CN109581018B - 宽带取样示波器时基误差同步补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法及装置，涉及宽度取样示波器技术领域，所述方法包括：同步触发被测信号和两个近似正交的参考信号，将参考信号和被测信号同时接入宽带取样示波器并进行采样；根据两个近似正交的参考信号构建误差模型，根据误差模型和正交距离回归数学模型构建宽带取样示波器的时基误差估计模型；根据时基误差估计模型计算时基误差估计值；根据时基误差估计值对被测信号的时基误差进行补偿；本发明能够对时基误差进行准确估计和补偿，有效提高宽带取样示波器的测量精准度，使得测量结果具有较小的不确定性。

Description

宽带取样示波器时基误差同步补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及宽度取样示波器技术领域，尤其是涉及一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法及装置。

背景技术

宽带取样示波器的时基误差主要包括时间漂移、时基失真和时基抖动，宽带取样示波器时基误差的影响时域表现为取样信号的幅值产生了偏差，频域则表现为频谱展宽或者产生新的频率成分，导致测量结果出现较大偏差。为减小示波器时基误差对测量结果的影响，中国计量科学院对最小二乘法的思想进行了进一步的技术完善，利用多频率多相位的最小二乘法估计总的时基误差，然后利用PDF反卷积方法去除宽带取样示波器的时基抖动，将时基失真看作系统误差，时基抖动看作随机误差分两步去除。这种方法实际一方面很难准确区分系统误差和随机误差，分步去除时基算法会引入较大的不确定性；另一方面无法准确估计抖动的概率密度函数和方差，使得卷积具有一定偏差，对修正结果带来严重偏差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法及装置，能够对时基误差进行准确估计和补偿，有效提高宽带取样示波器的测量精准度，使得测量结果具有较小的不确定性。

第一方面，本发明实施例提供了一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法，包括如下步骤：

根据两个近似正交的参考信号构建误差模型，根据所述误差模型和正交距离回归数学模型构建宽带取样示波器的时基误差估计模型；

根据所述时基误差估计模型计算时基误差估计值；

根据所述两个近似正交的参考信号计算所述时基误差估计模型的参数值和时基误差估计值；

根据所述时基误差估计值对所述被测信号的时基误差进行补偿。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述同步触发被测信号和两个近似正交的参考信号的步骤包括：

通过第一信号发生器输出参考信号，通过第二信号发生器输出被测信号，同步触发参考信号和被测信号的采样通道，以获得相同的采样时基；

将所述第一信号发生器输出的信号经正交耦合器进行正交处理，将正交耦合后输出的第一信号和第二信号分别发送至所述示波器的第一通道和第二通道进行显示；将所述第二信号发生器输出的被测信号发送至示波器的第三通道进行显示。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据两个近似正交的参考信号构建误差模型，根据所述误差模型和正交距离回归数学模型构建宽带取样示波器的时基误差估计模型；的步骤为：

根据两个近似正交的参考信号构建参数模型，所述参数模型为下式：

其中，y_ij为在第i个采样时刻的幅度值；α_j为幅度分量，f_j为第j次试验的频率，h为谐波数，β_jk和γ_jk为第j次试验第k次谐波的幅度；T_s为理想的采样间隔，d_i为第i个采样点的时基失真值，q_ij为第j次第i个采样点的时基抖动值，ε_ij为噪声带来的幅度误差；

将y_ij看作(α_j,β_j1,…β_jn,γ_j1,…γ_jn)的函数，将上式简化为：

y_ij＝F(T_i+δ_i；θ_j)+ε_ij

其中，F是关于T_i、θ_j、δ_i的函数，θ_j为误差模型参数，θ_j＝(h₁,h₂，…h_n,α_j,β_j1,…β_jn,γ_j1,…γ_jn)，j＝1,2；δi为总时基误差，Ti为第i个采样时刻；

将所述参数模型，简化为误差模型：

根据所述误差模型构建具有权重的正交距离回归数学模型，即时基误差估计模型：

其中，σ_ε ²为噪声方差，σ_δ ²为抖动方差；权重ω_ε和ω_δ分别是方差σ_ε ²和σ_δ ²的倒数，即ω_ε＝1/σ_ε ²，ω_δ＝1/σ_δ ²。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据所述时基误差估计模型计算时基误差估计值的步骤包括：

