CN103176088A

CN103176088A - 一种多频干扰对间电磁耦合薄弱路径的确定方法

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Publication number: CN103176088A
Application number: CN2013100850270A
Authority: CN
Inventors: 苏东林; 吴亮; 贾云峰; 苏航; 魏嘉利; 刘焱; 马超; 胡修
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2033-03-18
Also published as: CN103176088B

Abstract

一种多频干扰对间电磁耦合薄弱路径的确定方法，属于电磁兼容技术领域。本发明通过将系统中干扰源和敏感体间的电磁耦合关系转化为有向图，并使用仿真和测试的方法在不同频点处对耦合有向图的边进行赋值，然后对多个电磁干扰耦合有向图采用最短路径寻迹的方法，从中寻找出每对干扰源与敏感体在相应干扰频点处的薄弱耦合路径，最后将所有薄弱路径上的顶点按照在薄弱链路上出现的次数进行排序，最后根据排序的顺序来实现对干扰链路上的耦合通道进行整改。从而高效、准确的实现了系统电磁兼容性故障的修复和加固，可以低成本、准确、有效的解决电磁兼容问题；对系统电磁兼容性的加固和整改具有巨大的指导意义。

Description

一种多频干扰对间电磁耦合薄弱路径的确定方法

技术领域

本发明属于电磁兼容技术领域，涉及一种在干扰对间寻找电磁兼容耦合薄弱通道的方法，更确切地说，是一种干扰源在多个频点干扰敏感体的电磁耦合薄弱路径的确定方法。

背景技术

在电子系统的工作中，某一设备产生的电磁干扰会通过传导发射（CE）和辐射发射（RE）的方式耦合至另一设备上，造成另一设备性能的下降，甚至无法正常工作。随着电子系统的集成化程度和复杂性日益增加，干扰设备与敏感设备间的电磁耦合关系也日趋复杂，干扰信号可以通过多条耦合路径到达敏感体并对敏感体产生干扰。随着集成化程度的提高，单个系统内的敏感设备可能同时受到单个或多个设备在不同频点处的干扰。在系统中寻找出干扰源与敏感体在不同频点处的干扰耦合薄弱环节，对系统电磁兼容问题的整改和加固具有重要的指导意义。

发明内容

在电子系统的电磁兼容性设计和整改阶段，为了能够快速、准确、有效的实现系统电磁兼容性故障或隐患的加固，本发明通过将系统中干扰源和敏感体间的电磁耦合关系转化为有向图，并使用仿真和测试的方法在不同频点处对耦合有向图的边进行赋值，然后对多个电磁干扰耦合有向图采用最短路径寻迹的方法，从中寻找出每对干扰源与敏感体在相应干扰频点处的薄弱耦合路径，最后将所有薄弱路径上的顶点按照在薄弱链路上出现的次数进行排序，最后根据排序的顺序来实现对干扰耦合路径的整改。使用多频干扰对间电磁耦合薄弱路径的确定方法可以实现对某一薄弱耦合段进行整改，轻松的解决多个频点、多个干扰对的电磁干扰问题，从而高效、准确的实现了系统电磁兼容性故障的修复和加固。

本发明通过将干扰对间的电磁耦合关系转化为有向图，并多次采用最短路径寻迹寻找薄弱路径，最终得到整改链路和关键整改点，解决了以往依靠经验逐点排查针对性不强，费时费力的问题。该方法寻找关键整改点的内容包括下列步骤：

