CN106291189B - 模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置及检测方法，包括：线性阻抗稳定网络、电流传感器、数据采集模块、软件无线电模块、1553B总线通信模块、光纤电场传感器、激光源、光衰减器、主控制器模块、电光转换模块和外部接口，其中外部接口采用标准航插接口包括电源航插、高频信号航插、光纤信号航插、航空总线专用接口。本发明能够为电磁兼容试验现场的典型干扰信号提供耦合途径、完成信号检测和传输，具体功能包括电源线干扰信号检测、接地线干扰信号检测、高频通信信号检测、空间辐射信号检测、总线通信信号检测，并且具备良好的可重构性和无扰测试特性，能够最大限度还原真实电磁边界，实现逼真电磁响应。

Description

模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置及方法

技术领域

本发明属于电磁兼容测试技术领域，涉及一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置及检测方法。

背景技术

随着航空电子技术的高速发展，设备工作现场存在越来越多的电磁干扰信号，按照干扰耦合方式可分为传导干扰和辐射干扰，前者包括电源线干扰信号、地线干扰信号、信号线缆耦合的干扰信号等，后者主要是指各类天线辐射在空间形成的干扰信号。为使设备是否能够在其工作现场的电磁环境下发挥功能，有必要在设备研制阶段，采取有效的电磁兼容设计技术来对其电磁兼容性进行预判断，尽早发现其潜在的电磁兼容性问题，这将有效缩短设备研制周期，提高设备装机成功率。

传统的电磁兼容设计技术主要包括数字仿真技术和实物测试技术，其在电磁响应逼真度和电磁响应信号检测方面等各有优劣。其中，数字仿真技术在信号检测方面较灵活，可以自由观测任意位置的信号，但是，受限制于仿真模型精度，电磁响应逼真度低；实物测试技术基本采用了真实电磁边界，电磁响应逼真度高，但是，受限制于复杂结构和微小空间的约束，电磁信号检测困难，且测试装置还可能对原系统产生影响。

发明内容

本发明技术解决问题：针对传统的航空电子设备的电磁兼容设计和测试技术在电磁响应逼真度、测试系统的无扰动性、信号检测装置可重构性等方面暴露的问题，本发明设计并实现了一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置及检测方法。

本发明能够为电磁兼容试验现场的典型干扰信号提供耦合途径、完成信号检测和传输，具体功能包括电源线干扰信号检测、接地线干扰信号检测、高频通信信号检测、空间辐射信号检测、总线通信信号检测，并且具备良好的可重构性和无扰测试特性。为了保证电磁响应逼真度，该装置采用航空电子设备通用的现场可更换单元的封装设计，能够最大限度还原真实电磁边界，实现逼真电磁响应。

本发明技术解决方案：一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置，综合利用了传感器技术、计算机技术、光纤通信技术等从内部结构到外部封装两个方面进行详细设计。内部结构方面，采用模块化、层次化模块化设计原则，系统集成了包括线性阻抗稳定网络1、电流传感器2、数据采集模块3、软件无线电模块4、1553B总线通信模块5、光纤电场传感器6、激光源7、光衰减器8、主控制器模块9、电光转换模块 10等模块，从而对试验现场的电源线干扰信号、接地线干扰信号、高频通信信号、航空总线信号、空间辐射信号进行检测和传输；外部封装方面，本发明按照航空电子设备的现场可更换单元进行设计，用与被测设备一样的材料和外形封装电磁干扰检测装置，其外部接口采用标准航插接口，包括电源航插11、高频信号航插12、光纤信号航插14、航空总线专用接口13等。

电源航插与线性阻抗稳定网络相连，线性阻抗稳定网络的信号输出接口接入数据采集模块的输入；所述电流传感器的输入接口与接地线相连，其输出接口接入数据采集模块的输入接口；所述高频信号航插与软件无线电模块相连；所述航空总线专用接口与1553B总线通信模块相连；所述主控制器模块与数据采集模块、软件无线电模块、1553B 总线通信模块、电光转换模块双向连接，并将电光转换模块的输出与光纤信号航插中的光纤相连，实现数据检测和传输的实时控制；所述激光源、光衰减器、光纤电场传感器依次单相连接，并将光纤电场传感器的输出与光纤信号航插中的光纤相连，实现空间辐射电磁场信号转换为光信号输出。

