CN103941104A - 一种对称波形波峰识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对称波形波峰识别方法，其包括以下步骤：1)输入具有对称波形的待识别信号；2)比较：当信号幅值大于或者大于等于设定值时，输出下降沿；3)捕获：响应所述下降沿，捕获输出下降沿的时刻，直至信号幅值下降到所述设定值而输出上升沿，捕获输出上升沿的时刻；4)依据捕获得到的下降沿时刻和上升沿时刻的平均数，作为波峰值所处的时刻；5)延时输出，从而把步骤4)计算获得的波峰时刻调制到与输出的目标设备运行于同一时基下。

Description

一种对称波形波峰识别方法

技术领域

本发明涉及一种对称波形波峰的识别方法。

背景技术

在信号捕获领域，经常会遇到需要快速识别一个对称波形的波峰并以此为基础进行精确计时的情况，通常，为满足快速识别，需要高速的AD和DSP器件，成本高昂，并且对开发人员的要求也比较高。

信号的波峰识别一直是信号研究的难点，在于不同的波形都有其自身的单一性和独特性，也需要匹配不同的识别方法。在一些低速波形波峰识别领域，如人体心电图的分析，每一个心电信号子波形都具有一定的生理学意义，其频率相对较低，峰值检测的算法也相对简单，并不适合于需要快速识别的应用。

峰值反映了信号的极重要方面，尤其是小信号。如果要求一个峰值超过某个阈值是一个简单的特性，然而，由于存在如干扰信号，单纯的峰值检测并无实际意义，波峰检测必然表现为复杂的特性。通常，对于峰值的检测需要转换为对波形波峰的检测，借以识别具有特定波形的波峰识别，在检测出波峰的同时，消除干扰。

较早的波峰识别是阈值法，藉由波形的周期性而将其划分为单个的脉冲周期，在每个魔宠周期提取波峰、波谷、波峰间隔和波谷间隔，其数据处理量太大，阈值法也容易丢失波峰或者波谷，从而引起错误，不适合于需要高速识别的应用，如对子弹所产生激波波形波峰的识别。

在一些实现中，采用带通滤波法，它会先设定某一频率来屏蔽初始波形中的噪声波，然后在通过阈值法来检测出波峰与波谷，这种方法较普通的阈值法要检测的峰值更加准确，清晰。但实际情况是并不存在理想的带通滤波器，滤波器并不能够将期望频率以外的所有频率波滤掉，这涉及带通滤波的滚降现象，进而会产生吉布斯现象，使其适用具有很大的局限性。

在波峰检测中，运用小波法检测可以检出波峰所处的大概位置，也就是准确度并不能够满足实际的技术要求，它的准确度取决于构造小波函数的中心频率的取值，并且检测到的波峰值也不一定都在信号实际的波峰点，因此，后续必须在已测到的峰值点附近比较搜索实际的信号峰值点，计算量整体比较大，效率偏低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对称波形波峰识别方法，对于持续时间短(微秒级)的信号波峰捕获尤为适用，对设备的处理速度要求也比较低。

本发明采用以下技术方案：

一种对称波形波峰识别方法，包括以下步骤：

1)输入具有对称波形的待识别信号；

2)比较：当信号幅值大于或者大于等于设定值时，输出下降沿；

3)捕获：响应所述下降沿，捕获输出下降沿的时刻，直至信号幅值下降到所述设定值而输出上升沿，捕获输出上升沿的时刻；

4)依据捕获得到的下降沿时刻和上升沿时刻的平均数，作为波峰值所处的时刻；

5)延时输出，从而把步骤4)计算获得的波峰时刻调制到与输出的目标设备运行于同一时基下。

依据本发明的上述对称波形波峰识别方法，只通过简单的比较和计时，以及非常有限的计算，对信号波峰的到来的时刻响应速度非常快，从而对硬件的要求比较低，整体的成本非常低。同时，由于响应速度快，能够满足持续时间比较短的信号波峰的捕获。