第一步：在干扰源和敏感体已知的情况下，根据系统的电路原理图和工作原理图将系统内的干扰耦合通道进行分类，获取系统内干扰对间的电磁干扰耦合网络；

第二步：将第一步得到的电磁干扰耦合网络转换成电磁干扰耦合有向图（简称有向图）；

第三步：根据有向图顶点的度和有向图的分支对有向图进行简化；

第四步：对有向图进行赋值，得到多个赋值耦合有向图。

第五步：采用Dijkstra算法确定有向图在不同干扰频率条件下干扰源到敏感体间的最短耦合路径。

第六步：对所述最短耦合路径进行整改和加固，具体为：

（1）将所有最短耦合路径上的除了干扰源和敏感体的顶点按照顶点出现的次数进行排序；

（2）对出现次数最多的顶点进行整改和加固，并去除整改顶点所在的最短耦合路径；

（3）判断出现次数次之的顶点是否在剩余的最短路径中，若在则对该点进行整改并去除该顶点所在的最短耦合路径。若不在则考虑下一个顶点。直到所有最短耦合路径都进行一次整改和加固。

第七步，重复第四步～第六步，直到电磁干扰耦合符合要求。

本发明基于干扰源与敏感体在对应频率处耦合薄弱路径上顶点的重复次数来进行排序，从而确定电磁耦合通道的整改点，其优点在于：

(1)针对电子设备间的电磁兼容干扰问题，在电磁干扰耦合网络中寻找出不同频点干扰传输的薄弱路径，对系统电磁兼容性的整改更具有针对性。

(2)通过将电磁耦合关系转化为耦合有向图，在耦合有向图中寻找出各频点的薄弱耦合路径，并重点从薄弱路径上的关键点进行整改和加固，可以低成本、准确、有效的解决电磁兼容问题。

(3)通过对各频点电磁薄弱环节的顶点进行排序来确定整改点，对系统电磁兼容性的加固和整改具有重要的指导意义。

附图说明

图1本发明提供的多频干扰对间电磁耦合薄弱路径的确定方法流程图；

图2多频干扰对间电磁耦合有向图示意图；

图3不同频点干扰对间的最短耦合路径；

图4多频干扰对间电磁耦合有向图的化简；

图5实施例中某系统工作原理图；

图6实施例中某系统的电磁干扰耦合有向图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

在以往的电子设备排故和整改中，往往通过逐点排查的方法来实现设备故障的定位，然后采取相应的电磁兼容整改措施，从而实现设备电磁兼容性的加固。但传统的方法往往找不到电磁干扰的薄弱环节，常常在非主要的耦合路径采取电磁加固的措施，这样不仅耗时、耗力、耗财，还导致设备在使用阶段容易出现电磁兼容性故障，难以进行维护和抗干扰能力弱的问题。采用多频干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法来实现系统的电磁兼容性加固，可以准确地定位不同频率的干扰源和敏感体之间的主要电磁干扰耦合通道，可以同时解决系统多个频点的电磁兼容性问题。明确电磁干扰耦合的主要途径对电磁故障的排查和设备电磁兼容性的维护具有重要的意义。

单个干扰对的耦合网络在某个频点的干扰能量在传递的过程中可能包含的损耗有：滤波器损耗L_f、线缆损耗L_l、线缆间耦合A_l、天线-线缆耦合A_tl、天线-孔缝耦合A_ta、天线间耦合A_tr等，将各损耗量用dB进行表示，则该链路在该频点上的总损耗量为：

L=L_f+L_l+A_l+A_tl+A_ta+A_tr

当某耦合路径是耦合网络中所有路径干扰能量损耗最小的路径时，即是干扰能量从干扰源到敏感体的耦合有向图中最短的路径，对该路径上的关键设备采取电磁兼容措施可以有效的解决系统在该干扰频点的电磁兼容问题。对于多频干扰对，不同频率的干扰对之间都存在一条电磁耦合薄弱环节，通过对每对耦合薄弱环节进行整改，特别是对各薄弱环节上的重复薄弱点进行整改对电子设备系统的设计和维护有重要的指导意义。本发明提供的多频干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法的流程如图1所示，主要包括以下步骤：

第一步：根据电子系统的工作原理图将系统内干扰耦合通道进行分类，获取系统内的电磁干扰耦合网络；

在《电磁兼容性工程设计手册》第56页中，图3-1-3表示了系统内部的干扰耦合关系，并将系统内的电磁干扰传播方式主要分为：天线-天线，天线-线缆，机壳-机壳，线-线，共阻抗六类。在系统的工作原理图和电路原理图中，根据电磁干扰传播的分类方法，从系统的工作原理图中找出可能的干扰耦合路径，并按照图3-1-3所示，画出系统内部干扰源到敏感体的耦合网络图。