根据下式求解E(θ,δ)的雅克比矩阵J(θ,δ):

其中，m表示参数的个数，n误差估计值的个数，将所述雅克比矩阵J(θ,δ)简化为下式：

其中，G是关于参数θ的雅克比矩阵，V是关于δ的对角矩阵，Z的所有元素均为零，D是关于δ的常数矩阵；

通过下式计算迭代步长(s,t)：

且使得

其中，S和T是(s,t)的对角缩放矩阵，τ是信赖域值；

计算参数矩阵G，V，D，迭代步长(s,t)值，令P＝V^TV+D²+αT²,

上式取得最小值时，得到s的值，则t＝-P^-1(V^Tε+Dδ+V^TGs)，通过不断迭代更新(s,t)的值，得到参数(θ,δ)的最终估计值，即时基误差估计值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据所述时基误差估计值对所述被测信号的时基误差进行补偿的步骤包括：

根据时基误差估计值对被测信号的时基序列进行补偿，获得被测信号补偿后的时基序列；

对所述补偿后的时基序列进行调整，得到调整后的时基序列；

根据所述调整后的时基序列对被测信号的采样幅值进行相应调整，得到补偿后的被测信号。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，根据所述调整后的时基序列对被测信号的采样幅值进行相应调整的步骤包括：

根据所述调整后的时基序列对不同采样时刻对应的采样幅值进行一一对应；

将相邻两个采样时刻对应的采样幅值的中值作为真实采样幅值；

根据所述真实采样幅值对所述被测信号的采样幅值进行调整，得到补偿后的被测信号。

第二方面，本发明实施例还提供一种宽带取样示波器时基误差同步补偿装置，包括同步触发模块、模型构建模块、误差估计模块和补偿模块；

所述同步触发模块用于同步触发被测信号和两个近似正交的参考信号，将所述参考信号和所述被测信号同时接入宽带取样示波器并进行采样；

所述模型构建模块用于根据两个近似正交的参考信号构建误差模型，根据所述误差模型和正交距离回归数学模型构建宽带取样示波器的时基误差估计模型；

所述误差估计模块用于所述误差估计模块用于根据所述时基误差估计模型计算时基误差估计值；

所述补偿模块用于根据所述时基误差估计值对所述被测信号的时基误差进行补偿。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述同步触发模块包括触发模块和显示模块；

所述触发模块用于通过第一信号发生器输出参考信号，通过第二信号发生器输出被测信号，同步触发参考信号和被测信号的采样通道，以获得相同的采样时基；

所述显示模块用于将所述第一信号发生器输出的信号经正交耦合器进行正交处理，将正交耦合后输出的第一信号和第二信号分别发送至所述示波器的第一通道和第二通道进行显示；将所述第二信号发生器输出的被测信号发送至示波器的第三通道进行显示。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述模型构建模块包括参数模型模块、时基误差估计模型模块；

所述参数模块用于根据两个近似正交的参考信号构建参数模型，所述参数模型为下式：

其中，y_ij为在第i个采样时刻的幅度值；α_j为幅度分量，f_j为第j次试验的频率，h为谐波数，β_jk和γ_jk为第j次试验第k次谐波的幅度；T_s为理想的采样间隔，d_i为第i个采样点的时基失真值，q_ij为第j次第i个采样点的时基抖动值，ε_ij为噪声带来的幅度误差；

将y_ij看作(α_j,β_j1,…β_jn,γ_j1,…γ_jn)的函数，将上式简化为：

y_ij＝F(T_i+δ_i；θ_j)+ε_ij

其中，F是关于T_i、θ_j、δ_i的函数，θ_j为误差模型参数，θ_j＝(h₁,h₂，…h_n,α_j,β_j1,…β_jn,γ_j1,…γ_jn)，j＝1,2；δ_i为总时基误差，T_i为第i个采样时刻；

