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VC实现对不同信号波形相似程度的判别

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本文介绍了利用相关对信号波形进行相似程度的判别方法。通过该技术可以对采集到的多种类型的数据信号间的相似度进行判别

作者:信息产业部电子第二十二研究所青 来源:yesky 2007年11月16日

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三、 算法的设计与实现

  我们在对信号进行比较之前,先将理论波形做成一个数据文件,实际设备输出的波形也通过计算机接口采集并将数据存成数据文件。我们编写的程序通过对两个数据文件的相关性比较来得出实际波形同理论波形信号的拟合度。下面就对数据文件的读取、数据相关程度计算等关键代码作简要的绍:

  首先,要在计算相关系数前把参加运算的两序列数据从文件读取到内存(堆栈)中去,为了方便读取多种数据格式的文件使程序更加灵活,选用MFC基本类库的CFileDialog类的成员函数来选取数文件,然后再通过CFile类的相关成员函数将其读取到内存中:

……
CFileDialog dlg(TRUE,"dat","*.dat", //TRUE为"打开文件"窗口
OFN_HIDEREADONLY|OFN_OVERWRITEPROMPT,
"信号数据文件(*.dat)|*.dat|所有文件(*.*)|*.*||",NULL);
if(dlg.DoModal()==IDOK)
{
CString FileName="";
FileName=dlg.GetPathName(); //取文件所在的完整路径
CFile file;
file.Open(FileName,CFile::modeReadWrite); //以读写方式打开文件
buf1=new char [file.GetLength()]; //为指针动态分配堆栈
file.Read(buf1,file.GetLength()); //将数据读取到内存
m_nData1Len=file.GetLength(); //获取文件长度
file.Close(); //关闭文件
}
……

  上述为读取一个信号文件的相关代码,其中buf1是一个char*类型的指针,该指针指向的内存存储有数据文件的数据,m_nData1Len 保存有第一个数据文件的长度。用同样的方法将第二个数据文件也读取到内存中,指向其首地址的指针为buf2,文件长度为m_nData2Len。参与运算的数据序列准备好后就可以进行这两组信号波形的相关系数的计算了,下面是有关的关键部分代码:

……
int N=m_nData1Len>m_nData2Len?m_nData2Len:m_nData1Len;

  由于两序列长度可能不一样,如以较长序列为准,将短序列不足部分补0,根据相关系数的概念,补0部分的x(t)*y(t)的积分为0,没有实际意义,故以较短序列为准可以避免不必要的运算,运算效较高。

……
float A,B,C,Pxy;
A=B=C=Pxy=0.0f;
……

  在计算机中将积分近似按离散点取和的方式进行近似的积分:

for(int i=0;i {
A+=buf1[i]*buf2[i];//对x(t)*y(t)的积分
B+=buf1[i]*buf1[i];//对x(t)*x(t)的积分
C+=buf2[i]*buf2[i];//对y(t)*y(t)的积分
}
Pxy=A/(sqrt(B*C));//计算出相关系数
……

  最后释放掉申请的内存:

delete[] buf1;
delete[] buf2;

  四、 实验效果的检验

  下面通过一个实际的例子来检验一下上述程序,我们想要获得的理想的波形如下图Data1所示,Data2所示波形是设备经过噪声抑制和相位纠偏等诸多措施后产生的实际波形,Data3所示波形是在没有任何保护措施下得到的粗糙的波形,显然Data2要比Data3能更好的同设计的理想波形Data1相拟合,但只是停留在定性分析上,究竟相似程度如何,定量的分析靠肉眼显然是无法完成的。先对Data1和Data2波形信号进行相关系数计算,得出其相关系数为0.793931,基本上是线形相关的,即实际的Data2信号设计的理想信号Data1的拟合程度还是可以接受的;然后再对Data1和Data3两波形信号进行相关系数计算,组信号的相关系数为 -0.013341,基本上线形不相关;再对Data2和Data3进行分析,计算结果是0.011665,结论也是基本不相关。通过上述程序对波形信号进行的定量分析同直观上的定性分析是相吻的。通过实际实验的检验证明该程序是可靠、实用的。

  小结:本文提出的对波形信号相似程度的判断在电子工程上有着较为广泛的应用,能准确的判断出参加比较的两波形信号的相似程度,为设备的改进、元器件的选型等提供可参考的依据。另外,在判断移动的信号是否具有线形相关性的场合,如对雷达站接收到的两个不同距离的目标的反射信号的分析等都可以用本算法。通过对本文介绍的相关算法的改进还可以对信号的功率谱进行绘制、对波形信号进行更全面
的分析。本程序在Windows 98下,由Microsoft Visual C++ 6.0编译通过。

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