CN103743969A - 一种近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法，该测量噪声抑制方法包括如下步骤：（1）同步测量近场两处辐射干扰信号，并对其进行独立分量分析；（2）估计独立分量的峭度值，判定其中的测量噪声分量，从而实现干扰测量信号的测量噪声抑制。本发明解决了非标环境引起的测量噪声对干扰信号分析的影响；可避免滤波过程对电磁兼容分析所需要的干扰信号高频部分的破坏；另外，该方法所需的设备少，成本低，易于实现。

Description

一种近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法

技术领域：

本发明涉及电磁兼容技术领域，具体地说是涉及一种近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法。

背景技术：

目前，越来越多的电子产品在上市前需要通过相关辐射电磁兼容测试，未通过测试的产品需要进一步进行电磁兼容整改。整改的关键是确定产品辐射未达标根源，需要通过分析产品辐射干扰信号进行判断。由于多数产品生产单位不具备昂贵的标准电磁兼容测试环境，整改过程需要对辐射干扰信号进行数次采集、分析，为降低测试成本，电磁兼容整改往往是在非标环境下进行的，其测量噪声成为影响干扰信号分析准确度的主要原因之一，因此，针对非标环境的测量噪声抑制是有必要的。

噪声抑制主要有时域平滑及变换域去噪两种方式：（1）、基于时域平滑的噪声抑制方法，其原理是利用数字低通滤波滤除待分析信号中的高频噪声；（2）、变换域去噪方法，其原理是先通过傅里叶变换或小波分析等变换将信号分解为不同频段分量，再通过只保留较低频部分信号从而实现去噪。无论采用上述方式中的哪一种都将信号中的较高频率部分直接作为测量噪声滤除，但在电磁兼容分析中，这样的做法并不可取。实际上，产品工作产生的干扰信号在频率上与非标环境存在的背景噪声，即测量噪声，往往并不可分，前者频率可能与后者同处高频部分，如果仅根据频率高低进行去噪，那么很可能在滤除测量噪声的同时也部分滤除了干扰信号，结果导致干扰信号的改变。干扰信号是探究产品电磁干扰超标根源的分析对象，其人为改变将误导后续的电磁兼容整改。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足之处，而提出一种近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法，以改善电磁兼容分析中辐射干扰信号测量噪声的抑制效果。

为实现上述目的，本发明的一种近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法包括如下步骤：

（1）同步测量近场两处辐射干扰信号，并对其进行独立分量分析；

（2）估计独立分量的峭度值，判定其中的测量噪声分量，从而实现干扰测量信号的测量噪声抑制。

所述的步骤（1）中的干扰信号是指电子设备或系统在正常运行过程中对所在环境产生的电磁辐射干扰，即辐射电磁干扰时域信号。

作为上述技术方案的优选，所述的步骤（1）中的近场两处辐射干扰信号采用双踪示波器同步测量采集，采集频率应符合产品依据的相关电磁兼容测试标准。

作为上述技术方案的优选，所述的步骤（1）中通过双踪示波器同步测量的辐射干扰信号是非电磁兼容标准测量环境下的信号，涉及干扰信号和测量噪声2个独立分量。

作为上述技术方案的优选，所述的步骤（1）中独立分量分析方法为fastICA算法。

作为上述技术方案的优选，所述的步骤（2）中的峭度值是指干扰信号和测量噪声2个随机信号的高阶统计量，测量噪声的分布更接近高斯分布，其峭度值也更接近于0。

本发明的有益效果在于：（1）其解决了非标环境引起的测量噪声对干扰信号分析的影响；（2）可避免滤波过程对电磁兼容分析所需要的干扰信号高频部分的破坏；（3）所需的设备少，成本低，易于实现。

附图说明：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为实施例的两个近场辐射干扰同步测量信号；

图2为实施例的辐射干扰测量信号的独立分量分析结果；

图3为实施例的辐射干扰测量信号频谱及其经传统滤波得到的测量噪声抑制频谱；

图4为实施例的辐射干扰测量信号频谱及其经本发明方法处理得到的测量噪声抑制频谱。

具体实施方式：

以下结合具体实施例对上述技术方案做进一步的说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的原理而不是限定本发明的保护范围。

本发明的近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法包括如下步骤：

步骤1：用双踪示波器同步测量近场两处辐射干扰信号，并采用fastICA算法对其进行独立分量分析。

在低成本非标准测试环境下，采集的近场辐射电磁干扰信号往往具有较高的背景噪声，严重影响对辐射干扰信号的超标分析和诊断。本发明提出的测量噪声抑制方法通过同步采集2个近场辐射干扰信号，利用采集信号中包含的测量噪声和干扰信号相互独立的特性，经独立分量分析，获得两个独立信号，从而实现测量噪声抑制。

本发明的独立分量分析采用FastICA算法。设采集的2路信号构成向量x(t)＝[x₁(t),x₂(t)]^T,t＝1,…,N，t表示时间序号，上标T表示矩阵或矢量转置，则x(t)是辐射干扰信号和测量噪声的线性组合，即

x(t)＝As(t)t＝1,…,N        （1）

其中，A是未知的2×2混合矩阵，s(t)＝[s₁(t),s₂(t)]^T，t＝1,…,N表示相互独立的辐射干扰信号和测量噪声构成的矢量。独立分量分析的目标是仅由传感器测量信号x(t)重构源信号s(t)。fastICA算法中，将求解一个2×2分离矩阵W，使s(t)的估计为