在一些实施例中，其中步骤2)采用比较电路，基于比较电路的设定值，输出下降沿或者输出翻转信号。

在一些实施例中，其中步骤3)，在响应所述下降沿时，同时进行进行计时，并在补货到输出的上升沿时停止计时，计时的时间为波形幅值大于设定值时持续的时间，以此时间并设定一个裕度判定是否为特定的波形。

在一些实施例中，其中用于计时的设备在响应所述下降沿时清零，并开始计时。

附图说明

图1为信号波形图。

具体实施方式

参照说明书附图1所示的信号波形是一种周期性变化的波形，且为对称波形，因而具有比较明显的波形特征。图中，T1和Tn时刻是信号幅值等于给定值的时刻，Tn-T1则是维持或者大于给定值的持续时间，而其均值则是波峰时刻。

在一些实施例中，硬件配置如下：

一个比较器，根据具体的使用环境，可以对比较器配置其他电路，比较器同时设定给定值，并可以根据具体的使用环境进行给定值的设置。比较器输入待识别的信号。

比较器也可以将其当作一个1位模／数转换器(ADC)，从而可以输出一个1或者0。对于如图1所示的信号波形，在波形幅值大于给定值时，维持一个1或者0，并可以再信号翻转的时刻驱动计时或者其他操作。

一个处理单元，由于需要处理的数据量比较小，可以采用普通的单片机，利用单片机对数字量的处理功能，可以实现10纳秒的计时精度。

通常如子弹的激波信号，再被采集变成电信号时是电压信号，如图1所示本方法具体实现方法如下：在T1时刻信号电压达到指定值，信号波形为两阶以上的可导曲线，连续变化，并含有拐点。

在T1时刻比较器输出下降沿，单片机的脉宽捕获开始工作，单片机内用于计算时长的定时器清零，并开始等待信号幅值回落到指定值一下，也就是Tn时刻比较器输出上升沿时，此时单片机的捕获计时寄存器，也就是上述的定时器里面的值即为信号在大于指定值持续的时间。

如果T0为计时开始的时刻，显然Tc=(Tn-T1)／2，单片机计算完成得到Tc的值的时间点在Ta时刻。

如果我们通过边沿触发来通知计时设备的话，由于不是运行在同一的时基下，可以通过增加一个固定的时延来将Tc的值调制到时延的参数内。即，从Ta时刻开始，如作为处理单位元的MCU延时一个固定时间Tg-Tc时间单位后开始输出边沿信号。

该方法不仅适用于对称波形，其实多数相对规则的信号，均可以采用此方法来捕获识别波峰。

利用MCU的脉宽捕获功能，捕获比较器快速反应产生的矩形波，通过时间轴平移来将波峰到来时刻信息调制到输出端口。此方法对于持续时间短(微秒级)的信号波峰捕获尤为适用，对单片机的处理速度要求较低。

Claims (4)

1.一种对称波形波峰识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)输入具有对称波形的待识别信号；

2)比较：当信号幅值大于或者大于等于设定值时，输出下降沿；

3)捕获：响应所述下降沿，捕获输出下降沿的时刻，直至信号幅值下降到所述设定值而输出上升沿，捕获输出上升沿的时刻；

4)依据捕获得到的下降沿时刻和上升沿时刻的平均数，作为波峰值所处的时刻；

5)延时输出，从而把步骤4)计算获得的波峰时刻调制到与输出的目标设备运行于同一时基下。

2.根据权利要求1所述的对称波形波峰识别方法，其特征在于，步骤2)采用比较电路，基于比较电路的设定值，输出下降沿或者输出翻转信号。

3.根据权利要求1或2所述的对称波形波峰识别方法，其特征在于，步骤3)，在响应所述下降沿时，同时进行进行计时，并在补货到输出的上升沿时停止计时，计时的时间为波形幅值大于设定值时持续的时间，以此时间并设定一个裕度判定是否为特定的波形。

4.根据权利要求3所述的对称波形波峰识别方法，其特征在于，用于计时的设备在响应所述下降沿时清零，并开始计时。