CN115656625A - 一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法及系统，通过对被测动态信号的波形特征进行分析，建立被测动态信号特征函数，根据特征函数对被测动态信号进行离散处理，以离散点为阶梯中心，生成连续的且与被测信号相关联的阶梯波信号，将被测动态信号与阶梯波信号之间的信号进行信号差分，得到数字差分信号，通过数字差分信号分析与阶梯波信号插值处理过程，生成动态自适应阶梯波。将动态自适应阶梯波作为媒介信号，得到更为准确的模拟差分信号，为后续操作提供误差更小的数据，能够改进对连续的电压或者电流进行量化而产生的量化误差，从而实现了对动态信号的高准确度测量，设计合理，过程简单，易于实现，测量准确度高。

Description

一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法及系统

技术领域

本发明属于电能计量技术领域，具体为一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法及系统。

背景技术

对电能量值进行准确计量是电网安全运行和电能贸易结算公平公正的保证。在电力系统中，一方面，随着风能、太阳能等新能源的大规模并网，其发电输出功率受到风力、光照等天气因素影响，呈现出间歇性、波动性的特点；另一方面，非线性负荷、电力电子设备等大量投入运行，也造成了用电负荷大范围频繁随机波动。新能源并网和复杂负荷的动态波动都将给电能计量带来新的影响和挑战。

稳态下通常通过标准电能表进行智能电能表计量性能校准，但是动态运行场景中标准电能表的动态特性并没有相应的技术指标，无法准确评价，所以解决智能电能表动态计量难题的关键问题之一在于电能动态量值的准确测量方法，而基于已有标准电能表的动态量值溯源方法具有较大缺陷，故需要研究动态量值的高准确度测量方法。

与此同时，现有的准同步采样、非整周期采样等电参量测量方法均是基于交流采样实现的，交流采样的误差来源主要有两方面：一方面是将连续的电压或电流进行量化而产生的量化误差；另一方面是用时间上离散的数据近似代替时间上连续的数据所产生的误差，这主要是由信号离散的采样点数以及离散采样点的周期截断状态决定的。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法及系统，设计合理，过程简单，易于实现，测量准确度高。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法，包括，

将被测动态信号波形通过离散处理得到离散点，以离散点为阶梯中心，生成连续的阶梯波信号；

将被测动态信号与阶梯波信号进行信号差分，得到数字差分信号；

根据设置的信号衰减率对数字差分信号进行过滤，过滤出不符合的数字差分信号；将不符合的数字差分信号对应的阶梯波信号进行插值处理得到非等间隔阶梯波信号，将被测动态信号和非等间隔阶梯波信号进行信号差分后得到非等间隔数字差分信号再进行过滤，直至插值处理达到设定的终止阈值，或者非等间隔数字差分信号全部通过过滤后，输出非等间隔阶梯波信号的离散状态；

根据输出的离散状态形成输出时间序列，将输出时间序列进行数模转换后得到动态自适应阶梯波；

将被测动态信号和动态自适应阶梯波相位匹配后进行同步差分获得模拟差分信号；

对模拟差分信号进行等间隔采样获得瞬时信号，并分析得到被测动态信号的特征参量，完成基于动态自适应阶梯波的动态信号测量。

可选的，所述将被测动态信号波形通过离散处理得到离散点，具体通过如下基于三角函数的被测动态信号特征函数，进行离散处理得到离散点：

其中，c₀为信号直流分量，i为谐波次数，c_i为第i次谐波的幅值，

为第i次谐波的相位，K为信号分析的谐波次数，f_m为第m个离散点的幅值，m＝0，1，2，…，M-1，M为离散点的个数。

可选的，所述根据设置的信号衰减率对数字差分信号进行过滤，具体包括，

统计数字差分信号的高度分布情况，构建差分信号的上下限区间，判断上下限区间是否达到设置的信号衰减率完成过滤。

可选的，所述将不符合的数字差分信号对应的阶梯波信号进行插值处理得到非等间隔阶梯波信号，将被测动态信号和非等间隔阶梯波信号进行信号差分后得到非等间隔数字差分信号再进行过滤，具体包括，