因此

成为s(t)的线性组合。根据大数定理，当WA中有2个非零元素时，相对于相互独立的源信号s₁(t),s₂(t)，其估计信号

更接近高斯分布，所以独立分量分析的代价函数可以取为使

的非高斯性更大，比如采用负熵最大准则。

FastICA算法的实现过程如下：

1、x(t)的中心化和预白化

对中心化后成为零均值向量的x(t)进行白化处理，得到x(t)的白化矢量

$\tilde{x}\left(t\right)={\mathrm{FD}}^{-1/2}{F}^{T}x\left(t\right)---\left(2\right)$

其中矩阵D＝diag(d₁,d₂)是x(t)的协方差矩阵特征根构成的对角阵，矩阵F是该协方差矩阵的正交归一特征向量构成的特征矩阵。预白化后，

的协方差矩阵为单位阵。

2、基于负熵最大准则的分离矩阵W估计

将W表示为W＝[w₁,w₂]^T，对2×1矢量w_i,i＝1,2逐一按如下1)～6)步进行迭代估计。

1)随机选取初始向量w_i

2)令 $w_i^{+}=E\left[\tilde{x}\left(t\right)g\left(w_i^T\tilde{x}\left(t\right)\right)\right]-E\left[g^{\′}\left(w_i^T\tilde{x}\left(t\right)\right)\right]w_i,$ 其中函数g(u)＝uexp(-u²/2)，E[·]为期望

3)归一化 $w_i=w_i^{+}/\left|\right|w_i^{+}\left|\right|$

4)如果没有收敛，返回2)

5)如果i≥2,令 $w_i=w_i-{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{i-1}{w}_i^T{w}_j{w}_j$ 且 $w_i=w_i/\sqrt{w_i^T{w}_i}$

6)i＝i+1

3、测量噪声和干扰信号的估计为

步骤2：估计2个独立分量的峭度值，判定其中的测量噪声分量，从而实现干扰信号的测量噪声抑制。

为进一步判定独立分量分析结果哪个是测量噪声，本发明提出通过比较2个独立分量的峭度值进行判定的方法。首先，按下式估计信号的峭度值：

$K\left[{\hat{s}}_i\left(t\right)\right]=E\left[{{\hat{s}}_i}^4\left(t\right)\right]-3{\left\{E\right[{{\hat{s}}_i}^2\left(t\right)\left]\right\}}^2,i=\mathrm{1,2}---\left(3\right)$

其中K[·]表示峭度。然后，比较2个独立分量的峭度绝对值，其中较小的更接近高斯分布，将其判定为测量噪声，另一个独立分量则判断为经测量噪声抑制的干扰信号。

实施例：非标环境下近场电磁辐射干扰信号测量噪声的抑制。

该辐射电磁兼容分析中，示波器以1GHz采样率在一含10MHz晶振产品的2个靠近的辐射近场点上用场探头同步采集辐射干扰信号，图1所示为辐射干扰测量信号x₁(t)和x₂(t)，图2所示为独立分量分析结果

和

其峭度值别为-1.41和-0.88，根据峭度绝对值更接近0的信号更近似高斯噪声，可以判定

为测量噪声，

则为经测量噪声抑制的辐射干扰信号。见图3所示的采用传统滤波方法的测量噪声抑制前后的辐射干扰信号频谱以及图4所示的采用本发明方法的测量噪声抑制前后的辐射干扰信号频谱，比较这两种处理结果，可以看出本发明方法不仅没有因平滑滤波损失电磁兼容检测范围内的高频分量，而且可以有效抑制产品辐射干扰信号频率之外的其它测量噪声，为后续电磁兼容分析和诊断提供了更可靠的辐射干扰测量信号。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）同步测量近场两处辐射干扰信号，并对其进行独立分量分析；

（2）估计独立分量的峭度值，判定其中的测量噪声分量，从而实现干扰测量信号的测量噪声抑制。

2.根据权利要求1所述的近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法，其特征在于：所述的步骤（1）中的干扰信号是指电子设备或系统在正常运行过程中对所在环境产生的电磁辐射干扰，即辐射电磁干扰时域信号。

3.根据权利要求2所述的近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法，其特征在于：所述的步骤（1）中的近场两处辐射干扰信号采用双踪示波器同步测量采集，采集频率应符合产品依据的相关电磁兼容测试标准。

4.根据权利要求3所述的近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法，其特征在于：所述的步骤（1）中通过双踪示波器同步测量的辐射干扰信号是非电磁兼容标准测量环境下的信号，涉及干扰信号和测量噪声2个独立分量。

5.根据权利要求1所述的近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法，其特征在于：所述的步骤（1）中独立分量分析方法为fastICA算法。

6.根据权利要求1所述的近场电磁辐射干扰测量信号的测量噪声抑制方法，其特征在于：所述的步骤（2）中的峭度值是指干扰信号和测量噪声2个随机信号的高阶统计量，测量噪声的分布更接近高斯分布，其峭度值也更接近于0。

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