所述检测装置采用金属外壳封装，外壳需进行接地处理。

所述的电流传感器2为集成的卡钳式电流传感器。

所述的主控制器模块9采用x86计算机架构，通过主控制器模块9的软件层重构，实现硬件层各个模块的实时控制，完成电磁干扰的现场检测、本地存储和转发等功能。

所述检测装置的信号输出采用全光纤通信链路进行信号传输。

本发明设计实现了一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置，能够对被试设备工作现场的各类电磁干扰信号进行采集、处理、存储、转发等，信号类型包括电源线干扰信号、接地线干扰信号、高频通信信号、航空总线信号、空间辐射的电磁信号等。

下面从本发明在干扰信号检测方法的实现如下：

(1)电源线干扰信号检测

电源供电信号通过电源航插11进入装置内部，然后经过线性阻抗稳定网络1后为后级模块供电。其中，线性阻抗稳定网络1为被试设备电源线上的传导干扰信号提供了耦合路径，将耦合的信号传输到数据采集模块3；数据采集模块3在主控制器模块9的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理等操作；主控制器模块9可以对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块10以及光纤信号航插14将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应。

(2)接地线干扰信号检测

本发明装置采用金属外壳封装，外壳需进行接地处理。通过集成的卡钳式电流传感器2提取接地线上的干扰信号，并将信号传输到数据采集模块3；数据采集模块3在主控制器模块9的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理等操作；主控制器模块9 可以对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块10以及光纤信号航插 14将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应。

(3)高频通信信号检测

高频通信信号通过外部线缆或者天线由高频信号航插12进入装置内部，然后通过集成的软件无线电模块4对信号进行接收、转换等处理。软件无线电模块4在主控制器模块9的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理等操作；主控制器模块9可以对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块10以及光纤信号航插14将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应。

(4)航空总线信号检测

航空总线信号通过航空总线专用接口13进入装置内部，然后进入1553B总线通信模块5，从而实现1553B总线信号的收发功能，并对总线通信上的干扰信号进行检测。软件无线电模块4在主控制器模块9的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理操作；主控制器模块9可以对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块10 以及光纤信号航插14将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应。

(5)空间辐射信号检测

本发明装置集成了光纤电场传感器6作为电场测量天线，辅助以激光源7、光衰减器8从而对被试设备工作环境的空间辐射信号进行现场检测，并将检测得到的光信号通过光纤信号航插14传输到后台。其中，光纤电场传感器体积小、重量轻，便于实现复杂结构微小空间的信号检测。

由以上可知具体功能可知，本发明设计实现了一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置，其在电磁边界、无扰动测试、可重构性方面相对于传统测试装置或测试技术均有显著提高。其中，模拟真实边界是本发明思想的核心创新点，无扰动测试和可重构性是本发明具体实施过程中的辅助创新点。具体说明如下：

(1)模拟真实电磁边界

传统的电磁干扰检测装置是置入被测空间中测量电磁信号，无法获取逼真度高的电磁响应，也无法从根本上消除对被测信号的扰动。本发明采用全新的替换式思路设计检测装置，用与被测设备一样的材料和外形封装电磁干扰检测装置并替代被试设备，从而模拟了真实电磁边界，也从根本上解决了测试装置扰动被测信号的问题。为了模拟实现真实电磁边界，本发明从被试航电设备个体和试验系统整体两个方面入手，设计实现了一种模拟真实边界的电磁干扰检测装置。

个体方面，本发明采用航空电子设备的现场可更换单元封装设计，装置的体积、结构、材料、接口等均模拟真实设备的封装特性，其外部接口采用标准航插接口和专用总线通信接口，主要包括电源信号航插、高频信号航插、光纤信号航插、航空总线通信接口。因此，本发明模拟了被试航电设备个体的真实边界，用于检测真实边界条件下的逼真电磁响应。

