采集功能，软件部分完成数据分析处理功能。虚拟仪器中至关重要的一个环节就是AD(模数)采集，而高速AD采集又是制约虚拟仪器发展的一个难点。我们在对虚拟仪器的研究过程中发现，当采用高速ADC芯片(如大于500Mbps采样率)对高频周期信号采集数据并在虚拟示波器上显示时，PC端的虚拟示波器上显示的波形图像发生严重的左右平移抖动，且输入的高频信号频率越高抖动越厉害，与我们预期的虚拟示波器的稳定成像效果相差甚远。徐卫生及延洪震的《基于LabVIEW的八线同步隔离虚拟示波器的设计》中通过定点重绘的方式使波形同步显示，但初相位点难以找到并且对应。韦孟辉的《高精密相位控制的多通道任意波形发生器研究》中通过DFT变换找到相位差然后平移使波形同步，但是由于采集点数少，DFT获得的相位测量误差大，导致最后还原的波形误差较大。李进的《基于USB数据同步采集设计方案》中与Zuo Xi Tian、Feng Yu及Zeng Wu Liu.的《Designs for Synchronous DataAcquisition of a Distributed System中》中通过硬件存储和计时器计时进行数据同步，可以提高同步精度，但费用较高。易先军的《基于DSP的多路同步数据采集系统的开发与应用》中采用频率误差闭环系统进行数据同步，但这方法只适应于低频信号测量，高频信号测量精度低。

根据奈奎斯特采样定律，AD采样频率大于二倍被测信号的频率，被测信号可以完全被恢复出来。但是，在虚拟仪器显示时，如果每个周期采样点数太少，一方面信号显示不平滑，另一方面由于初相位误差，波形显示出现抖动现象。假设数据采样率为500Mbps，理论上可以检测250MHz被测信号。参考图1以及图2，如用500M采样率的ADC芯片采集95M的高频周期正弦信号，上升沿采样有效，则一个周期最多能有6个采样点。由于ADC(模数转换器)采样时钟与被测信号相互独立且ADC采样时钟频率不是输入信号频率的整数倍，那么在相同硬件同步CLK下，每帧图像的数据采样的起始点会有零到一个AD采集时钟周期内的时间差，(如图1的实际第一帧与第二帧波形起始采集点位置不同导致图1中Δt)，也就是会导致每帧采样的波形的初相位不一致(如图1中C,B两点初始相位的不同)，最终导致采样的数据在显示时导致波形的平移抖动(如图2高速刷新显示下波形呈带状)，且抖动的相位θ范围有以下关系：

式中Fs为采样率，Fw为输入信号频率。当采样频率为500MHz，被测信号为95MHz时，相位误差为：0<θ<0.384π。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述的现有虚拟仪器中ADC芯片对周期信号采集数据时，信号发生严重的左右平移抖动的技术缺陷，提供了一种虚拟仪器的波形同步方法及系统。

根据本发明的其中一方面，本发明为解决其技术问题，提供了一种虚拟仪器的波形同步方法，包含：

S1、向输入信号中添加随机噪声序列；

S2、对添加随机噪声序列后的输入信号进行采样，采样后的信号中具有相邻的第一帧信号与第二帧信号；