根据相邻上下限对应的点数值差异及各上下限对应的点导数设立插值取值条件和终止阈值；

如果未达到衰减率的要求，对未达到衰减率要求的数字差分信号所处台阶对应的阶梯波信号进行插值处理，生成非等间隔阶梯波信号；

将被测动态信号与非等间隔阶梯波信号进行信号差分，得到非等间隔数字差分信号；

将所述的非等间隔数字差分信号再根据设置的信号衰减率进行过滤，直至插值处理达到设定的终止阈值，或者非等间隔数字差分信号全部通过过滤后，输出非等间隔阶梯波信号的离散状态。

可选的，所述将输出时间序列进行数模转换后得到动态自适应阶梯波，如下所示，

其中，z(t)表示理想情况下数模转换模块输出的动态自适应阶梯波，j＝0,1,…,M′-1，为M’个台阶数，f_j为第j个台阶的输出高度，t_j为第j个台阶输出的起始时间，t_j+1为第j个台阶输出的终止时间，(t_j,t_j+1)为第j个台阶输出的时间区间，c₀为信号直流分量，i为谐波次数，c_i为第i次谐波的幅值，

为第i次谐波的相位，K为信号分析的谐波次数，T为信号分析周期。

可选的，所述将被测动态信号和动态自适应阶梯波相位匹配后进行同步差分获得模拟差分信号，具体包括，

被测动态信号和动态自适应阶梯波的相对相位差符合设定的稳定阈值后完成相位匹配，进行同步差分，取被测动态信号和动态自适应阶梯波之间的差值，获得模拟差分信号。

可选的，所述对模拟差分信号进行等间隔采样获得瞬时信号，包括，通过如下公式得到模拟差分信号的采样数据：

d_j,l＝(y-z)δ(t_j+l_jt_s)

式中，j＝0,1,…,M′-1，为M’个台阶数；l_j＝0,1,…,L_j-1，为每个台阶上的采样点数，δ(t_j+l_jt_s)为冲击采样函数，

为采样时间间隔，f_s为采样频率，d_j,l为模拟差分信号的采样数据，即第j个台阶上第l_j个差分信号采样数据，y是被测动态信号，z是模拟差分信号；

将采样数据与对应模拟差分信号的台阶值相加，得到获得瞬时信号，公式如下：

y_j,l＝z_j,l+d_j,l。

可选的，所述分析得到被测动态信号的特征参量，包括周期、峰值、均值、均方值、幅值、谐波和方差中的至少一种。

一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量系统，包括，

离散处理模块，用于将被测动态信号波形通过离散处理得到离散点，以离散点为阶梯中心，生成连续的阶梯波信号；

数字信号差分模块，用于将被测动态信号与阶梯波信号进行信号差分，得到数字差分信号；

过滤模块，根据设置的信号衰减率对数字差分信号进行过滤，过滤出不符合的数字差分信号；将不符合的数字差分信号对应的阶梯波信号进行插值处理得到非等间隔阶梯波信号，将被测动态信号和非等间隔阶梯波信号进行信号差分后得到非等间隔数字差分信号再进行过滤，直至插值处理达到设定的终止阈值，或者非等间隔数字差分信号全部通过过滤后，输出非等间隔阶梯波信号的离散状态；

动态自适应阶梯波输出模块，根据输出的离散状态形成输出时间序列，将输出时间序列进行数模转换后得到动态自适应阶梯波；

模拟信号差分模块，用于将被测动态信号和动态自适应阶梯波相位匹配后进行同步差分获得模拟差分信号；

测量模块，用于对模拟差分信号进行等间隔采样获得瞬时信号，并分析得到被测动态信号的特征参量，完成基于动态自适应阶梯波的动态信号测量。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明方案中通过对被测动态信号的波形特征进行分析，建立被测动态信号特征函数，根据特征函数对被测动态信号进行离散处理，以离散点为阶梯中心，生成连续的且与被测信号相关联的阶梯波信号，将被测动态信号与阶梯波信号之间的信号进行信号差分，得到数字差分信号，通过数字差分信号分析与阶梯波信号插值处理过程，生成动态自适应阶梯波。将动态自适应阶梯波作为媒介信号，得到更为准确的模拟差分信号，为后续操作提供误差更小的数据，能够改进对连续的电压或者电流进行量化而产生的量化误差，从而实现了对动态信号的高准确度测量。

