CN103399235A - 一种电子噪声和电磁干扰的检测和消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子噪声和电磁干扰的检测和消除方法，通过仿真软件进行噪声信号的采集，经过仿真电路单元处理后由仿真波形输出至电子噪声系统采用基于分数傅立叶变换的多个未知先验参数的线性调频信号分离技术进行多个噪声的分析，输出电子噪声分解报告，从而与正常信号进行比较，得出属于噪声与电磁干扰的分量，采用滤波的方法进行消除处理；本发明通过数学的算法进行电子噪声分析系统的设计，精度高，可捕捉到非常小的信号，防止对系统中的噪声的遗漏，此外还具有成本低，预警性强、采样频域范围广、兼容性强的优点，具有很强的实用性。

Description

一种电子噪声和电磁干扰的检测和消除方法

技术领域

本发明涉及噪声的消除方法，尤其涉及一种电子噪声和电磁干扰的检测和消除方法。

背景技术

随着电子技术的发展，信号的速度越来越快，信号完整性问题变得更为严重，在电子产品生产和设计中PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）布线过程中，如此快速的信号更容易被噪声干扰，而且在设计初期不容易发现，目前大部分开发者还是依赖于后期购买硬件设备对噪声干扰进行检测，这样需要相当大的硬件成本投资，且只能在电路系统生成出来之后才能进行检测，这样对产品的电子干扰没有预见性，容易造成浪费生成资源，加大生成成本的问题。

此外，目前产品的设计周期越来越短，设计人员用来解决信号完整性问题和设计新产品的时间也日益缩短，产品设计人员将一件产品投入市场只有一次机会，所以产品必须第一次就能运行成功，如果在产品设计周期中不能尽早确定和消除信号噪声，产品有可能不能稳定工作，如果依靠硬件检测设备，一方面投入比较大，而且发现问题的时间点已经滞后，到产品研发周期有很大影响，对产品开发投入浪费也比较大，另一方面硬件设备的分析采样精度和采样范围都受到芯片能力限制。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供了一种基于分数傅立叶变换的成本低、精度高、兼容性强、采样范围和分析速度快的电子噪声和电磁干扰的检测和消除方法。

技术方案：为达到上述目的，本发明一种电子噪声和电磁干扰的检测和消除方法，包括以下步骤：

a)仿真电路单元和仿真波形输出：首先通过仿真软件采集噪声信号，经过仿真电路单元的处理进行仿真波形输出；

b)电子噪声分析系统：将噪声信号通过仿真波形输出至电子噪声分析系统进行噪声信号的分析，得到电子噪声分解报告；

c)噪声处理：根据正常信号与步骤b输出的电子噪声分解报告进行比较分析，得出属于噪声与电磁干扰的分量，采用滤波的方法进行消除处理；

所述电子噪声分析系统采用基于分数傅立叶变换的多个未知先验参数的线性调频信号分离技术；具体如下：

定义在u域的函数g(t)的p阶分数傅立叶变换为线性积分运算：

$G_p\left(u\right)=F^p\left[g\left(t\right)\right]={\∫}_{-\∞}^{+\∞}g\left(t\right)K_p(t,u)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中分数傅立叶变换的内核函数K_p(t,u)和A_p为

$K_p(t,u)=\left\{\begin{array}{cc}{A}_p\exp \left[\mathrm{j\&pi;}(t^2\cot \mathrm{\&phi;}-2\mathrm{tu}\csc \mathrm{\&phi;}+u^2\cot \mathrm{\&phi;})\right]& 0<\left|p\right|<2\\ \mathrm{\&delta;}(t-u)& p=0\\ \mathrm{\&delta;}(t+u)& p=\&PlusMinus;2\end{array}\right.---\left(2\right)$

$A_p=\frac{\exp [-\mathrm{j\&pi;sgn}\left(\sin \mathrm{\&phi;}\right)/4+\mathrm{j\&phi;}/2]}{\sqrt{\left|\sin \mathrm{\&phi;}\right|}},\mathrm{\&phi;}=\frac{\mathrm{p\&pi;}}{2}---\left(3\right)$

其中，g(t)为经过仿真电路单元和仿真波形输出到电子噪声系统的待分析的噪声信号，K_p(t,u)和A_p为分数傅立叶变换的内核函数，p为分数傅立叶变换的阶数，当p＝1时，分数傅立叶变换退化为傅立叶变换；对g(t)进行噪声和电磁干扰的检测具体算法步骤如下：

（1）取分数阶p的初值p₀，对g(t)进行分数阶为p₀的分数傅立叶变换得到G_p(u)，搜索G_p(u)的幅度谱|G_p(u)|的最大值放在G_max中，并将此时的分数阶p放在p_max中；

（2）取分数阶p的步长为Δp，对g(t)进行分数阶增加Δp的分数傅立叶变换得到G_p(u)，继续搜索G_p(u)的幅度谱|G_p(u)|的最大值，若此最大值大于G_max，则G_max用此最大值更新，并将p_max更新为此时的分数阶p；否则G_max和p_max不更新；