所述时基误差估计模型模块用于将所述参数模型，简化为误差模型：

根据所述误差模型构建具有权重的正交距离回归数学模型，即时基误差估计模型：

其中，σ_ε ²为噪声方差，σ_δ ²为抖动方差；权重ω_ε和ω_δ分别是方差σ_ε ²和σ_δ ²的倒数，即ω_ε＝1/σ_ε ²，ω_δ＝1/σ_δ ²。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述误差估计模块包括迭代模块和估计模块；

所述迭代模块用于根据下式求解E(θ,δ)的雅克比矩阵J(θ,δ)：

其中，m表示参数的个数，n表示误差估计值的个数，将所述雅克比矩阵J(θ,δ)简化为下式：

其中，G是关于参数θ的雅克比矩阵，V是关于δ的对角矩阵，Z的所有元素均为零，D是关于δ的常数矩阵；

通过下式计算迭代步长(s,t)：

且使得

其中，S和T是(s,t)的对角缩放矩阵，τ是信赖域值；

所述估计模块用于计算参数矩阵G，V，D，迭代步长(s,t)值，令P＝V^TV+D²+αT²,

上式取得最小值时，得到s的值，则t＝-P^-1(V^Tε+Dδ+V^TGs)，通过不断迭代更新(s,t)的值，得到参数(θ,δ)的最终估计值，即时基误差估计值。

第三方面，本发明实施例提供了一种服务器，该服务器包括存储器以及处理器，该存储器用于存储支持处理器执行第一方面所述方法的程序，该处理器被配置为用于执行该存储器中存储的程序。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，用于存储计算机程序指令，当计算机执行所示计算机程序指令时，执行如第一方面所述的方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明通过同步触发被测信号和两个近似正交的参考信号，使得被测信号和参考信号是在同一示波器的同一个触发时基下同时获得的，从而使得参考信号和被测信号之间的时基误差具有最大的相关性；同时，能够对时基失真和时基抖动两种误差进行统一进行处理，从而降低时基误差估计和补偿对测量结果的影响，使得宽带取样示波器的测量结果更加准确；建立了基于正交距离回归算法的时基误差模型，能够准确估计时基失真和抖动总时基误差，进而对测量信号进行补偿，从而有效降低估计算法对修正结果带来的偏差，有效提高宽带取样示波器的测量精度和测量范围。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法的实验原理图；

图3为本发明实施例一提供的一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法的补偿前被测信号波形图；

图4为本发明实施例一提供的一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法的时基误差估计图；

图5为本发明实施例一提供的一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法的时基误差补偿后被测信号波形图；

图6为本发明实施例二提供的一种宽带取样示波器时基误差同步补偿装置的原理图。

图标：

10-同步触发模块；20-模型构建模块；30-误差估计模块；40-补偿模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前在对宽带取样示波器时基误差进行补偿时，采用最小二乘法将时基失真看作系统误差，时基抖动看作随机误差分两步去除，这种方法实际一方面很难准确区分系统误差和随机误差，分步去除时基算法会引入较大的不确定性；另一方面无法准确估计抖动的概率密度函数和方差，使得卷积具有一定偏差，对修正结果带来严重偏差；基于此，本发明实施例提供的一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法、装置，可以对时基误差进行准确和补偿，有效提高宽带取样示波器的测量精准度，使得测量结果具有较小的不确定性。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法进行详细介绍，

实施例一：

参照图1，一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法，包括如下步骤：

步骤S100：同步触发被测信号和两个近似正交的参考信号，将所述参考信号和所述被测信号同时接入宽带取样示波器并进行采样。

进一步地，所述步骤S100包括：

步骤S101，通过第一信号发生器输出参考信号，通过第二信号发生器输出被测信号，同步触发参考信号和被测信号的采样通道，以获得相同的采样时基；

步骤S102，将所述第一信号发生器输出的信号经正交耦合器进行正交处理，将正交耦合后输出的第一信号和第二信号分别发送至所述示波器的第一通道和第二通道进行显示；将所述第二信号发生器输出的被测信号发送至示波器的第三通道进行显示。