进一步的，根据设置的信号衰减率对数字差分信号进行过滤，过滤出不符合的数字差分信号；将不符合的数字差分信号对应的阶梯波信号进行插值处理得到非等间隔阶梯波信号，将被测动态信号和非等间隔阶梯波信号进行信号差分后得到非等间隔数字差分信号再进行过滤，直至插值处理达到设定的终止阈值，或者非等间隔数字差分信号全部通过过滤后，输出非等间隔阶梯波信号的离散状态，通过过滤的操作，实现自适应筛选并输出符合的阶梯波信号，为后续操作提供相关数据。

进一步的，根据输出的离散状态形成输出时间序列，将输出时间序列进行数模转换后得到动态自适应阶梯波，通过数模转换减小数据损失，提高测量结果的可靠性。

进一步的，将被测动态信号和动态自适应阶梯波相位匹配后进行同步差分获得模拟差分信号，通过同步差分的操作增强结果的稳定性。

进一步的，对模拟差分信号进行等间隔采样获得瞬时信号，并分析得到被测动态信号的特征参量，完成基于动态自适应阶梯波的动态信号测量，通过恢复计算的操作，最终获得高准确度的被测动态信号数据，实现对动态信号的可靠测量。

附图说明

图1为本发明实例中所述动态信号测量方法的流程图。

图2为本发明实例中所述动态自适应阶梯波生成的流程图。

图3为本发明实例中所述动态信号测量系统的结构框图。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、元件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

在本发明中，“模块”、“装置”、“系统”等指应用于计算机的相关实体，如硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件等。详细地说，例如，元件可以、但不限于是运行于处理器的过程、处理器、对象、可执行元件、执行线程、程序和/或计算机。还有，运行于服务器上的应用程序或脚本程序、服务器都可以是元件。一个或多个元件可在执行的过程和/或线程中，并且元件可以在一台计算机上本地化和/或分布在两台或多台计算机之间，并可以由各种计算机可读介质运行。元件还可以根据具有一个或多个数据包的信号，例如，来自一个与本地系统、分布式系统中另一元件交互的，和/或在因特网的网络通过信号与其它系统交互的数据的信号通过本地和/或远程过程来进行通信。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明提供一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法，如图1所示，其包括，

将被测动态信号波形通过离散处理得到离散点，以离散点为阶梯中心，生成连续的阶梯波信号；

将被测动态信号与阶梯波信号之间的信号进行信号差分，得到数字差分信号；

根据设置的信号衰减率对数字差分信号进行过滤，过滤出不符合的数字差分信号；将不符合的数字差分信号对应的阶梯波信号进行插值处理得到非等间隔阶梯波信号，将被测动态信号和非等间隔阶梯波信号进行信号差分后得到非等间隔数字差分信号再进行过滤，直至插值处理达到设定的终止阈值，或者非等间隔数字差分信号全部通过过滤后，输出非等间隔阶梯波信号的离散状态；

根据输出的离散状态形成输出时间序列，将输出时间序列进行数模转换后得到动态自适应阶梯波；

将被测动态信号和动态自适应阶梯波相位匹配后进行同步差分获得模拟差分信号；

对模拟差分信号进行等间隔采样获得瞬时信号，并分析得到被测动态信号的特征参量，完成基于动态自适应阶梯波的动态信号测量。

其中，输出的离散状态为经过多次过滤后得到的符合信号衰减率的差分信号对应的非等间隔阶梯波信号的离散状态，或者达到设定终止阈值时的非等间隔阶梯波信号的离散状态。

在本发明的具体实施例中，所述的基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法及系统，包括被测动态信号离散，阶梯波自适应生成，被测动态信号和动态自适应阶梯波进行信号差分，瞬时信号采样，被测动态信号恢复计算五个步骤。

