CN113836855B - 饱和信号特征修正方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种饱和信号特征修正方法、装置、电子设备和存储介质，该方法包括：设定后级弹性波信号饱和判定阈值；采集后级弹性波实时信号；判断所述后级弹性波实时信号是否达到所述饱和判定阈值；若所述后级弹性波实时信号饱和，则采集前级弹性波实时信号；使用所述前级弹性波实时信号修正所述后级弹性波实时信号特征。

Description

饱和信号特征修正方法、装置、电子设备和存储介质

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种弹性波饱和信号特征修正方法、装置、电子设备和存储介质。

背景技术

在信号采集时，很多时候都会用到放大电路，为了让信号更加灵敏放大倍数都会比较大，这很容易导致信号饱和，在后续的信号特征分析过程中导致错误。

因此有必要提出一种根据前级未饱和的特征修正后级饱和特征的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种饱和信号特征修正方法，包括以下步骤：

采集后级弹性波实时信号；

判断所述后级弹性波实时信号是否达到预设的饱和判定阈值；

若所述后级弹性波实时信号饱和，则使用前级弹性波实时信号修正所述后级弹性波实时信号特征。

进一步地，所述饱和判定阈值包括：后级弹性波信号的饱和幅值或者若干时间内的所述弹性波信号的能量值。

进一步地，所述修正包括：

确定前级至后级电路的信号频带增益曲线，根据所述频带增益曲线修正所述后级弹性波实时信号特征。

进一步地，所述确定前级至后级电路的信号频带增益曲线包括：

采集后级弹性波信号未达到饱和时的后级弹性波实时信号，及对应的前级弹性波实时信号；

分别确定所述后级弹性波实时信号和所述前级弹性波实时信号的信号特征频谱；

根据后级信号特征频谱和前级信号特征频谱获得信号频带增益曲线。

进一步地，所述后级弹性波实时信号饱和时，获取对应的前级弹性波实时信号，根据所述前级弹性波实时信号确定前级弹性波实时信号的特征频谱；根据所述前级弹性波实时信号的特征频谱和所述信号频带增益曲线获得修正后的后级弹性波实时信号特征。

进一步地，所述修正包括：

根据所述前级弹性波实时信号长度，获得对应的频域信号有效点数；

根据所述有效点数确定每个有效点对应的信号频带增益曲线的位置，并确定其修正系数；

根据有效点数及其对应的增益系数，确定修正系数曲线。

进一步地，所述修正包括：

根据所述前级弹性波信号的特征频谱、修正系数曲线得到修正后的所述后级弹性波实时信号特征。

本发明还提出一种饱和信号特征修正装置，所述修正装置包括：

采集模块，用于采集前级弹性波实时信号及后级弹性波实时信号；

比较模块，用于比较所述后级弹性波实时信号是否达到预设的饱和判定阈值；

修正模块，用于根据所述前级弹性波实时信号修正所述后级弹性波实时信号特征。

进一步地，所述饱和判定阈值包括：存储所述后级弹性波信号的饱和幅值或者若干时间内的后级弹性波信号的能量值。

进一步地，所述修正模块包括：

修正子模块，用于确定前级至后级电路的信号频带增益曲线，根据所述信号频带增益曲线修正所述后级弹性波实时信号特征。

进一步地，所述修正子模块包括：

信号特征频谱单元，用于获取后级弹性波信号未达到饱和时的后级弹性波实时信号、以及对应的前级弹性波实时信号的信号特征频谱；

信号频带增益曲线单元，用于根据后级信号特征频谱和前级信号特征频谱获得信号频带增益曲线。

进一步地，所述修正子模块包括：后级弹性波实时信号特征修正单元，用于所述后级弹性波实时信号饱和时，根据所述前级弹性波实时信号的特征频谱和所述信号频带增益曲线获得修正后的后级弹性波实时信号特征。

进一步地，所述后级弹性波实时信号特征修正单元包括：

频域信号有效点数获取子单元，用于根据所述前级弹性波实时信号长度，获得对应的频域信号有效点数；

修正系数子单元，用于根据所述有效点数确定每个有效点对应的信号频带增益曲线的位置，并确定其修正系数；

修正系数曲线子单元，用于根据有效点数及其对应的增益系数，确定修正系数曲线。

进一步地，所述后级弹性波实时信号特征修正单元包括：

修正计算子单元，根据所述前级弹性波信号的特征频谱、修正系数曲线得到修正后的所述后级弹性波实时信号特征。

本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括本发明所提出的饱和信号特征修正装置。

本发明还提出一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被电脑信号采集器的处理器执行时，使所述处理器执行本发明所提出的方法。