第二步：在第一步获得耦合网络的基础上，将耦合网络转化为有向图。具体转化步骤为：

（1）将耦合网络中的设备端口一一映射为有向图的顶点。

（2）根据耦合网络的耦合关系和能量传输方向将各顶点连接起来，并在有向图中标明信号的传播方向。从而实现了系统耦合网络图向有向图的转化。

某系统的多干扰耦合有向图如图2所示，其中各顶点的标号代表电子系统中各设备的端口标号。在该耦合有向图中有两个起点(节点1和节点6)和两个终点(节点15和节点16)，即表示在电子系统中有两个干扰源(节点1和节点6)和两个敏感体(节点15和节点16)。

第三步：根据图论的知识计算出有向图中各个顶点的度，并标出有向图的分支，根据顶点的度和有向图的分支实现有向图的简化，具体简化步骤为：

（1）删除有向图中顶点度为0的顶点，即去除系统中不干扰任何其他设备，也不会被其他设备所干扰的设备，如图3a所示，删除图中不与任何节点相连的节点A4；其中节点A1为干扰源，节点A3为敏感体。

（2）删除有向图中与源点和终点不连通的子图，即去除系统中干扰能量不通过的设备，如图3b所示，删除图中由节点B4,B7,B8形成的不参与干扰能量传输的子图；其中节点B1，节点B9为干扰源，节点B3为敏感体。

（3）删除有向图中分支的顶点，即去除系统中不在干扰源到敏感体路径上的设备，如图3c所示，删除图中的节点C7；其中节点C1，节点C4为干扰源，节点C3为敏感体。

第四步:利用仿真和测试的方法获取系统各设备端口间在不同干扰频点处的干扰损耗量，并用损耗量对有向图进行赋值。

在电磁干扰耦合网络中，设端口i到端口j在频率f下的电磁干扰损耗量为L_ij,则对应的有向图中顶点i到j的一条边的数值就为L_ij，且方向为i→j。其中损耗量L_ij可以采用仿真或者测试的方法得到；对于电磁波在空间耦合(天线-天线，天线-线缆，机壳-机壳，线-线)的损耗量可以采用电磁场仿真软件FEKO建立相应的模型计算出设备端口之间的隔离度，从而得到任意两个端口之间的电磁波损耗量；对于干扰信号在系统工作链路上的损耗可以使用ADS软件建立相应的电路仿真模型得出干扰信号在工作链路上的衰减量。测试则可采用矢量网络分析仪、测试接收机等仪器得到端口之间的损耗量。通过仿真和测试建立每一个干扰频点处的赋值有向图。

第五步：基于Dijkstra算法（戴克斯特拉算法）的最短路径寻迹，寻找出有向图中每对干扰对之间的最短路径。所谓最短路径是指在有向图中寻找从一个顶点到另一个顶点的通路中长度最短的通道。其中通道长度为赋值有向图中一个顶点到另一个顶点耦合路径上所涉及的边的和。

设D＝＜V,A＞是带赋值的有向图，其中V表示顶点集，A表示边集，对D的每一条边a＝＜v_i,v_j＞都指定一个实数的权

其中v_i,v_j表示有向图的第i个和第j个顶点，＜v_i,v_j＞表示顶点v_i到顶点v_j的边，

表示边a的数值。如果

则令

在带赋值的有向图D中，给定一个称为始点的节点v_s和一个称为终点的节点v_j，P(v_j)是从v_s到v_j的通路中长度最小的通路，并称P(v_j)的数值为从v_s到v_j的距离，表示为P(v_j)＝d(v_s,v_j)。T(v)表示任意一个节点v到节点vs的距离的上界，λ(v_j)表示从v_s到v_j的最短路径上v_j的前一个点的下标。S_i表示进行到第i步时，已经被标号的顶点的集合。