在本发明的具体实施例中，将被测动态信号波形通过离散处理得到离散点，被测动态信号离散过程为：

(1)针对被测动态信号连续时间函数y(t)，建立基于三角函数的被测动态信号特征函数，通过其进行离散处理得到离散点，该函数模型作为阶梯波生成依据：

式中，f(t)为被测动态信号的傅里叶函数，K为信号分析的谐波次数，T为信号分析周期，针对电力系统实际需求，将周期固定为20ms(50Hz)，c₀为信号直流分量，i为谐波次数，c_i为第i次谐波的幅值，

为第i次谐波的相位，t是时间。

(2)对连续动态测试信号进行离散处理，离散台阶数为M，则台阶之间时间间隔为T/M，为了进一步衰减差分信号，信号台阶值从半个台阶宽度开始，连续等间隔计算，得到M个等间隔离散的信号值：

式中，通过傅里叶分析，建立被测动态信号的傅里叶函数f_m，c₀为信号直流分量，i为谐波次数，c_i为第i次谐波的幅值，

为第i次谐波的相位，K为信号分析的谐波次数，f_m为第m个离散点的幅值，m＝0，1，2，…，M-1，M为离散点个数。

然后，通过信号差分，获得被测动态信号与阶梯波信号之间的数字差分信号，统计计算数字差分信号的高度分布情况，对高度分布情况进行分析，构建数字差分信号上下限区间，判断上下限区间是否达到设置的信号衰减率的要求以实现过滤。

其中，所述过滤出不符合的数字差分信号；将不符合的数字差分信号对应的阶梯波信号进行插值处理得到非等间隔阶梯波信号，将被测动态信号和非等间隔阶梯波信号进行信号差分后得到非等间隔数字差分信号再进行过滤，具体包括，

根据相邻上下限对应的点数值差异及各上下限对应的点导数设立插值取值条件和终止阈值；

如果未达到衰减率的要求，对未达到衰减率要求的数字差分信号所处台阶对应的阶梯波信号进行插值处理，实现台阶重建与台阶移动，生成非等间隔阶梯波信号，在进行插值处理时，由上一步骤的操作根据相邻点数值差异及各点导数设立插值取值条件；

将被测动态信号与非等间隔阶梯波信号进行信号差分，得到非等间隔数字差分信号；

将所述的非等间隔数字差分信号再根据设置的信号衰减率进行过滤，直至插值处理达到设定的终止阈值，或者非等间隔数字差分信号全部通过过滤后，输出非等间隔阶梯波信号的离散状态。非等间隔阶梯波信号包括经过多次过滤后得到的符合信号衰减率的非等间隔数字差分信号对应的非等间隔阶梯波信号，或者达到设定终止阈值时的非等间隔阶梯波信号。

在本发明的具体实施例中，如图2所示，阶梯波自适应生成过程：

对连续动态测试波形进行等间隔离散化处理。

通过离散点所处位置双向延长半个台阶宽度，从而生成连续的等间隔阶梯波。

通过信号差分，获得被测信号与阶梯波信号之间的数字差分信号。同时进行分布分析，计算差分信号的高度分布情况，构建差分信号上下限区间。

设置信号衰减率η，判断差分信号上下限是否达到信号衰减率要求。根据相邻点数值差异及各点导数(一阶或高阶)设立插值取值条件和终止阈值，通过不断的对阶梯波信号进行插值重建与台阶移动处理，直至达到终止阈值条件f⁽ⁿ⁾(j)≥g⁽ⁿ⁾(j)，符合信号衰减率要求，形成相应的非等间隔阶梯波信号的输出时间序列f⁽ⁿ⁾(j)。

f⁽ⁿ⁾(j)＝[f_j,(H_j,H_j+1)]j＝0,1,…,M′-1

其中，n表示阶数，f⁽ⁿ⁾(j)为输出的离散状态，g⁽ⁿ⁾(j)为终止阈值条件，

为第j个台阶的输出高度，c₀为信号直流分量，i为谐波次数，c_i为第i次谐波的幅值，

为第i次谐波的相位，K为信号分析的谐波次数，M’为输出台阶个数，H_j为第j个台阶输出的起始相位，H_j+1为第j个台阶输出的终止相位，(H_j,H_j+1)为第j个台阶输出的相位区间。