本发明的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

(1)避免了多级放大电路中后级电路的信号失真；

(2)提出了一种简单可靠的后级电路信号修正方法。

附图说明

图1为本发明一实施例的饱和信号特征修正方法流程示意图；

图2为本发明一实施例的两级放大电路示意图；

图3为本发明一实施例在非饱和状态下的前后级输出波形示意图；

图4为本发明一实施例在饱和状态下的前后级输出波形示意图；

图5为本发明一实施例对应于图3所示的时域信号转换为频域信号特征示意图；

图6为本发明一实施例前后级信号特征的信号频带增益曲线示意图；

图7为本发明一实施例128点有效点对应的修正系数曲线示意图；

图8为本发明一实施例的饱和信号特征修正装置示意图；

图9为本发明一实施例的电子设备结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有作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。

实施例1

如图1所示，本发明所提出的弹性波饱和信号特征修正方法，包括以下步骤：

S1采集后级弹性波实时信号；

实际使用中，经常涉及到多级放大器，本发明以两极放大器电路为例，如图2所示，信号从第一放大器输入，经第一放大器放大后获得第一输出信号，此为一级输出，也称为前级输出；第一输出信号作为第二放大器的输入信号，经第二放大器放大后获得第二输出信号，此为二级输出，也称为后级输出。

S2判断所述后级弹性波实时信号是否达到预设的饱和判定阈值；

如图3所示，虚线表示第一输出信号的波形，实线表示第二输出信号波形，在非饱和状态下，后级输出具有完整的信号波形。但是当出现信号饱和时，如图4所示，第二输出波形的峰值部分被削平，即出现了信号饱和。当出现这种饱和信号时，信号特征会出现异常，导致在后续分析时计算错误。所以必须将这种饱和信号进行处理和修正，解决计算错误的问题。

信号饱和的主要问题是放大倍数过大，为了判定后级信号是否出现饱和，本发明预先设定后级弹性波信号饱和判定阈值。具体地，当采集到的后级弹性波信号的幅值大于设定的预设值，或者，实时采集到的若干时间长度内的弹性波信号的能量值大于设定的预设值，则判定后级输出信号饱和。

将采集到的后级弹性波实时信号的幅值或者能量值与预先设定的饱和判定阈值进行比较，判断后级弹性波实时信号是否达到饱和。

S3若所述后级弹性波实时信号饱和，则使用所述前级弹性波实时信号修正所述后级弹性波实时信号特征。；

如果采集到的后级弹性波实时信号的幅值或者能量值超过预先设定的饱和判定阈值，则后级弹性波实时信号达到饱和，需要启动修正，因此，采集前级弹性波实时信号。

出现信号饱和时，由于实际电路中无法动态调整放大倍数，所以需要从数据处理时进行修正。

在修正前，必须要解决的问题是：在正常不饱和状态下，数据分析都是选择后级输出的信号，但饱和时选择的是前级电路的信号，这中间缺少了前级到后级间的信号放大和滤波的过程，如果直接用前级的信号特征去计算，则信号特征的方差会变大，特征模型会不收敛。

所以必须前级信号特征还原到后级信号特征的状态，这个还原的过程就是修正。

还原的过程就是要在信号处理时，模拟出硬件放大的效果，但信号处理无法实时对收到的时域信号做放大和滤波处理，所以从频域信号上分析，模拟出这个修正过程。

如图3所示，在非饱和状态下的前、后级输出的信号特征具有完整波形；对前级信号和后级信号进行频域转换，即将图3所示的时域信号转换为图5所示的频域信号，基于图3提取其信号特征获得如图5所示。

进一步地，用后级信号中的特征除以对应频率位置的前级信号特征，获得信号频带增益曲线，如图6。

需要说明的是，信号频带增益曲线并非修正系数。解释如下：

获得的频带增益曲线是将全部时域信号参与频域转换获得的(这个时域信号是预先获得的)，通常全部时域信号是远大于实时采集到的一段信号的长度，比如全部时域信号的长度为5000点，按照128k采样率，有效点数为2500点，则每个有效点对应的频率为128K/2500。如图7所示，横坐标为频率，横坐标上有2500点。

在实时处理的过程中，为了考虑处理时间和实时性的要求，无法将全部的时域信号全部进行计算，所以通常是将一段信号进行频域转换，一段信号的长度可以是256、512或者其他点数。以256点为例，频域转换后有效点数为128点，假设采样率为128K，则每个有效点对应频域特征中的1k，第一个点对应1K，第二个点对应2K，以此类推。如果是其他长度的实时弹性波信号，则横坐标上的点数实际上就是实时弹性波信号长度的一半，则每个点对应的频率跨度就是采样率除以有效点数。

