CN107769866B - 一种接收机耦合功率预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种接收机耦合功率预测方法，包括以下步骤：1)发射信号预处理：提取发射信号频谱包络，并利用线性插值的方法，对频谱包络进行插值，获得具有合适频率间隔的频谱包络；2)耦合功率预测：利用发射信号带宽、接收机带宽以及接收机等效滤波器模型预测耦合信号功率值。本发明提出了一种接收机耦合功率预测方法，建立了基于频谱估计的更为准确的接收机耦合功率预测模型，解决了对具有不同带宽的发射信号耦合到接收机中的功率进行预测的难题，同时适用于宽带接收机和窄带接收机。本发明原理简洁明晰，工程实用性强。

Description

一种接收机耦合功率预测方法
技术领域
本发明涉及电磁兼容计算及干扰预测技术，尤其涉及一种接收机耦合功率预测方法。
背景技术
为了进行电磁兼容性计算和干扰分析，通常需要估计耦合到接收机的功率大小，该耦合功率与干扰阈值的关系可决定发射信号对接收机的干扰程度。监测发射信号的时域波形，通过时域信号和接收机滤波模型求取功率能够准确获得耦合信号功率，但通常发射信号波形难以采集，特别是雷达信号这类带宽相对较窄的脉冲信号，需要高采样速率和大存储容量以获取完整、无失真的脉冲。
电磁兼容性分析通常是要进行这类信号的干扰分析，因此常见的耦合功率预测方法是利用频域的方法，寻找发射信号频谱的最大值Gp与接收机工作频率在该频谱上对应功率值Gr的差值ΔG，然后发射信号功率减去ΔG则为接收机耦合功率。该方法仅适用于发射信号带宽和接收机带宽均为窄带的情况。如果发射信号带宽较宽，估计的功率差值ΔG偏小，因为Gp仅能表征窄带相对信号功率，宽带信号相对功率大于Gp。而接收机带宽较宽时，用Gr来表征相对耦合功率会导致估计的功率差值ΔG偏大。因此需要建立更为准确的接收机耦合功率预测模型，为精确电磁兼容计算和干扰分析提供手段。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种接收机耦合功率预测方法,该方法适用于宽带接收机和窄带接收机,能够对具有不同带宽的发射信号耦合到接收机中的功率进行预测。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种接收机耦合功率预测方法,包括以下步骤：
1)发射信号预处理：提取发射信号频谱包络，并利用线性插值的方法，对频谱包络进行插值，获得具有合适频率间隔的频谱包络；
2)耦合功率预测：利用发射信号带宽、接收机带宽以及接收机等效滤波器模型预测单一发射信号耦合功率值；具体如下：
获得频谱包络后，进行单一信号耦合功率预测，如下式所示。
Figure RE-GDA0001548078550000021
上式中，
fsl＝fs-SBW/2
fsr＝fs+SBW/2
frl＝fr-RBW/2
frr＝fr+RBW/2 (2)
ΔGl1＝FG(fs,fr)
ΔGl2＝FG(fs,fr+A1·RBW)
ΔGl3＝FG(fs,fr+A2·RBW)
ΔGr1＝FG(fs,fr)
ΔGr2＝FG(fs,fr-A1·RBW)
ΔGr3＝FG(fs,frl-A2·RBW) (3)
其中，fs，fr分别为发射信号和接收机中心频率；函数FG为计算两个频率在发射信号频谱对应功率的差值；SBW为发射信号带宽，RBW为接收机带宽；A1， A2分别为接收机等效滤波模型中相对于通带抑制3dB和20dB时的频带宽度系数；
按上述方案，所述步骤1)具体如下：
1.1)频谱包络提取：对频谱数据进行连续分组，寻找每组中频谱功率的极大值，记录该极大值及对应的频率，根据这组极大值及对应的频点和原始的频率序列进行插值，从而可以获得频谱包络；
1.2)频率间隔调整：若获得的频谱包络频率间隔超过预设值或者不包含需预测的接收机中心频率，则对获得的频谱包络及其对应的频率进行第二次插值，从而获得具有满足频率间隔要求的频谱包络。
按上述方案，若存在多个发射信号，接收机多信号耦合功率为预测各发射信号耦合到接收机的功率，然后进行多信号叠加求和获得。
本发明产生的有益效果是：本发明提出了一种接收机耦合功率预测方法，建立了基于频谱估计的更为准确的接收机耦合功率预测模型，解决了对具有不同带宽的发射信号耦合到接收机中的功率进行预测的难题，同时适用于宽带接收机和窄带接收机。本发明原理简洁明晰，工程实用性强。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的发射信号与接收机中心频率和带宽相对关系示意图， (a)case1,(b)case2,(c)case3,(d)case4,(e)case5,(f)case6,(g) 发射信号带内边界频率位置fsl,fsr，(h)接收机带内边界频率位置frl,frr。