（3）重复步骤（2），直到分数阶p≥2为止，这样得到了要获取g(t)的第一峰值分量所对应的分数阶p₁＝p_max；

（4）对g(t)进行分数阶为p₁的分数傅立叶变换得到

用滤波法对

取出第一峰值分量然后对

进行分数阶为-p₁的分数傅立叶变换得到第一分量g¹(t)；

（5）对进行分数阶为-p₁的分数傅立叶变换得到信号g¹(t)，把g¹(t)当成g(t)，重复步骤（1）至步骤（4），得到第二分量g²(t)；

（6）对多个噪声信号进行分析时，依此类推，可得到第i分量gⁱ(t)。

有益效果：本发明所提供的一种电子噪声和电磁干扰的检测和消除方法，通过仿真软件进行噪声信号的采集，经过仿真电路单元处理后由仿真波形输出至电子噪声系统采用基于分数傅立叶变换的多个未知先验参数的线性调频信号分离技术进行多个噪声的分析，输出电子噪声分解报告，从而与正常信号进行比较，得出属于噪声与电磁干扰的分量，采用滤波的方法进行消除处理；本发明通过数学的算法进行电子噪声分析系统的设计，精度高，可捕捉到非常小的信号，防止对系统中的噪声的遗漏，此外还具有成本低，预警性强、采样频域范围广、兼容性强的优点，具有很强的实用性。

附图说明

图1为本发明实施例中对一个噪声信号的电子噪声分析系统检测步骤；

图2为本发明实施例的一个噪声信号与正常信号波形对比图示例。

具体实施方式

一种电子噪声和电磁干扰的检测和消除方法，包括以下步骤：

a)仿真电路单元和仿真波形输出：首先通过仿真软件采集噪声信号，经过仿真电路单元的处理进行仿真波形输出；

b)电子噪声分析系统：将噪声信号通过仿真波形输出至电子噪声分析系统进行噪声信号的分析，得到电子噪声分解报告；

c)噪声处理：根据正常信号与步骤b输出的电子噪声分解报告进行比较分析，得出属于噪声与电磁干扰的分量，采用滤波的方法进行消除处理；

所述电子噪声分析系统采用基于分数傅立叶变换的多个未知先验参数的线性调频信号分离技术；具体如下：

定义在u域的函数g(t)的p阶分数傅立叶变换为线性积分运算：

$G_p\left(u\right)=F^p\left[g\left(t\right)\right]={\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}g\left(t\right)K_p(t,u)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中分数傅立叶变换的内核函数K_p(t,u)和A_p为

$K_p(t,u)=\left\{\begin{array}{cc}{A}_p\exp \left[\mathrm{j\&pi;}(t^2\cot \mathrm{\&phi;}-2\mathrm{tu}\csc \mathrm{\&phi;}+u^2\cot \mathrm{\&phi;})\right]& 0<\left|p\right|<2\\ \mathrm{\&delta;}(t-u)& p=0\\ \mathrm{\&delta;}(t+u)& p=\&PlusMinus;2\end{array}\right.---\left(2\right)$

$A_p=\frac{\exp [-\mathrm{j\&pi;sgn}\left(\sin \mathrm{\&phi;}\right)/4+\mathrm{j\&phi;}/2]}{\sqrt{\left|\sin \mathrm{\&phi;}\right|}},\mathrm{\&phi;}=\frac{\mathrm{p\&pi;}}{2}---\left(3\right)$

其中，g(t)为经过仿真电路单元和仿真波形输出到电子噪声系统的待分析的噪声信号，K_p(t,u)和A_p为分数傅立叶变换的内核函数，p为分数傅立叶变换的阶数，当p＝1时，分数傅立叶变换退化为傅立叶变换；对g(t)进行噪声和电磁干扰的检测具体算法步骤如下：

（1）取分数阶p的初值p₀，对g(t)进行分数阶为p₀的分数傅立叶变换得到G_p(u)，搜索G_p(u)的幅度谱|G_p(u)|的最大值放在G_max中，并将此时的分数阶p放在p_max中；

（2）取分数阶p的步长为Δp，对g(t)进行分数阶增加Δp的分数傅立叶变换得到G_p(u)，继续搜索G_p(u)的幅度谱|G_p(u)|的最大值，若此最大值大于G_max，则G_max用此最大值更新，并将p_max更新为此时的分数阶p；否则G_max和p_max不更新；