动态自适应阶梯波输出。离散动态测试信号f_j经高准确度数模转换模块控制后，输出动态自适应阶梯波。在区间[t_j,t_j+1]中，第j间隔中，数模转换模块输出值为f_j，第j+1间隔中，数模转换模块输出值为f_j+1。在每个间隔中，输出保持，则理想数模转换模块输出波形为：

其中，z(t)表示理想情况下数模转换模块输出的动态自适应阶梯波，

为第j个台阶的输出高度，

为第j个台阶输出的起始时间，

为第j个台阶输出的终止时间，(t_j,t_j+1)为第j个台阶输出的时间区间。c₀为信号直流分量，i为谐波次数，c_i为第i次谐波的幅值，

为第i次谐波的相位，K为信号分析的谐波次数，T为信号分析周期；

动态自适应阶梯波输出过程为输出时间序列经高准确度数模转换模块控制后，输出相应的动态自适应阶梯波，在区间[t_j,t_j+1]中，第j间隔中，数模转换模块输出值为f_j，第j+1间隔中，数模转换模块输出值为f_j+1，将动态测试信号离散为M’个区间，则M’为输出动态自适应阶梯波的周期台阶个数，而每个离散点的信号值f_j，则为数模转换模块输出的动态自适应阶梯波每个台阶的高度，每个台阶的持续时间Δt_j＝t_j+1-t_j，则为每个台阶的宽度；

将动态测试信号离散为M’个区间，则M’为输出的动态自适应阶梯波的周期台阶数，而每个离散点的信号值，则为数模转换模块输出的动态自适应阶梯波每个台阶的高度，每个台阶的持续时间，则为每个台阶的宽度。

其中，本发明所述将被测动态信号和动态自适应阶梯波相位匹配后进行同步差分获得模拟差分信号，具体包括，被测动态信号和动态自适应阶梯波完成相位匹配后，即被测动态信号和动态自适应阶梯波的相对相位差符合设定的阈值，进行同步差分，取被测动态信号和动态自适应阶梯波之间的差值，获得模拟差分信号。

在本发明的具体实施例中，在保证被测动态信号和动态自适应阶梯波相位匹配的前提下，实现动态自适应阶梯波和被测动态信号的同步差分，取被测动态信号和动态自适应阶梯波之间的差值。

其中，本发明所述对模拟差分信号进行等间隔采样获得瞬时信号，包括，通过如下公式得到模拟差分信号的采样数据：

d_j,l＝(y-z)δ(t_j+l_jt_s)

式中，j＝0,1,…,M′-1，为M’个台阶数；l_j＝0,1,…,L_j-1，为每个台阶上的采样点数，δ(t_j+l_jt_s)为冲击采样函数，

为采样时间间隔，f_s为采样频率，d_j,l为模拟差分信号的采样数据，即第j个台阶上第l_j个差分信号采样数据，y是被测动态信号，z是模拟差分信号；

将采样数据与对应模拟差分信号的台阶值相加，得到获得瞬时信号，公式如下：

y_j,l＝z_j,l+d_j,l。

在本发明的具体实施例中，瞬时信号采样过程为：对模拟差分信号进行等间隔采样，每个台阶上采样L_j个数据点，则基波周期等间隔采样得到

个数据点，公式如下：

d_j,l＝y_j,l-z_j,l

式中，y_j,l＝yδ(t_j+l_jt_s)，为被测动态信号第j个台阶上第l_j个采样点瞬时数据，z_j,l＝zδ(t_j+l_jt_s)，为动态自适应阶梯波对应位置的台阶值，即第j个台阶上第l_j个差分信号对应的台阶值；