当获得了有效点数后，就知道了每个有效点对应的频率。这个频率可以在信号频带增益曲线中找到对应的频率位置，该频率位置对应的值就是有效点对应频率的修正系数值。

上述其实核心就是如何从信号频带增益曲线抽取实时处理时的修正系数曲线。

如图7，示意了128点有效点对应的修正系数曲线，相比与图6的信号频带增益曲线，图7的横坐标数量从2500点等比例变成了128点。

得到修正系数后，将饱和信号前级对应的信号特征乘以修正系数，即可获得修正后的信号特征。

实施例2

与实施例1的饱和信号特征修正的方法相对应，本发明还提出一种饱和信号特征修正装置，如图8所示，本本发明提出的饱和信号特征修正装置800，包括：

采集模块802，用于采集前级弹性波实时信号及后级弹性波实时信号；

比较模块803，用于比较所述后级弹性波实时信号是否达到预设的饱和判定阈值；

修正模块804，用于根据所述前级弹性波实时信号修正所述后级弹性波实时信号特征。

其中，还可以包括存储模块801，用于存储预设的后级弹性波实时信号饱和判定阈值；

存储后级弹性波信号的饱和判定阈值包括：存储后级弹性波信号的饱和幅值或者若干时间内的后级弹性波信号的能量值。

进一步地，所述修正模块包括：修正子模块，用于确定前级至后级电路的信号频带增益曲线，根据所述信号频带增益曲线修正所述后级弹性波实时信号特征。

其中，所述修正子模块包括：

信号特征频谱单元，用于获取后级弹性波信号未达到饱和时的后级弹性波实时信号、以及对应的前级弹性波实时信号的信号特征频谱；

信号频带增益曲线单元，用于根据后级信号特征频谱和前级信号特征频谱获得信号频带增益曲线。

进一步地，所述修正子模块包括：后级弹性波实时信号特征修正单元，用于所述后级弹性波实时信号饱和时，根据所述前级弹性波实时信号的特征频谱和所述信号频带增益曲线获得修正后的后级弹性波实时信号特征。

进一步地，所述后级弹性波实时信号特征修正单元包括：

频域信号有效点数获取子单元，用于根据所述前级弹性波实时信号长度，获得对应的频域信号有效点数；

修正系数子单元，用于根据所述有效点数确定每个有效点对应的信号频带增益曲线的位置，并确定其修正系数；

修正系数曲线子单元，用于根据有效点数及其对应的增益系数，确定修正系数曲线。

获得的频带增益曲线是将全部时域信号参与频域转换获得的(这个时域信号是预先获得的)，通常全部时域信号是远大于实时采集到的一段信号的长度，比如全部时域信号的长度为5000点，按照128k采样率，有效点数为2500点，则每个有效点对应的频率为128K/2500。如图7所示，横坐标为频率，横坐标上有2500点。

在实时处理的过程中，为了考虑处理时间和实时性的要求，无法将全部的时域信号全部进行计算，所以通常是将一段信号进行频域转换，一段信号的长度可以是256、512或者其他点数。以256点为例，频域转换后有效点数为128点，假设采样率为128K，则每个有效点对应频域特征中的1k，第一个点对应1K，第二个点对应2K，以此类推。如果是其他长度的实时弹性波信号，则横坐标上的点数实际上就是实时弹性波信号长度的一半，则每个点对应的频率跨度就是采样率除以有效点数。

当获得了有效点数后，就知道了每个有效点对应的频率。这个频率可以在信号频带增益曲线中找到对应的频率位置，该频率位置对应的值就是有效点对应频率的修正系数值。

进一步地，所述后级弹性波实时信号特征修正单元包括：

修正计算子单元，根据所述前级弹性波信号的特征频谱、修正系数曲线得到修正后的所述后级弹性波实时信号特征。

具体地，修正计算子单元将前级弹性波信号的特征频谱乘以修正系数曲线得到修正后的后级弹性波实时信号特征。

如图9所示，本申请实施例还提供一种电子设备900，包括处理器901，存储器902，存储在存储器902上并可在所述处理器901上运行的程序或指令，该程序或指令被处理器901执行时实现上述弹性波饱和信号特征修正方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

需要说明的是，本申请实施例中的电子设备包括上述所述的移动电子设备和非移动电子设备。

本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述弹性波特征获取方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

其中，所述处理器为上述实施例中所述的电子设备中的处理器。所述可读存储介质，包括计算机可读存储介质，如计算机只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等。