具体地，根据图2的原理图同步触发被测信号和两个近似正交的参考信号。图2中，第一信号发生器与第二信号发生器相连，以确保两信号发生器同步。具体操作为：在实验室准备实验所需仪器，宽带取样示波器、信号发生器、各种连接线、转接头、正交耦合器等。将各种仪器和器件按照图2所示进行连接，将信号发生器产生的信号分别接入宽带取样示波器不同采样通道。如根据输入信号特征，对参数进行设定，如采样点数，采样时间窗的大小，以及采样通道延迟等，本实施例所需实验数据所对应的采样点为4096，采样时间为0.5ns。

按照步骤S101同步触发同步触发参考信号和被测信号的采样通道，以获得相同的采样时基；进行步骤S102，第一信号发生器将参考信号发送至正交耦合器，正交耦合器将信号发送至宽带取样示波器的第一通道(S1通道)和第二通道(S2通道)进行显示；第二信号发生器将被测信号发送至宽带取样示波器的第三通道(S3通道)进行显示。

优选地，采集多组数据，以便通过改变输入信号以及时基触发水平改变示波器时基误差对测量结果的影响程度。按照步骤S100的操作进行采集和保存，将不同实验水平下获得的实验数据进行分组，将同一时基下的不同信号的采样值进行统一处理，分为三列。利用宽带取样示波器存储功能将被测信号和两个参考信号的采样时基和采样幅值进行保存，完成实验数据的采集。

步骤S200：根据两个近似正交的参考信号构建误差模型，根据所述误差模型和正交距离回归数学模型构建宽带取样示波器的时基误差估计模型。

进一步地，步骤S200包括：

根据两个近似正交的参考信号构建参数模型，所述参数模型为式(1)：

其中，y_ij为在第i个采样时刻的幅度值；α_j为幅度分量，f_j为第j次试验的频率，h为谐波数，β_jk和γ_jk为第j次试验第k次谐波的幅度；T_s为理想的采样间隔，d_i为第i个采样点的时基失真值，q_ij为第j次第i个采样点的时基抖动值，ε_ij为噪声带来的幅度误差；

将y_ij看作(α_j,β_j1,…β_jn,γ_j1,…γ_jn)的函数，将上式简化为：

y_ij＝F(T_i+δ_i；θ_j)+ε_ij (2)

式(2)中，F是关于T_i、θ_j、δ_i的函数，θ_j为误差模型参数，θ_j＝(h₁,h₂，…h_n,α_j,β_j1,…β_jn,γ_j1,…γ_jn)，j＝1,2；δ_i为总时基误差，T_i为第i个采样时刻；

将所述参数模型，简化为误差模型：

根据所述误差模型构建具有权重的正交距离回归数学模型，即时基误差估计模型：

式(4)中，σ_ε ²为噪声方差，σ_δ ²为抖动方差；权重ω_ε和ω_δ分别是方差σ_ε ²和σ_δ ²的倒数，即ω_ε＝1/σ_ε ²，ω_δ＝1/σ_δ ²。

具体地，在本实施例中，不考虑单一的时基误差，而是考虑时基失真和时基抖动总的时基误差，根据估计的总时基误差值对同步测量的信号进行误差修正。上述步骤S200主要用于构建时基误差估计模型，通过两组近似正交正弦信号，利用正交距离回归算法估计示波器测量过程中总的时基误差，获得相应同步被测信号的时基误差估计值，采用正交距离回归算法能够充分利用两参考信号的信息，使得估计得到的模型参数值更加准确。

步骤S300：根据所述时基误差估计模型计算时基误差估计值。

进一步地，步骤S300包括：

根据式(5)求解E(θ,δ)的雅克比矩阵J(θ,δ)

其中，m表示参数的个数，n表示误差估计值的个数，将所述雅克比矩阵J(θ,δ)简化为式(6)：

其中，G是关于参数θ的雅克比矩阵，V是关于δ的对角矩阵，Z的所有元素均为零，D是关于δ的常数矩阵；

通过式(7)计算迭代步长(s,t)：

且使得

其中，S和T是(s,t)的对角缩放矩阵，τ是信赖域值；

计算参数矩阵G，V，D，迭代步长(s,t)值，令P＝V^TV+D²+αT²,

式(8)取得最小值时，得到s的值，则t＝-P^-1(V^Tε+Dδ+V^TGs)，通过不断迭代更新(s,t)的值，得到参数(θ,δ)的最终估计值，即时基误差估计值。参照图4，截取连续的4096个点，所构成的时基估计图。