Dijkstra最短寻迹算法求解步骤如下：

(1)开始(i=0)令S₀＝{v_s},P(v_s)＝0,λ(v_s)＝0，对每一个v≠v_s，令T(v)＝+∞，令k=s；k表示上一次最短路径的顶点值；

(2)如果S_i＝V,寻找完毕，算法终止，这时，对每个v∈S_i,d(v_s,v)＝P(v)；否则转入 (3)进行迭代计算，v表示有向图的任意一个顶点；

(3)考查每个使(v_s,v_j)∈A且

的点v_j。

如果T(v_j)＞P(v_k)+w_kj，则把T(v_j)修改为P(v_k)+w_kj，把λ(v_j)修改为k;否则转入(4)；

(4)令

表示第i步时，到v_j的最短距离。

如果

则把

的T标号变成P标号

令

把i换成i+1，转入(2);否则终止，这时对每一个v∈S_i,d(v_s,v)＝P(v)，而对每一个

d(v_s,v)＝T(v)，获得最短路径。

迭代终止时，根据各点的λ(v)值，就可以得到从始点v_s到终点v_j的最短路径，其中P保存了最短路径的数值。

依次使用Dijkstra算法确定每一个赋值有向图中，干扰源到敏感体间的最短路径。图2中所示有向图在不同频率点处获得最短路径如图4所示，其中节点1和节点6表示干扰源，节点15和节点16表示敏感体。图4中各类线型的耦合路径表示不同的频率条件下的最短耦合路径。其中最短耦合路径有：干扰源1在频率f₁条件下对敏感体15和敏感体16的最短耦合路径(如图4实线所示)；干扰源1在频率f₂条件下对敏感体16的最短耦合路径(如图4点虚线所示)；干扰源6在频率f₃条件下对敏感体15的最短耦合路径(如图4长虚线所示)；干扰源6在频率f₄条件下对敏感体16的最短耦合路径(如图4点直线所示)。

第六步：对所述最短耦合路径进行整改和加固，具体为：

（1）将所有最短耦合路径上除了干扰源和敏感体的顶点按照顶点出现的次数进行排序；

第七步，通过采用屏蔽、接地、滤波等电磁兼容措施，对电磁干扰耦合薄弱路径上进行排序的关键点进行整改和加固后，再次进行判断系统是否满足干扰耦合要求，若不满足则采用本发明提出的方法继续寻找最短路径，重复第四步～第六步，直到电磁干扰耦合符合要求。

实施例

对某飞机电子系统进行联调试验的时候发现油量表受到短波电台和火控系统的干扰，经分析发现短波电台有两个频点对油量表产生了干扰，而火控系统也有两个频点对油量表产生了干扰，并且四个频点相互不一致。

短波电台、火控系统、油量表的工作原理图如图5所示，通过对火控系统和短波电台干扰油量表的可能链路进行分析，可以得到以下的主要干扰路径：

1）火控系统的杂散信号通过电源线串扰进入公用电源对油量表产生了干扰；

2）火控系统的杂散信号通过线缆间的耦合对油量表产生了干扰；

3）短波电台的干扰信号通过孔缝间的耦合对油量表产生了干扰；

4）短波电台的干扰信号通过电源线串扰进入公用电源对油量表产生了干扰；

5）短波电台的干扰信号通过天线与孔缝间的耦合对油量表产生了干扰；

6）短波电台的干扰信号通过天线与线缆C的耦合对油量表产生了干扰；

7）短波电台的干扰信号通过天线与电源线的耦合对油量表产生了干扰；

其中电磁耦合网络中的数字的含义为：D1：火控与线缆A的连接端口；D2：火控与电源线A的连接端口；D3：电源A与电源线A连接的端口；D4：电源A与总电源线的连接端口；D5：电源B与总电源线的连接端口；D6：电源B与电源线B的连接端口；D7：短波电台和电源线B的连接端口；D8:线缆B与短波电台的连接端口；D9：线缆B与天线的连接端口；D10：电源C与总电源线的连接端口；D11：电源线C与电源C的连接端口；D12：油量表和电源线C的连接端口；D13：油量表和线缆C的连接端口；D14：油量表的孔缝；D15：短波机箱孔缝；