将采样数据与对应模拟差分信号的台阶值相加，获得瞬时信号。

在本发明中被测动态信号恢复计算过程为：通过时频域信号分析方法，计算并且记录恢复后被测动态信号的相关特征参量，完成动态信号的测量。具体的，分析得到被测动态信号的特征参量，包括周期、峰值、均值、均方值、幅值、谐波和方差中的至少一种。

与传统电学测量方法相比，通过动态自适应阶梯波作为媒介信号，减小将连续的动态信号进行量化而产生的量化误差，从而优化现有电学量值测量方法，实现对动态信号的可靠测量，进一步提升动态测量准确度。

对应上述的动态信号测量方法，本发明还提供一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量系统，如图3所示，其包括，

离散处理模块，用于将被测动态信号通过离散处理得到离散点，以离散点为阶梯中心，生成连续的阶梯波信号；

数字信号差分模块，用于将被测动态信号与阶梯波信号进行信号差分，得到数字差分信号；

过滤模块，根据设置的信号衰减率对数字差分信号进行过滤，过滤出不符合的数字差分信号；将不符合的数字差分信号对应的阶梯波信号进行插值处理得到非等间隔阶梯波信号，将被测动态信号和非等间隔阶梯波信号进行信号差分后得到非等间隔数字差分信号再进行过滤，直至插值处理达到设定的终止阈值，或者非等间隔数字差分信号全部通过过滤后，输出非等间隔阶梯波信号的离散状态；

动态自适应阶梯波输出模块，根据输出的离散状态形成输出时间序列，将输出时间序列进行数模转换后得到动态自适应阶梯波；

模拟信号差分模块，用于将被测动态信号和动态自适应阶梯波相位匹配后进行同步差分获得模拟差分信号；

测量模块，用于对模拟差分信号进行等间隔采样获得瞬时信号，并分析得到被测动态信号的特征参量，完成基于动态自适应阶梯波的动态信号测量。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法，其特征在于，包括，

将被测动态信号波形通过离散处理得到离散点，以离散点为阶梯中心，生成连续的阶梯波信号；

将被测动态信号与阶梯波信号进行信号差分，得到数字差分信号；

根据设置的信号衰减率对数字差分信号进行过滤，过滤出不符合的数字差分信号；将不符合的数字差分信号对应的阶梯波信号进行插值处理得到非等间隔阶梯波信号，将被测动态信号和非等间隔阶梯波信号进行信号差分后得到非等间隔数字差分信号再进行过滤，直至插值处理达到设定的终止阈值，或者非等间隔数字差分信号全部通过过滤后，输出非等间隔阶梯波信号的离散状态；

根据输出的离散状态形成输出时间序列，将输出时间序列进行数模转换后得到动态自适应阶梯波；

将被测动态信号和动态自适应阶梯波相位匹配后进行同步差分获得模拟差分信号；

对模拟差分信号进行等间隔采样获得瞬时信号，并分析得到被测动态信号的特征参量，完成基于动态自适应阶梯波的动态信号测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法，其特征在于，所述将被测动态信号波形通过离散处理得到离散点，具体通过如下基于三角函数的被测动态信号特征函数，进行离散处理得到离散点：

其中，c₀为信号直流分量，i为谐波次数，c_i为第i次谐波的幅值，

为第i次谐波的相位，K为信号分析的谐波次数，f_m为第m个离散点的幅值，m＝0，1，2，…，M-1，M为离散点的个数。

3.根据权利要求1所述的一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法，其特征在于，所述根据设置的信号衰减率对数字差分信号进行过滤，具体包括，

统计数字差分信号的高度分布情况，构建差分信号的上下限区间，判断上下限区间是否达到设置的信号衰减率完成过滤。

4.根据权利要求3所述的一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法，其特征在于，所述将不符合的数字差分信号对应的阶梯波信号进行插值处理得到非等间隔阶梯波信号，将被测动态信号和非等间隔阶梯波信号进行信号差分后得到非等间隔数字差分信号再进行过滤，具体包括，