整体方面，本发明可代替被试航电设备置于电磁兼容测试现场，并还原被试设备的真实布局和布线，从而模拟真实的电磁干扰耦合路径；同时，试验现场具备真实的电磁信号发射和真实的电磁边界。因此，本发明可对被试设备工作现场的各类电磁干扰信号实现高逼真度的信号采集、处理、存储、转发等。

(2)实现无扰动测试

在保证被试设备和系统整体正常工作的前提下，本发明实现了干扰信号的无扰动检测和传输，即干扰信号的检测和传输对系统整体的功能性不会造成破坏，也不会引入新的电磁干扰，重点体现在航空总线通信信号的检测方面。本发明集成了航空总线通信专用收发模块，通过软件编程控制正常的信号收发功能，并将接收的受扰信号本地存储并对信号质量进行分析，同时将存储下来的信号以数据流的形式通过光纤传输到后级做进一步处理。

(3)采用可重构结构

本发明从检测装置个体和测试系统整体入手，在底层硬件固定的情况下，通过上层软件重构的方式实现相应功能。个体方面，本发明遵循模块化、层次化设计原则，底层硬件采用通用模块化单元，上层通过软件重构的方式来实现五类干扰信号的现场检测，并将检测到的信号通过光纤传输到后台；整体方面，本发明代替被试设备置于工作现场，担任干扰检测前端的角色，将现场检测的各类电磁干扰通过光纤传输到后台，后台的模拟器和服务器通过软件重构的方式针对前台装置的传输到达的信号做出相应的功能响应和电磁响应。比如，电源线干扰信号检测、接地线干扰信号检测、高频通信信号检测、航空总线信号检测复用了主控制器模块9、光纤信号航插模块14。

本发明的优点在于：

(1)本发明采用航空电子设备的现场可更换单元封装设计，用于电磁干扰现场检测，能够最大限度还原真实电磁边界，从而弥补了数字仿真设计中的电磁响应逼真度不高的缺陷；

(2)本发明实现了信号的无扰动检测，不影响被试系统正常功能性，也不会带来新的电磁干扰；

(3)本发明采用模块化层次化设计原则，在底层硬件固定的情况下，通过上层软件重构的方式实现相应功能，可重构性良好；

(4)本发明使用电光转换和光纤通信技术进行信号传输，将现场检测到的信号以数据流的形式传输到后级，充分利用了光纤通信具备的远距离传输损耗小、抗电磁干扰能力强、电气绝缘性能好等优点。

附图说明

图1是本发明装置的组成框图；

图2是本发明装置用于电磁干扰检测的试验布置图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施实例对本发明作进一步的详细说明。

针对传统的航空电子设备的电磁兼容设计和测试技术在电磁响应逼真度、测试系统的无扰动性、信号检测装置可重构性等方面暴露的问题，本发明设计并实现了一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置，其组成框图如图1所示，本发明综合利用了传感器技术、计算机技术、光纤通信技术等从内部结构到外部封装两个方面进行详细设计。内部结构方面，采用模块化、层次化模块化设计原则，系统集成了包括线性阻抗稳定网络1、电流传感器2、数据采集模块3、软件无线电模块4、1553B总线通信模块5、光纤电场传感器6、激光源7、光衰减器8、主控制器模块9、电光转换模块10等模块，从而对试验现场的电源线干扰信号、接地线干扰信号、高频通信信号、航空总线信号、空间辐射信号进行检测和传输；外部封装方面，本发明按照航空电子设备的现场可更换单元进行设计，用与被测设备一样的材料和外形封装电磁干扰检测装置，其外部接口采用标准航插接口，包括电源航插11、高频信号航插12、光纤信号航插14、航空总线专用接口13等。

由以上组成结构可知，本发明能够对被试设备工作现场的各类电磁干扰信号进行采集、处理、存储、转发等，信号类型包括电源线干扰信号、接地线干扰信号、高频通信信号、航空总线信号、空间辐射的电磁信号等。下面从本发明在干扰信号检测的具体功能说明如下：

(1)电源线干扰信号检测

电源供电信号通过电源航插11进入装置内部，然后经过线性阻抗稳定网络1后为后级模块供电。其中，线性阻抗稳定网络1为被试设备电源线上的传导干扰信号提供了耦合路径，将耦合的信号传输到数据采集模块3；数据采集模块3在主控制器模块9的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理等操作；主控制器模块9可以对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块10以及光纤信号航插14将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应。

