CN104849575B - 一种基于时频分析的同频辐射噪声源诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于时频分析的同频辐射噪声源诊断方法，用于分离出不同的辐射噪声源分量。本发明先利用多通道高速数字示波器同时测量被测电路在不同场点产生的辐射噪声时域信号，再利用信号分析方法得到辐射噪声的时频二重域信号，然后根据超标频点的大小提取辐射噪声超标频率的时域信号，最后利用非线性信号分离算法确定辐射噪声源的分量，从而实现同频辐射噪声源的有效诊断。本发明用于医疗器械设备、电力设备、大功率变流器、汽车电子、轨道交通装备、网络通讯设备等电子设备中，能够有效诊断出相关电子设备辐射噪声超标的原因，为后续辐射噪声抑制提供理论和实践依据，从而使相关电子设备通过GB 9254、GB 4824、YY0505等电磁兼容标准检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于时频分析的同频辐射噪声源诊断方法，用于分离出不同的辐射噪声源。属于电气工程和电磁兼容领域。
背景技术
随着高速数字电路的不断发展，电路中常出现严重的辐射噪声。为了有效抑制电子设备产生的辐射噪声，有必要确定引起辐射噪声超标的辐射噪声源。由于电子设备存在大量的非线性器件，各种非线性器件都可能产生辐射噪声，因此辐射噪声源的诊断十分困难。按照辐射噪声产生的机理可以将辐射噪声源分为同频辐射噪声源和非同频辐射噪声源，其中同频辐射噪声源是指2个或2个以上电子器件产生的高频噪声在同一频率的叠加；非同频辐射噪声源是电子器件产生的高频噪声在不同频率的叠加。对于同频辐射噪声源而言，某频点对应的辐射噪声是由2个或2个以上电子器件高频噪声在该频点作用的叠加；而非同频辐射噪声源的某频点对应的辐射噪声近由1个电子器件高频噪声引起的。
现有辐射源诊断与测试方法，是利用EMI接收机、电波暗室和远场天线能够确定非同频辐射噪声源，但无法诊断出同频辐射噪声源。此外，中国发明专利（ZL200810242655.4）公开了一种《诊断辐射EMI机理的实验台及辐射EMI机理的简易诊断方法》，能够通过测量近场波阻抗，判定辐射噪声源的机理，包括共模噪声和差模噪声，但该专利技术也无法诊断出同频辐射噪声源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提出了一种基于时频分析的同频辐射噪声源诊断方法。先利用多通道高速数字示波器同时测量被测电路在不同场点产生的辐射噪声时域信号，再利用信号分析方法得到辐射噪声的时频二重域信号，然后根据超标频点的大小提取辐射噪声超标频率的时域信号，最后利用非线性信号分离算法确定辐射噪声源的分量，分离出不同的辐射噪声源，从而实现同频辐射噪声源的有效诊断，有助于降低电子设备产生的辐射噪声。
本发明一种基于时频分析的同频辐射噪声源诊断方法，其步骤如下：
第一步：利用多通道高速数字示波器和近场磁场探头同时测量被测电路在两个不同位置产生的辐射磁场，测量结果分别为x 1(t)、x 2(t)，x 1(t)和x 2(t)为时间t的函数。x 1(t)为测试场点A测量得到的辐射磁场时域信号，x 2(t)为测试场点B测量得到的辐射磁场时域信号。
第二步：对x 1(t)按式（1）进行信号处理，得到X 1(ω,t)
（1）
式中，X 1 (ω,t)为x 1(t)变换后的时频信号，ω为角频率，j为虚部单位，t为时间，τ为被积函数，u(τ-t)为有限时窗信号。
第三步：对x 2(t)按式（2）进行信号处理，得到X 2(ω,t)
（2）
式中，X 2(ω,t)为x 2(t)变换后的时频信号，ω为角频率，t为时间，τ为被积函数，u(τ-t)为有限时窗信号。
第四步：令式（1）和式（2）中的ω等于辐射噪声超标点对应的角频率，得到和，定义矩阵。
第五步：设随机权向量W的初始值W 0为正态分布矩阵，其均值为0，方差为1。
第六步：令非二次函数G(x)为
（3）
式中，是常数，cosh为双曲余弦函数，lg为以10为底的对数，x为函数的自变量，其中G(x)的导数为g(x)
（4）
式中，x为自变量，tanh为双曲正切函数。
第七步：令第n次迭代的随机权向量W n为
（5）
式中，E为均值函数，为第n-1次迭代中随机权向量W n-1 的转置，A矩阵与第四步中的定义相同，g函数的定义为公式（4）相同，g’是g函数的导数，具体为：
（6）
式中，sec为正割函数。
第八步：重复步骤六和七，直至随机权向量W收敛。
第九步：辐射噪声源的分量y 1(t)和y 2(t)为
（7）