进一步地，步骤S400包括：

步骤S401，根据时基误差估计值对被测信号的时基序列进行补偿，获得被测信号补偿后的时基序列；

步骤S402，通过插值法对所述补偿后的时基序列进行调整，得到调整后的时基序列；

步骤S403，根据所述调整后的时基序列对被测信号的采样幅值进行相应调整，得到补偿后的被测信号。

进一步地，步骤S403包括：

根据所述调整后的时基序列对不同采样时刻对应的采样幅值进行一一对应；

将相邻两个采样时刻对应的采样幅值的中值作为真实采样幅值；

根据所述真实采样幅值对所述被测信号的采样幅值进行调整，得到补偿后的被测信号。

需要注意的是，补偿后的时基序列不是从零时刻开始也不是顺序分布的，调整补偿后的时基序列，通过插值法将补偿后的时基序列插到0.5ns的采样时间窗内，得到补偿后的被测信号，完成对采样时机的补偿。对被测信号的时基序列进行补偿以后，也需要对被测信号的采样幅值进行相应的调整，通过步骤步骤S403对采样幅值进行调整。

参照图3，为补偿前的被测信号波形图，图5为补偿后的被测信号波形图，由图5可知，补偿效果理想。

通过时基误差估计和修正算法对被测信号的时基误差进行补偿，使得宽带取样示波的测量结果更加接近真实值，更加精准，为进一步验证该发明的有效性，本实施例通过多次重复试验，分别对每一组被测信号进行时基误差补偿，利用均方根误差算式计算时基误差补偿后的被测信号的均方根误差，与时基误差补偿前进行对比。

表1时基误差补偿前后rms抖动值

本实施例具有如下有益效果：

1、充分利用同步触发技术和宽带取样示波器多通道同步测量的能力，同时获取参考信号和被测信号，将示波器时基失真和时间抖动两种误差统一进行处理，确保宽带取样示波器的测量结果更加准确；

2、建立了基于正交距离回归算法时基误差模型，该误差模型十分稳定，对实验数据具有较好的估计结果，降低了估计算法造成的误差；

3、针对误差估计模型得到的宽带取样示波器的时基误差估计值，完善时基误差修正算法，对被测信号的时基误差给予精确补偿，提高了宽带取样示波器的测量准确性；

4、进行时基误差估计时，不需要多频率多相位参考信号，仅利用两组近似正交的正弦信号的所有信息，通过带有权重的正交距离归回算法估计示波器测量时的总的时基误差值。

综上所述：本实施例提出一种正交距离回归算法估计宽带取样示波器在测量过程中的时基误差，利用中值插值算法对被测信号的时基误差进行修正，充分利用同步触发和测量技术，将示波器时基失真和时基抖动统一看作随机误差，它既能简化时基误差的估计流程，同时又能够充分利用同步获取的信息对被测信号进行时基补偿，使得测量结果更加精确，减小测量不确定性；与现有最小二乘法和PDF反卷积方法相比，本实施例提出的方法同时测量参考信号和被测信号，对失真和抖动统一补偿，旨在提高误差估计的精度，尽量去除算法对补偿结果的影响程度，从而提高宽带取样示波器测量的精准度。

实施例二：

参照图6，本发明实施例提供一种宽带取样示波器时基误差同步补偿装置，包括同步触发模块10、模型构建模块20、误差估计模块30和补偿模块40；

所述同步触发模块10用于同步触发被测信号和两个近似正交的参考信号，将所述参考信号和所述被测信号同时接入宽带取样示波器并进行采样；

所述模型构建模块20用于根据两个近似正交的参考信号构建误差模型，根据所述误差模型和正交距离回归数学模型构建宽带取样示波器的时基误差估计模型；

所述误差估计模块30用于根据所述时基误差估计模型计算时基误差估计值；

所述补偿模块40用于根据所述时基误差估计值对所述被测信号的时基误差进行补偿。

进一步地，所述同步触发模块10包括触发模块和显示模块；

所述触发模块用于通过第一信号发生器输出参考信号，通过第二信号发生器输出被测信号，同步触发参考信号和被测信号的采样通道，以获得相同的采样时基；

所述显示模块用于将第一信号发生器输出的信号经正交耦合器进行正交处理，将正交耦合后输出的第一信号和第二信号分别发送至示波器的第一通道和第二通道进行显示；将所述第二信号发生器输出的被测信号发送至示波器的第三通道进行显示。