(2)接地线干扰信号检测

本发明装置采用金属外壳封装，外壳需进行接地处理。通过集成的卡钳式电流传感器2提取接地线上的干扰信号，并将信号传输到数据采集模块3；数据采集模块3在主控制器模块9的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理等操作；主控制器模块9 可以对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块10以及光纤信号航插 14将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应。

(3)高频通信信号检测

高频通信信号通过外部线缆或者天线由高频信号航插12进入装置内部，然后通过集成的软件无线电模块4对信号进行接收、转换等处理。软件无线电模块4在主控制器模块9的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理等操作；主控制器模块9可以对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块10以及光纤信号航插14将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应。

(4)航空总线信号检测

航空总线信号通过航空总线专用接口13进入装置内部，然后进入1553B总线通信模块5，从而实现1553B总线信号的收发功能，并对总线通信上的干扰信号进行检测。软件无线电模块4在主控制器模块9的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理操作；主控制器模块9可以对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块10 以及光纤信号航插14将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应。

(5)空间辐射信号检测

本发明装置集成了光纤电场传感器6作为电场测量天线，辅助以激光源7、光衰减器8从而对被试设备工作环境的空间辐射信号进行现场检测，并将检测得到的光信号通过光纤信号航插14传输到后台。其中，光纤电场传感器体积小、重量轻，便于实现复杂结构微小空间的信号检测。

由以上可知具体功能可知，本发明设计实现了一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置，其在电磁边界、无扰动测试、可重构性方面相对于传统测试装置或测试技术均有显著提高。其中，模拟真实边界是本发明思想的核心创新点，无扰动测试和可重构性是本发明具体实施过程中的辅助创新点。下面结合本发明用于电磁干扰检测的具体实施过程说明以上三个典型特征，其试验布置如图2所示。

(1)模拟真实电磁边界

传统的电磁干扰检测装置是置入被测空间中测量电磁信号，无法获取逼真度高的电磁响应，也无法从根本上消除对被测信号的扰动。本发明采用全新的替换式思路设计检测装置，用与被测设备一样的材料和外形封装电磁干扰检测装置并替代被试设备，从而模拟了真实电磁边界，也从根本上解决了测试装置扰动被测信号的问题。为了模拟实现真实电磁边界，本发明从被试航电设备个体和试验系统整体两个方面入手，设计实现了一种模拟真实边界的电磁干扰检测装置。

个体方面，本发明采用航空电子设备的现场可更换单元封装设计，装置的体积、结构、材料、接口等均模拟真实设备的封装特性，其外部接口采用标准航插接口和专用总线通信接口，主要包括电源信号航插、高频信号航插、光纤信号航插、航空总线通信接口。因此，本发明模拟了被试航电设备个体的真实边界，用于检测真实边界条件下的逼真电磁响应。

整体方面，本发明可代替被试航电设备置于电磁兼容测试现场，并还原被试设备的真实布局和布线，从而模拟真实的电磁干扰耦合路径；同时，试验现场具备真实的电磁信号发射和真实的电磁边界。因此，本发明可对被试设备工作现场的各类电磁干扰信号实现高逼真度的信号采集、处理、存储、转发等。

(2)实现无扰动测试

在保证被试设备和系统整体正常工作的前提下，本发明实现了干扰信号的无扰动检测和传输，即干扰信号的检测和传输对系统整体的功能性不会造成破坏，也不会引入新的电磁干扰，重点体现在航空总线通信信号的检测方面。本发明集成了航空总线通信专用收发模块，通过软件编程控制正常的信号收发功能，并将接收的受扰信号本地存储并对信号质量进行分析，同时将存储下来的信号以数据流的形式通过光纤传输到后级做进一步处理。