根据相邻上下限对应的点数值差异及各上下限对应的点导数设立插值取值条件和终止阈值；

如果未达到衰减率的要求，对未达到衰减率要求的数字差分信号所处台阶对应的阶梯波信号进行插值处理，生成非等间隔阶梯波信号；

将被测动态信号与非等间隔阶梯波信号进行信号差分，得到非等间隔数字差分信号；

将所述的非等间隔数字差分信号再根据设置的信号衰减率进行过滤，直至插值处理达到设定的终止阈值，或者非等间隔数字差分信号全部通过过滤后，输出非等间隔阶梯波信号的离散状态。

5.根据权利要求1所述的一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法，其特征在于，所述将输出时间序列进行数模转换后得到动态自适应阶梯波，如下所示，

其中，z(t)表示理想情况下数模转换模块输出的动态自适应阶梯波，j＝0，1，...，M′-1，为M’个台阶数，f_j为第j个台阶的输出高度，t_j为第j个台阶输出的起始时间，t_j+1为第j个台阶输出的终止时间，(t_j，t_j+1)为第j个台阶输出的时间区间，c₀为信号直流分量，i为谐波次数，c_i为第i次谐波的幅值，

为第i次谐波的相位，K为信号分析的谐波次数，T为信号分析周期。

6.根据权利要求5所述的一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法，其特征在于，所述将被测动态信号和动态自适应阶梯波相位匹配后进行同步差分获得模拟差分信号，具体包括，

被测动态信号和动态自适应阶梯波的相对相位差符合设定的稳定阈值后完成相位匹配，进行同步差分，取被测动态信号和动态自适应阶梯波之间的差值，获得模拟差分信号。

7.根据权利要求6所述的一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法，其特征在于，所述对模拟差分信号进行等间隔采样获得瞬时信号，包括，

通过如下公式得到模拟差分信号的采样数据：

d_j，l＝(y-z)δ(t_j+l_jt_s)

式中，j＝0，1，...，M′-1，为M’个台阶数；l_j＝0，1，...，L_j-1，为每个台阶上的采样点数，δ(t_j+l_jt_s)为冲击采样函数，

为采样时间间隔，f_s为采样频率，d_j，l为模拟差分信号的采样数据，即第j个台阶上第l_j个差分信号采样数据，y是被测动态信号，z是模拟差分信号；

将采样数据与对应模拟差分信号的台阶值相加，得到获得瞬时信号，公式如下：

y_j，l＝z_j，l+d_j，l。

8.根据权利要求7所述的一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法，其特征在于，所述分析得到被测动态信号的特征参量，包括周期、峰值、均值、均方值、幅值、谐波和方差中的至少一种。

9.一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量系统，其特征在于，包括，

离散处理模块，用于将被测动态信号波形通过离散处理得到离散点，以离散点为阶梯中心，生成连续的阶梯波信号；

数字信号差分模块，用于将被测动态信号与阶梯波信号进行信号差分，得到数字差分信号；

过滤模块，根据设置的信号衰减率对数字差分信号进行过滤，过滤出不符合的数字差分信号；将不符合的数字差分信号对应的阶梯波信号进行插值处理得到非等间隔阶梯波信号，将被测动态信号和非等间隔阶梯波信号进行信号差分后得到非等间隔数字差分信号再进行过滤，直至插值处理达到设定的终止阈值，或者非等间隔数字差分信号全部通过过滤后，输出非等间隔阶梯波信号的离散状态；

动态自适应阶梯波输出模块，根据输出的离散状态形成输出时间序列，将输出时间序列进行数模转换后得到动态自适应阶梯波；

模拟信号差分模块，用于将被测动态信号和动态自适应阶梯波相位匹配后进行同步差分获得模拟差分信号；

测量模块，用于对模拟差分信号进行等间隔采样获得瞬时信号，并分析得到被测动态信号的特征参量，完成基于动态自适应阶梯波的动态信号测量。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的一种基于动态自适应阶梯波的动态信号测量方法。

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