进一步地，所述模型构建模块包括参数模型模块、时基误差估计模型模块；

所述参数模块用于根据两个近似正交的参考信号构建参数模型，所述参数模型为式(9)：

其中，y_ij为在第i个采样时刻的幅度值；α_j为幅度分量，f_j为第j次试验的频率，h为谐波数，β_jk和γ_jk为第j次试验第k次谐波的幅度；T_s为理想的采样间隔，d_i为第i个采样点的时基失真值，q_ij为第j次第i个采样点的时基抖动值，ε_ij为噪声带来的幅度误差；

将y_ij看作(α_j,β_j1,…β_jn,γ_j1,…γ_jn)的函数，将式(9)简化为式(10)：

y_ij＝F(T_i+δ_i；θ_j)+ε_ij (10)

其中，F是关于T_i、θ_j、δ_i的函数，θ_j为误差模型参数，θ_j＝(h₁,h₂，…h_n,α_j,β_j1,…β_jn,γ_j1,…γ_jn)，j＝1,2；δ_i为总时基误差，T_i为第i个采样时刻；

所述时基误差估计模型模块用于将所述参数模型，简化为误差模型：

根据所述误差模型构建具有权重的正交距离回归数学模型，即时基误差估计模型：

其中，σ_ε ²为噪声方差，σ_δ ²为抖动方差；权重ω_ε和ω_δ分别是方差σ_ε ²和σ_δ ²的倒数，即ω_ε＝1/σ_ε ²，ω_δ＝1/σ_δ ²。

进一步地，所述误差估计模块30包括迭代模块和估计模块；

所述迭代模块用于根据式(13)求解E(θ,δ)的雅克比矩阵J(θ,δ)：

其中，m表示参数的个数，n表示误差估计值的个数，将所述雅克比矩阵J(θ,δ)简化为式(14)：

其中，G是关于参数θ的雅克比矩阵，V是关于δ的对角矩阵，Z的所有元素均为零，D是关于δ的常数矩阵；

通过式(15)计算迭代步长(s,t)：

且使得

其中，S和T是(s,t)的对角缩放矩阵，τ是信赖域值；

所述估计模块用于计算参数矩阵G，V，D，迭代步长(s,t)值，令P＝V^TV+D²+αT²,

式(16)取得最小值时，得到s的值，则t＝-P^-1(V^Tε+Dδ+V^TGs)，通过不断迭代更新(s,t)的值，得到参数(θ,δ)的最终估计值，即时基误差估计值。

进一步地，所述补偿模块包括时基序列模块、插值模块和调整模块；

所述时基序列模块用于根据时基误差估计值对被测信号的时基序列进行补偿，获得被测信号补偿后的时基序列；

所述插值模块用于通过插值法对所述补偿后的时基序列进行调整，得到调整后的时基序列；

所述调整模块用于根据所述调整后的时基序列对被测信号的采样幅值进行相应调整，得到补偿后的被测信号。

进一步地，所述调整模块包括对应模块、中值模块和补偿调整模块；

所述对应模块用于根据所述调整后的时基序列对不同采样时刻对应的采样幅值进行一一对应；

所述中值模块用于将相邻两个采样时刻对应的采样幅值的中值作为真实采样幅值；

所述补偿调整模块用于根据所述真实采样幅值对所述被测信号的采样幅值进行调整，得到补偿后的被测信号。

本发明实施例提供了一种服务器，该服务器包括存储器以及处理器，该存储器用于存储支持处理器执行第一方面所述方法的程序，该处理器被配置为用于执行该存储器中存储的程序。

本发明实施例还提供一种计算机存储介质，用于存储计算机程序指令，当计算机执行所示计算机程序指令时，执行如第一方面所述的方法。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种宽带取样示波器时基误差同步补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

