來(lái)源：德思特測(cè)量測(cè)試德思特干貨丨如何使用SBench6軟件對(duì)數(shù)字化儀采集信號(hào)進(jìn)行處理？（二）——平均運(yùn)算功能

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上一篇文章介紹了了德思特SBench 6為板卡式數(shù)字化儀提供的波形算術(shù)運(yùn)算及直方圖功能。本章將繼續(xù)為大家SBench 6的平均運(yùn)算功能。

4****平均運(yùn)算

平均運(yùn)算是信號(hào)處理的常用工具，一般用于減少獲取信號(hào)中噪聲和非同步周期雜波的影響。這需要多次重復(fù)采集和穩(wěn)定的觸發(fā)機(jī)制。包括隨機(jī)噪聲在內(nèi)的，與觸發(fā)時(shí)序不同步的信號(hào)成分，其幅度在平均后會(huì)降低。降低的程度取決于波形特性以及參與到平均運(yùn)算的采樣次數(shù)。

在本文中使用的德思特SBench 6軟件，能像大多數(shù)示波器那樣，執(zhí)行系綜平均（Ensemble Averaging），在這種運(yùn)算中，多次獲取到的具有相同樣本位置的信號(hào)會(huì)被放到一起做平均運(yùn)算。當(dāng)觸發(fā)足夠穩(wěn)定，得到的平均值中，隨機(jī)噪聲成分會(huì)低于單次采樣樣本中的隨機(jī)噪聲成分。

求和平均

求和平均使用一定次數(shù)的采樣樣本，將相同觸發(fā)位置的連續(xù)波形數(shù)據(jù)的直接相加，權(quán)重相等，然后取平均。當(dāng)達(dá)到最大掃描次數(shù)時(shí)，平均過(guò)程要么停止，要么自動(dòng)重置然后重新開(kāi)始。圖4展示了系綜平均的實(shí)現(xiàn)方式。

圖6：求和平均法

在圖6中，假設(shè)箭頭所指的就是第n點(diǎn)。每次采集的第n點(diǎn)的振幅值相加，然后將得數(shù)除以采集的次數(shù)，最終確定第n個(gè)點(diǎn)的平均值。這發(fā)生在獲取組中的所有樣點(diǎn)上。得到的平均波形與每個(gè)獲取的波形具有相同數(shù)量的點(diǎn)。

平均處理同時(shí)適用于正常采集和分段采集模式。分段平均計(jì)算允許對(duì)多段采集到的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行平均。

可預(yù)期的改善

當(dāng)信號(hào)被平均處理時(shí)，加性寬帶高斯噪聲將減小平均次數(shù)的平方根倍。因此，平均四次采得信號(hào)可以將信噪比提高到原來(lái)的2倍。同時(shí)，非同步周期信號(hào)也將在平均中減少。減少的程度取決于從多次采樣之間干擾信號(hào)的相位變化。而與觸發(fā)同步的信號(hào)干擾，如畸變失真的幅度則不會(huì)因平均而減少。

平均運(yùn)行算應(yīng)用實(shí)例

圖7展示了一個(gè)有效運(yùn)用平均的典型的實(shí)例。采集到的原始信號(hào)（左窗格）是一個(gè)具有加性垂直噪聲的線性阻尼正弦波。由于噪聲幅度是固定存在的，而正弦波的幅度會(huì)線性減小，最終，正弦波會(huì)消失在噪聲中。通過(guò)對(duì)1024次采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，則可將信噪比提高到足以在整個(gè)波形中分辨出正弦波的程度。

圖6：使用求和平均來(lái)提高信噪比的一個(gè)例子

求和系綜平均法的主要限制在于：它需要多次重復(fù)的波形，并且需要有足夠穩(wěn)定的穩(wěn)定的觸發(fā)。

移動(dòng)平均

移動(dòng)平均，有時(shí)也被稱為Boxcar平均、門控積分平均器或平滑，它會(huì)取用戶設(shè)置數(shù)量的、對(duì)稱分布在兩側(cè)的相鄰樣本的平均值。對(duì)于樣本大小為5的情況，該平均過(guò)程的數(shù)學(xué)定義如下：

參與平均的樣本點(diǎn)數(shù)量必須與波形中的變化周期相匹配，否則移動(dòng)平均可能會(huì)降低窄區(qū)特征的幅度。

圖7的左側(cè)窗格展示了使用50個(gè)相鄰樣本進(jìn)行移動(dòng)平均的示例。相比起右窗格中顯示的原始波形，明顯更加平滑，噪聲也得到了一定程度的消除。

圖7：使用50個(gè)相鄰樣本點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)平均的一個(gè)例子

END

本篇文章為大家介紹了德思特SBench 6為板卡式數(shù)字化儀提供的平均運(yùn)算功能。下一章將介紹快速傅立葉變換（FFT）功能。

審核編輯 黃宇