(3)采用可重构结构

本发明从检测装置个体和测试系统整体入手，在底层硬件固定的情况下，通过上层软件重构的方式实现相应功能。个体方面，本发明遵循模块化、层次化设计原则，底层硬件采用通用模块化单元，上层通过软件重构的方式来实现五类干扰信号的现场检测，并将检测到的信号通过光纤传输到后台；整体方面，本发明代替被试设备置于工作现场，担任干扰检测前端的角色，将现场检测的各类电磁干扰通过光纤传输到后台，后台的模拟器和服务器通过软件重构的方式针对前台装置的传输到达的信号做出相应的功能响应和电磁响应。比如，电源线干扰信号检测、接地线干扰信号检测、高频通信信号检测、航空总线信号检测复用了主控制器模块9、光纤信号航插模块14。

Claims (6)

1.一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置，其特征在于：包括线性阻抗稳定网络、电流传感器、数据采集模块、软件无线电模块、1553B总线通信模块、光纤电场传感器、激光源、光衰减器、主控制器模块、电光转换模块和外部接口，其中外部接口采用标准航插接口包括电源航插、高频信号航插、光纤信号航插、航空总线专用接口；所述电源航插与线性阻抗稳定网络相连，线性阻抗稳定网络的信号输出接口接入数据采集模块的输入；所述电流传感器的输入接口与接地线相连，其输出接口接入数据采集模块的输入接口；所述高频信号航插与软件无线电模块相连；所述航空总线专用接口与1553B总线通信模块相连；所述主控制器模块与数据采集模块、软件无线电模块、1553B总线通信模块、电光转换模块双向连接，并将电光转换模块的输出与光纤信号航插中的光纤相连，实现数据检测和传输的实时控制；所述激光源、光衰减器、光纤电场传感器依次单向连接，并将光纤电场传感器的输出与光纤信号航插中的光纤相连，实现空间辐射电磁场信号转换为光信号输出。

2.根据权利要求1所述的一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置，其特征在于：所述检测装置采用金属外壳封装，外壳需进行接地处理。

3.根据权利要求1所述的一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置，其特征在于：所述的电流传感器为集成的卡钳式电流传感器。

4.根据权利要求1所述的一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置，其特征在于：所述的主控制器模块采用x86计算机架构，通过主控制器模块的软件层重构，实现硬件层各个模块的实时控制，完成电磁干扰的现场检测、本地存储和转发功能。

5.根据权利要求1所述的一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测装置，其特征在于：所述检测装置的信号输出采用全光纤通信链路进行信号传输。

6.一种模拟真实边界的无扰动可重构式电磁干扰检测方法，其特征在于：包括电源线干扰信号检测、接地线干扰信号检测、高频通信信号检测、航空总线信号检测和空间辐射信号检测，其中：

(1)电源线干扰信号检测

电源供电信号通过电源航插进入，然后经过线性阻抗稳定网络后为后级模块供电，其中，线性阻抗稳定网络为被试设备电源线上的传导干扰信号提供了耦合路径，将耦合的信号传输到数据采集模块；数据采集模块在主控制器模块的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理操作；主控制器模块对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块以及光纤信号航插将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应；

(2)接地线干扰信号检测

通过电流传感器提取接地线上的干扰信号，并将信号传输到数据采集模块；数据采集模块在主控制器模块的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理操作；主控制器模块对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块以及光纤信号航插将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应；

(3)高频通信信号检测

高频通信信号通过外部线缆或者天线由高频信号航插进入，然后通过软件无线电模块（4）对信号进行接收、转换处理；软件无线电模块在主控制器模块的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理操作；主控制器模块对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块以及光纤信号航插将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应；

(4)航空总线信号检测

航空总线信号通过航空总线专用接口进入，然后进入1553B总线通信模块，从而实现1553B总线信号的收发功能，并对总线通信上的干扰信号进行检测；软件无线电模块在主控制器模块的实时控制之下，完成模数转换、数字信号处理操作；主控制器模块对现场检测的干扰信号进行本地存储，并通过电光转换模块以及光纤信号航插将现场检测的信号以数据流形式传输到后台，以便后台进一步做详细的电磁兼容分析和设备功能性响应；

(5)空间辐射信号检测

光纤电场传感器作为电场测量天线，辅助以激光源、光衰减器从而对被试设备工作环境的空间辐射信号进行现场检测，并将检测得到的光信号通过光纤信号航插传输到后台。