同步触发被测信号和两个近似正交的参考信号，将所述参考信号和所述被测信号同时接入宽带取样示波器并进行采样；

根据两个近似正交的参考信号构建误差模型，根据所述误差模型和正交距离回归数学模型构建宽带取样示波器的时基误差估计模型；

根据所述时基误差估计模型计算时基误差估计值；

根据所述时基误差估计值对所述被测信号的时基误差进行补偿，

所述根据两个近似正交的参考信号构建误差模型，根据所述误差模型和正交距离回归数学模型构建宽带取样示波器的时基误差估计模型的步骤为：

根据两个近似正交的参考信号构建参数模型，所述参数模型为下式：

其中，y_ij为在第j次实验时第i个采样时刻的幅度值；α_j为幅度分量，f_j为第j次试验的频率，h为谐波数，h为大于1的正整数；β_jk和γ_jk为第j次试验第k次谐波的幅度；T_s为理想的采样间隔，d_i为第i个采样点的时基失真值，q_ij为第j次第i个采样点的时基抖动值，ε_ij为噪声带来的幅度误差；

将y_ij看作(α_j,β_j1,…β_jn,γ_j1,…γ_jn)的函数，将上式简化为：

y_ij＝F(T_i+δ_i；θ_j)+ε_ij

其中，F是关于T_i、θ_j、δ_i的函数，θ_j为误差模型参数，θ_j＝(h₁,h₂，…h_n,α_j,β_j1,…β_jh,γ_j1,…γ_jh)，j＝1,2；δ_i为总时基误差，T_i为第i个采样时刻；n表示的是h取值的上限；

将所述参数模型，简化为误差模型：

根据所述误差模型构建具有权重的正交距离回归数学模型，即时基误差估计模型：

其中，σ_ε ²为噪声方差，σ_δ ²为抖动方差；权重ω_ε和ω_δ分别是方差σ_ε ²和σ_δ ²的倒数，即ω_ε＝1/σ_ε ²，ω_δ＝1/σ_δ ²。

2.根据权利要求1所述的宽带取样示波器时基误差同步补偿方法，其特征在于，所述同步触发被测信号和两个近似正交的参考信号的步骤包括：

通过第一信号发生器输出参考信号，通过第二信号发生器输出被测信号，同步触发参考信号和被测信号的采样通道，以获得相同的采样时基；

将所述第一信号发生器输出的参考信号经正交耦合器进行正交处理，将正交耦合后输出的第一信号和第二信号分别发送至所述示波器的第一通道和第二通道进行显示；将所述第二信号发生器输出的被测信号发送至示波器的第三通道进行显示。

