8-倪斌-多通道信号采集与分析

多通道信号采集与分析DSP工程师倪斌议程•多通道信号的采集–多通道信号的同步•多通道信号的分析–多通道信号的联合分析多通道信号采集的应用•东海大桥健康度监测–30+公里长度–需监测结构变形，结构应力，索力，位移，结构温度，结构沉降–传感器种类多，分布广，数量庞大风速仪温度传感器加速度传感器位移传感器多通道信号采集的要素•通道同步A/D转换•通道与通道间无相位误差以保证相位匹配•日后的可扩展性多通道信号采集的同步•集中式数据采集系统:–主从同步模式（单机箱/多机箱）•分布式数据采集系统:–IEEE1588(以太网)–GPS信号同步开始触发•传输延时少于5ns•模块间的误差延时少于1nsPXI系统定时和同步系统参考时钟(CLK10)•少于1ns误差集中式采集的主从同步•总共14个模块，112个通道•机箱的任意两个通道在1kHz时相位误差小于0.1°集中式采集的主从同步•在插槽2使用NIPXI-6653，共享机箱间的时钟和触发•任意机箱的任意两个通道在1kHz时相位误差小于0.1°•最高5,000个通道!集中式采集的主从同步•波音公司的麦克风阵列–数百个麦克风分布在250英尺宽的范围内波音公司的解决方案-主从同步500通道,采样率93KHz,1度的同步精度主模块控制时钟和触发信息分布式采集的GPS同步•东海大桥的健康监测―桥长30+公里长度―传感器种类多,分布广,―分14个工作站同时控制采集东海大桥解决方案-GPS同步模式PXI机箱上安装GPS接收装置。GPS以10Hz的频率发送脉冲信号触发同步。小结•多通道信号的采集–多通道信号间无相位误差•多通道信号的分析–多通道信号的联合分析多通道信号分析——联合分析•统计量计算：均值、方差、熵、SkewnessandKurtosis•多通道谱分析与特征参数提取–MUSIC–MatrixPencil•盲信号分析：–主分量分析PCA–独立分量分析ICA多通道信号谱分析•MUSIC(MultipleSignalClassification)•将多个通道的频峰集中到一个频谱图上，同时可以观测到全部频峰•极点谱,更有利于准确的找到固有频率点MUSIC用于多通道信号谱分析•钢梁谐振频率测量•7个加速度传感器MUSIC用于多通道信号谱分析MUSIC谱分析可以同时观测到所有谐振频率MUSIC用于东海大桥振动信号的谱分析MUSIC谱分析可以帮助我们同时看到三个通道的谱图模态参数提取•Prony方法–基于LS的exp拟合•MatrixPencil方法–基于SVD分解提取特征向量–比PRONY方法能更好的抑止噪声的影响MatrixPencil方法提取模态参数多通道谱分析与特征参数提取•多通道谱分析–MUSIC方法能将所有通道的频谱集中到一张谱图上•多通道特征参数提取–MatrixPencil方法比Prony方法更能消除噪声对信号的影响盲信号分析——独立分量分析(IndependentComponentAnalysis)nxmLxnLxmASX=X指测量到的数据,m个通道,L个观测点S指互相独立的未知信号源ICA分离出互相独立的未知信号源鸡尾酒会问题用独立分量分析分离脑磁信号•148个传感器测量大脑中的脑磁信号•思维会产生脑波信号，心跳等生理机能也会产生脑波信号盲信号分析——主分量分析(PrincipleComponentAnalysis)nxmLxnLxmASX=X指测量到的数据,m个通道,L个观测点S指互不相关的未知信号源PCA提取最能表达X特征的正交基主分量分析应用——主振源提取PC0：主振方向PC1：系统噪声PC0PC1y(Ch1)x(Ch0)总结•采集：同步无相位差•分析：多通道联合分析•从硬件到软件的完整结合•从采集到分析的同一平台实现提问