（3）重复步骤（2），直到分数阶p≥2为止，这样得到了要获取g(t)的第一峰值分量所对应的分数阶p₁＝p_max；

（4）对g(t)进行分数阶为p₁的分数傅立叶变换得到

用滤波法对取出第一峰值分量

然后对

进行分数阶为-p₁的分数傅立叶变换得到第一分量g¹(t)；

（5）对进行分数阶为-p₁的分数傅立叶变换得到信号g¹(t)，把g¹(t)当成g(t)，重复步骤（1）至步骤（4），得到第二分量g²(t)；

（6）对6个噪声信号进行分析时，依此类推，可得到第6分量g⁶(t)。

图1为一个噪声信号的电子噪声分析系统检测步骤，如图2所示，为其中一个噪声信号与正常信号波形对比图示例，可根据图示以及电子噪声分解报告的相关分析数据进行比较分析，得出属于噪声与电磁干扰的分量，采用滤波的方法进行消除处理。

本发明一种电子噪声和电磁干扰的检测和消除方法，与传统的硬件检测设备相比具有以下优点：

（1）通过数学的算法进行软件程序设计，这种分析方法的精度非常高，所以可以捕捉到非常小的信号，对于系统中的噪音不会遗漏。

（2）可以根据不同的需求对需要捕捉的信号进行设定，对于开发者来说灵活性比较高。

（3）成本低：可以取代硬件分析设备，硬件分析设备成本高，而本发明只需将分析模块加入现有的分析工具中就可以完成信号分析。

（4）不受信号速度影响：因为硬件设备的采样芯片具有采样速度限制，所以一般硬件设备采样的频域范围是有限的，但是本发明完全采用软件算法，没有频域范围的限制，所能够达到的频域范围是无限大。

（5）兼容性强：能够兼容现有仿真软件，用户只需要直接调入模型，直接接入需要仿真的系统就可以进行分析。

应当指出，以上具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种电子噪声和电磁干扰的检测和消除方法，其特征在于包括以下步骤：

a)仿真电路单元和仿真波形输出：首先通过仿真软件采集噪声信号，经过仿真电路单元的处理进行仿真波形输出；

b)电子噪声分析系统：将噪声信号通过仿真波形输出至电子噪声分析系统进行噪声信号的分析，得到电子噪声分解报告；

c)噪声处理：根据正常信号与步骤b输出的电子噪声分解报告进行比较分析，得出属于噪声与电磁干扰的分量，采用滤波的方法进行消除处理；

所述电子噪声分析系统采用基于分数傅立叶变换的多个未知先验参数的线性调频信号分离技术；具体如下：

定义在u域的函数g(t)的p阶分数傅立叶变换为线性积分运算：

$G_p\left(u\right)=F^p\left[g\left(t\right)\right]={\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}g\left(t\right)K_p(t,u)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中分数傅立叶变换的内核函数K_p(t,u)和A_p为

$K_p(t,u)=\left\{\begin{array}{cc}{A}_p\exp \left[\mathrm{j\&pi;}(t^2\cot \mathrm{\&phi;}-2\mathrm{tu}\csc \mathrm{\&phi;}+u^2\cot \mathrm{\&phi;})\right]& 0<\left|p\right|<2\\ \mathrm{\&delta;}(t-u)& p=0\\ \mathrm{\&delta;}(t+u)& p=\&PlusMinus;2\end{array}\right.---\left(2\right)$

$A_p=\frac{\exp [-\mathrm{j\&pi;sgn}\left(\sin \mathrm{\&phi;}\right)/4+\mathrm{j\&phi;}/2]}{\sqrt{\left|\sin \mathrm{\&phi;}\right|}},\mathrm{\&phi;}=\frac{\mathrm{p\&pi;}}{2}---\left(3\right)$

其中，g(t)为经过仿真电路单元和仿真波形输出到电子噪声系统的待分析的噪声信号，K_p(t,u)和A_p为分数傅立叶变换的内核函数，p为分数傅立叶变换的阶数，当p＝1时，分数傅立叶变换退化为傅立叶变换；对g(t)进行噪声和电磁干扰的检测具体算法步骤如下：

（1）取分数阶p的初值p₀，对g(t)进行分数阶为p₀的分数傅立叶变换得到G_p(u)，搜索G_p(u)的幅度谱|G_p(u)|的最大值放在G_max中，并将此时的分数阶p放在p_max中；

（2）取分数阶p的步长为Δp，对g(t)进行分数阶增加Δp的分数傅立叶变换得到G_p(u)，继续搜索G_p(u)的幅度谱|G_p(u)|的最大值，若此最大值大于G_max，则G_max用此最大值更新，并将p_max更新为此时的分数阶p；否则G_max和p_max不更新；

（3）重复步骤（2），直到分数阶p≥2为止，这样得到了要获取g(t)的第一峰值分量所对应的分数阶p₁＝p_max；

（4）对g(t)进行分数阶为p₁的分数傅立叶变换得到

用滤波法对

取出第一峰值分量

然后对进行分数阶为-p₁的分数傅立叶变换得到第一分量g¹(t)；

（5）对

进行分数阶为-p₁的分数傅立叶变换得到信号g¹(t)，把g¹(t)当成g(t)，重复步骤（1）至步骤（4），得到第二分量g²(t)；

（6）对多个噪声信号进行分析时，依此类推，可得到第i分量gⁱ(t)。

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