3.根据权利要求1所述的宽带取样示波器时基误差同步补偿方法，其特征在于，根据所述时基误差估计模型计算时基误差估计值的步骤包括：

根据下式求解E(θ,δ)的雅克比矩阵J(θ,δ)：

其中，m表示参数的个数，n误差估计值的个数，将所述雅克比矩阵J(θ,δ)简化为下式：

其中，G是关于参数θ的雅克比矩阵，V是关于δ的对角矩阵，Z的所有元素均为零，D是关于δ的常数矩阵；

通过下式计算迭代步长(s,t)：

且使得

其中，S和T是(s,t)的对角缩放矩阵，t是信赖域值；

计算参数矩阵G，V，D，迭代步长(s,t)值，令P＝V^TV+D²+αT²,

上式取得最小值时，得到s的值，则t＝-P^-1(V^Tε+Dδ+V^TGs)，通过不断迭代更新(s,t)的值，得到参数(θ,δ)的最终估计值，即时基误差估计值。

4.根据权利要求1所述的宽带取样示波器时基误差同步补偿方法，其特征在于，根据所述时基误差估计值对所述被测信号的时基误差进行补偿的步骤包括：

根据时基误差估计值对被测信号的时基序列进行补偿，获得被测信号补偿后的时基序列；

对补偿后的时基序列进行调整，得到调整后的时基序列；

根据所述调整后的时基序列对被测信号的采样幅值进行相应调整，得到补偿后的被测信号。

5.根据权利要求4所述的宽带取样示波器时基误差同步补偿方法，其特征在于，根据所述调整后的时基序列对被测信号的采样幅值进行相应调整的步骤包括：

根据所述调整后的时基序列对不同采样时刻对应的采样幅值进行一一对应；

将相邻两个采样时刻对应的采样幅值的中值作为真实采样幅值；

根据所述真实采样幅值对所述被测信号的采样幅值进行调整，得到补偿后的被测信号。

6.一种宽带取样示波器时基误差同步补偿装置，其特征在于，包括同步触发模块、模型构建模块、误差估计模块和补偿模块；

所述同步触发模块用于同步触发被测信号和两个近似正交的参考信号，将所述参考信号和所述被测信号接入宽带取样示波器并进行采样；

所述模型构建模块用于根据两个近似正交的参考信号构建误差模型，根据所述误差模型和正交距离回归数学模型构建宽带取样示波器的时基误差估计模型；

所述误差估计模块用于根据所述时基误差估计模型计算时基误差估计值；

所述补偿模块用于根据所述时基误差估计值对所述被测信号的时基误差进行补偿，

所述模型构建模块包括参数模型模块、时基误差估计模型模块；

所述参数模块用于根据两个近似正交的参考信号构建参数模型，所述参数模型为下式：

其中，y_ij为在第j次实验时第i个采样时刻的幅度值；α_j为幅度分量，f_j为第j次试验的频率，h为谐波数，h为大于1的正整数；β_jk和γ_jk为第j次试验第k次谐波的幅度；T_s为理想的采样间隔，d_i为第i个采样点的时基失真值，q_ij为第j次第i个采样点的时基抖动值，ε_ij为噪声带来的幅度误差；

将y_ij看作(α_j,β_j1,…β_jn,γ_j1，…γ_jn)的函数，将上式简化为：

y_ij＝F(T_i+δ_i；θ_j)+ε_ij

其中，F是关于T_i、θ_j、δ_i的函数，θ_j为误差模型参数，θ_j＝(h₁,h₂，…h_n,α_j,β_j1,…β_jh,γ_j1,…γ_jh)，j＝1,2；δ_i为总时基误差，T_i为第i个采样时刻；n表示的是h取值的上限；

所述时基误差估计模型模块用于将所述参数模型，简化为误差模型：

根据所述误差模型构建具有权重的正交距离回归数学模型，即时基误差估计模型：

其中，σ_ε ²为噪声方差，σ_δ ²为抖动方差；权重ω_ε和ω_δ分别是方差σ_ε ²和σ_δ ²的倒数，即ω_ε＝1/σ_ε ²，ω_δ＝1/σ_δ ²。

7.根据权利要求6所述的宽带取样示波器时基误差同步补偿装置，其特征在于，所述同步触发模块包括触发模块和显示模块；

所述触发模块用于通过第一信号发生器输出参考信号，通过第二信号发生器输出被测信号，同步触发参考信号和被测信号的采样通道，以获得相同的采样时基；

所述显示模块用于将所述第一信号发生器输出的信号经正交耦合器进行正交处理，将正交耦合后输出的第一信号和第二信号分别发送至所述示波器的第一通道和第二通道进行显示；将所述第二信号发生器输出的被测信号发送至示波器的第三通道进行显示。

8.根据权利要求6所述的宽带取样示波器时基误差同步补偿装置，其特征在于，所述误差估计模块包括迭代模块和估计模块；

所述迭代模块用于根据下式求解E(θ,δ)的雅克比矩阵J(θ,δ)：

其中，m表示参数的个数，n表示误差估计值的个数，将所述雅克比矩阵J(θ,δ)简化为下式：

其中，G是关于参数θ的雅克比矩阵，V是关于δ的对角矩阵，Z的所有元素均为零，D是关于δ的常数矩阵；

通过下式计算迭代步长(s,t)：

且使得

其中，S和T是(s,t)的对角缩放矩阵，τ是信赖域值；

所述估计模块用于计算参数矩阵G，V，D，迭代步长(s,t)值，令P＝V^TV+D²+αT²,

上式取得最小值时，得到s的值，则t＝-P^-1(V^Tε+Dδ+V^TGs)，通过不断迭代更新(s,t)的值，得到参数(θ,δ)的最终估计值，即时基误差估计值。

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