本申请实施例另提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现上述会议通话的恢复方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

应理解，本申请实施例提到的芯片还可以称为***级芯片、***芯片、芯片***或片上***芯片等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (14)

1.一种饱和信号特征修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集后级弹性波实时信号；

判断所述后级弹性波实时信号是否达到预设的饱和判定阈值；

若所述后级弹性波实时信号饱和，则使用前级弹性波实时信号修正所述后级弹性波实时信号特征；

所述修正包括：

确定前级至后级电路的信号频带增益曲线，根据所述频带增益曲线修正所述后级弹性波实时信号特征。

2.根据权利要求1所述的一种饱和信号特征修正方法，其特征在于，所述饱和判定阈值包括：后级弹性波信号的饱和幅值或者若干时间内的所述后级弹性波信号的能量值。

3.根据权利要求1所述的一种饱和信号特征修正方法，其特征在于，所述确定前级至后级电路的信号频带增益曲线包括：

采集后级弹性波信号未达到饱和时的后级弹性波实时信号，及对应的前级弹性波实时信号；

分别确定所述后级弹性波实时信号和所述前级弹性波实时信号的信号特征频谱；

根据后级信号特征频谱和前级信号特征频谱获得信号频带增益曲线。

4.根据权利要求1所述的一种饱和信号特征修正方法，其特征在于，所述后级弹性波实时信号饱和时，获取对应的前级弹性波实时信号，根据所述前级弹性波实时信号确定前级弹性波实时信号的特征频谱；

根据所述前级弹性波实时信号的特征频谱和所述信号频带增益曲线获得修正后的后级弹性波实时信号特征。

5.根据权利要求4所述的一种饱和信号特征修正方法，其特征在于，所述修正包括：

根据所述前级弹性波实时信号长度，获得对应的频域信号有效点数；

根据所述有效点数确定每个有效点对应的信号频带增益曲线的位置，并确定其修正系数；

根据有效点数及其对应的修正系数，确定修正系数曲线。

6.根据权利要求5所述的一种饱和信号特征修正方法，其特征在于，所述修正包括：

根据所述前级弹性波信号的特征频谱、修正系数曲线得到修正后的所述后级弹性波实时信号特征。

7.一种饱和信号特征修正装置，其特征在于，所述修正装置包括：

采集模块，用于采集前级弹性波实时信号及后级弹性波实时信号；

比较模块，用于比较所述后级弹性波实时信号是否达到预设的饱和判定阈值；

修正模块，用于根据所述前级弹性波实时信号修正所述后级弹性波实时信号特征；

所述修正模块包括：

修正子模块，用于确定前级至后级电路的信号频带增益曲线，根据所述信号频带增益曲线修正所述后级弹性波实时信号特征。

8.根据权利要求7所述的饱和信号特征修正装置，其特征在于，所述饱和判定阈值包括：存储所述后级弹性波信号的饱和幅值或者若干时间内的后级弹性波信号的能量值。

9.根据权利要求7所述的饱和信号特征修正装置，其特征在于，所述修正子模块包括：

信号特征频谱单元，用于获取后级弹性波信号未达到饱和时的后级弹性波实时信号、以及对应的前级弹性波实时信号的信号特征频谱；

信号频带增益曲线单元，用于根据后级信号特征频谱和前级信号特征频谱获得信号频带增益曲线。

10.根据权利要求7所述的饱和信号特征修正装置，其特征在于，所述修正子模块包括：后级弹性波实时信号特征修正单元，用于所述后级弹性波实时信号饱和时，根据所述前级弹性波实时信号的特征频谱和所述信号频带增益曲线获得修正后的后级弹性波实时信号特征。

11.根据权利要求10所述的饱和信号特征修正装置，其特征在于，所述后级弹性波实时信号特征修正单元包括：

频域信号有效点数获取子单元，用于根据所述前级弹性波实时信号长度，获得对应的频域信号有效点数；

修正系数子单元，用于根据所述有效点数确定每个有效点对应的信号频带增益曲线的位置，并确定其修正系数；

修正系数曲线子单元，用于根据有效点数及其对应的修正系数，确定修正系数曲线。

12.根据权利要求11所述的饱和信号特征修正装置，其特征在于，所述后级弹性波实时信号特征修正单元包括：

修正计算子单元，根据所述前级弹性波信号的特征频谱、修正系数曲线得到修正后的所述后级弹性波实时信号特征。

13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求7-12任一项所述的饱和信号特征修正装置。

14.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被电脑信号采集器的处理器执行时，使所述处理器执行权利要求1-6中任意一项所述的方法。