由图5形成的耦合有向图如图6所示，通过仿真计算和测试在不同频率条件下对耦合有向图的边进行赋值。其中D16是火控干扰源，D17是短波干扰源，D18是油量表的敏感点。

由于敏感设备只有一个，同时油量表在4个频点处受到干扰，因此分别使用4次Dijkstra最短路径寻迹算法来获取相应频率下干扰源到敏感体的最短路径，求得的结果如下：

在频率f₁处，火控到油量表的最短耦合路径为：D16→D1→D13→D18(火控→线缆A→线缆C→油量表)。

在频率f₂处，火控到油量表的最短耦合路径为：D16→D2→D3→D4→D10→D13→D18(火控→电源线A→电源A→总电源→电源C→电源线C→油量表)。

在频率f₃处，短波到油量表的最短耦合路径为：D17→D8→D9→D13→D18(短波→线缆B→天线→线缆C→油量表)。

在频率f₄处，短波电台到油量表的最短耦合路径为：D17→D8→D9→D14→D18(短波→线缆B→天线→油量表孔缝→油量表)。

在4条最短耦合路径中，将除了干扰源和敏感点的顶点按照出现次数进行排序可以得到的顺序为：D13、D8、D9、D1、D2、D3、D4、D10、D14；因此线缆C是整改和加固的对象，然后剩余一条最短耦合路径，即在频率f₄处的最短耦合路径，对于出现次数较多的线缆B和天线进行整改和加固，实现对所有最短耦合路径的整改和加固。通过采取上述相应的措施，使得线缆C的屏蔽效能、天线的带外衰减、线缆B的带外衰减增加，从而加固系统的干扰薄弱环节。

Claims

1.一种多频干扰对间电磁耦合薄弱路径的确定方法，其特征在于，包括下列步骤：

第一步：在干扰源和敏感体已知的情况下，获取系统内干扰对间的电磁干扰耦合网络；

第二步：将第一步得到的电磁干扰耦合网络转换成有向图；

第四步：对有向图进行赋值，得到多个赋值耦合有向图；

第五步：确定有向图在不同干扰频率条件下干扰源到敏感体间的最短耦合路径；

第六步：对所述最短耦合路径进行整改和加固，具体为：

（3）判断出现次数次之的顶点是否在剩余的最短路径中，若在则对该点进行整改并去除该顶点所在的最短耦合路径。若不在则考虑下一个顶点。直到所有最短耦合路径都进行一次整改和加固；

2.根据权利要求1所述的一种多频干扰对间电磁耦合薄弱路径的确定方法，其特征在于，第二步中所述的转换具体为：

（1）将电磁干扰耦合网络中的设备端口一一映射为有向图的顶点；

（2）根据电磁干扰耦合网络的耦合关系和能量传输方向将各顶点连接起来，并在有向图中标明信号的传播方向，从而实现了电磁干扰耦合网络图向有向图的转化。

3.根据权利要求1所述的一种多频干扰对间电磁耦合薄弱路径的确定方法，其特征在于，第三步中所述的有向图的简化，具体简化步骤为：

（1）删除有向图中顶点度为0的顶点；

（2）删除有向图中与源点和终点不连通的子图；

（3）删除有向图中分支的顶点。

4.根据权利要求1所述的一种多频干扰对间电磁耦合薄弱路径的确定方法，其特征在于，第四步中利用仿真和测试的方法获取系统各设备端口间在不同干扰频点处的干扰能量损失值，并用损失值对有向图进行赋值。

5.根据权利要求1所述的一种多频干扰对间电磁耦合薄弱路径的确定方法，其特征在于，第五步中采用戴克斯特拉算法进行最短耦合路径寻迹。