本发明先利用多通道高速数字示波器同时测量被测电路在不同场点产生的辐射噪声时域信号，再利用信号分析方法得到辐射噪声的时频二重域信号，然后根据超标频点的大小提取辐射噪声超标频率的时域信号，最后利用非线性信号分离算法确定辐射噪声源的分量，从而实现同频辐射噪声源的有效诊断，有助于降低电子设备产生的辐射噪声。本发明能够应用于医疗器械设备、电力设备、大功率变流器、汽车电子、轨道交通装备、网络通讯设备等电子设备中，能够有效诊断出相关电子设备辐射噪声超标的原因，为后续辐射噪声抑制提供理论和实践依据，从而使相关电子设备通过GB 9254、GB 4824、YY0505等电磁兼容标准检测。
附图说明
图1为实验测试系统的示意图，其中：
1为辐射噪声源一；
2为辐射噪声源二；
3为测试场点A；
4为测试场点B；
5为多通道高速数字示波器。
附图2为时频信号X 1(ω,t)的时频二重域波形；
附图3为时频信号X 2(ω,t)的时频二重域波形；
附图4为时，信号的时域波形；
附图5为时，信号的时域波形；
附图6为辐射噪声源的分量y 1(t)的波形；
附图7为辐射噪声源的分量y 2(t)的波形。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步详细说明。
第一步：利用多通道高速数字示波器TeKtronixDPO5204B和近场磁场探头Rohde&Schwarz公司的HZ-11同时测量两组50MHz晶振运行的工作电路在两个不同位置产生的辐射磁场，测量结果分别为x 1(t)、x 2(t)，x 1(t)和x 2(t)为时间t的函数。
第二步：对x 1(t)按下式进行信号处理，得到X 1(ω,b)
式中，X 1(ω,t)为x 1(t)变换后的时频信号，ω为角频率，t为时间，τ为被积函数，u(τ-t)为有限时窗信号，其中X 1(ω,t)如附图2所示。
第三步：对x 2(t)按下式进行信号处理，得到X 2(ω,b)
式中，X 2(ω,t)为x 2(t)变换后的时频信号，ω为角频率，t为时间，τ为被积函数，u(τ-t)为有限时窗信号，其中X 2(ω,t)如附图3所示。
第四步：令以上两个公式中的ω为辐射噪声超标点对应的角频率，得到和，其中如附图4所示，如附图5所示。定义矩阵。
第五步：设随机权向量W的初始值W 0为正态分布矩阵，其均值为0，方差为1。
第六步：令非二次函数G（x）为
式中，是常数，cosh为双曲余弦函数，lg为以10为底的对数，x为函数的自变量，其中G（x）的导数为g(x)
第七步：令第n次迭代的随机权向量W n为
式中，E为均值函数，为第n-1次迭代中随机权向量W n-1 的转置。
第八步：重复步骤六和七，直至随机权向量W收敛。
第九步：辐射噪声源的分量y 1(t)和y 2(t)为
辐射噪声源的分量y 1(t)如附图6所示，辐射噪声源的分量y 2(t)如附图7所示。
Claims (1)
1.一种基于时频分析的同频辐射噪声源诊断方法，其步骤如下：
第一步：利用多通道高速数字示波器和近场磁场探头同时测量被测电路在两个不同位置产生的辐射磁场，测量结果分别为x 1(t)、x 2(t)，x 1(t)和x 2(t)为时间t的函数；
x 1(t)为测试场点A测量得到的辐射磁场时域信号，x 2(t)为测试场点B测量得到的辐射磁场时域信号；
第二步：对x 1(t)按下式进行信号处理，得到X 1(ω,t)
说明: 公式1.jpg
式中，X 1 (ω,t)为x 1(t)变换后的时频信号，ω为角频率，j为虚部单位，t为时间，τ为被积函数，u(τ-t)为有限时窗信号；
第三步：对x 2(t)按下式进行信号处理，得到X 2(ω,t)
说明: 公式2.jpg
式中，X 2(ω,t)为x 2(t)变换后的时频信号，ω为角频率，t为时间，τ为被积函数，u(τ-t)为有限时窗信号；
第四步：令上述两个公式中的ω等于辐射噪声超标点对应的角频率，得到说明: 1.jpg和说明: 2.jpg，定义矩阵说明: 3.jpg；
第五步：设随机权向量W的初始值W 0为正态分布矩阵，其均值为0，方差为1；
第六步：令非二次函数G(x)为
说明: 公式3.jpg
式中，说明: 4.jpg是常数，cosh为双曲余弦函数，lg为以10为底的对数，x为函数的自变量，
其中G(x)的导数为g(x)
说明: 公式4.jpg
式中，x为自变量，tanh为双曲正切函数；
第七步：令第n次迭代的随机权向量W n为
说明: 公式5.jpg
式中，E为均值函数，说明: 5.jpg为第n-1次迭代中随机权向量Wn-1的转置，A矩阵与第四步中的
定义相同，g函数的定与步骤六中的定义相同，g’是g函数的导数，具体为：
说明: 公式6.jpg
式中，sec为正割函数；
第八步：重复步骤六和七，直至随机权向量W收敛；
第九步：辐射噪声源的分量y 1(t)和y 2(t)为
说明: 公式7.jpg。 1
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