图2是本发明实施例的接收机功率耦合预测性能分析模型。
图3是接收机带宽5MHz时，对于不同发射信号带宽采用不同方案对接收机耦合功率估计结果比较示意图。
图4是发射信号带宽5MHz时，对于不同接收机带宽采用不同方案对接收机耦合功率估计结果比较示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种接收机耦合功率预测方法,包括以下步骤：
1、发射信号预处理
通常频谱仪采集到的脉冲信号频谱因为信号特征或累积时间的原因，可能会有一些频点对应的功率值与周围频点对应的功率值差别较大，而接收机耦合信号通常会覆盖一定的带宽，因此基于频谱的耦合功率预测的方法中，首先需要对发射信号频谱进行预处理。预处理过程包含两个步骤如下：
1)频谱包络提取，对频谱数据进行连续分组，寻找每组中频谱功率的极大值，记录该极大值及对应的频率。根据这组极大值及对应的频点和原始的频率序列进行插值，从而可以获得频谱包络。
2)若获得的频谱包络频率间隔较大或者不包含需预测的接收机中心频率，则需对获得的频谱包络及其对应的频率进行第二次插值，从而获得具有合适频率间隔的频谱包络，以提高接收机功率耦合的预测准确度。
2、耦合功率预测
获得频谱包络后，进行单一发射信号耦合功率预测，如下式所示。
Figure RE-GDA0001548078550000061
上式中，
fsl＝fs-SBW/2
fsr＝fs+SBW/2
frl＝fr-RBW/2
frr＝fr+RBW/2 (2)
ΔGl1＝FG(fs,fr)
ΔGl2＝FG(fs,fr+A1·RBW)
ΔGl3＝FG(fs,fr+A2·RBW)
ΔGr1＝FG(fs,fr)
ΔGr2＝FG(fs,fr-A1·RBW)
ΔGr3＝FG(fs,frl-A2·RBW) (3)
其中，fs，fr分别为发射信号和接收机中心频率。函数FG为计算两个频率在发射信号频谱对应功率的差值。SBW,RBW分别为发射信号带宽和接收机带宽。 A1，A2分别为接收机等效滤波模型中相对于通带抑制3dB和20dB时的频带宽度系数，通常可选取A1＝0.5，A2＝0.7。如要进一步增加预测的准确度，可在等效滤波模型过渡带中增加取样点数，即系数增加为A1，A2，…，An，通过测试数据调整目标接收机的A1，A2，…，An系数及对应的功率修正值，以获得更为准确的耦合功率预测公式。公式(1)中case1-case6不同情况下发射信号与接收机带宽边界频率关系如图1(a)-(f)所示。fsl和fsr、frl和frr分别为发射信号和接收机带宽的边界频率，如图1(g)和(h)所示。
3、多信号叠加
如果接收机所处的环境较为复杂，对于接收机受扰分析时，需要分析多个干扰源对接收机的干扰情况。
(1)如果能获得多个干扰源在接收机之前形成的频谱，则利用前面部分提到的单一接收机耦合功率预测方法进行预测即可。
(2)如果仅能获得多个干扰源各自的频谱数据，则分别预测各发射信号耦合到接收机的功率，然后进行多信号叠加求和，从而近似获得多信号耦合功率。
以下说明本发明方法的效果：
针对本发明提出的方案，构建的仿真分析模型如图2所示。发射信号调制方式为线性调频，中心频率为50MHz。接收机等效滤波器为带通滤波器，阻带抑制60dB。发射信号功率和通过接收机后耦合信号功率通过时域方式计算如下：
Ps＝[rms(s(t))]2
Pr＝[rms(Fbp*s(t))]2 (4)
其中，rms代表均方根值，Fbp为带通滤波器时域脉冲响应，s(t)为线性调频信号。
传统的不考虑发射信号和接收机带宽的基于频域的功率耦合预测方法为ΔG＝FG(fs,fr)，即将发射信号和接收机带宽中心频率对应的功率差值当作发射信号功率与耦合信号功率差值。
本发明比较了三种不同的基于频域的功率耦合预测方案，方案一将ΔG＝FG(fs,fr)替代公式(1)中case5和case6的预测表达式，方案二将ΔG＝FG(fs,fr)替代公式(1)中case6的预测表达式，方案三为利用本发明提出的公式(1)进行预测。三种方案均预测耦合功率与发射功率的差值。该预测值与基于时域方案获得的收发信号差值的偏差绝对值比较如图3至4所示。
图3(a)至(c)为接收机带宽设定为5MHz时，对于不同发射信号带宽采用不同方案对接收机耦合功率估计结果比较。图中横轴为发射信号带宽，变化范围由5MHz到100MHz，纵轴为接收机中心频率相对于发射信号中心频率的偏移与发射信号带宽的比例，适用于发射信号带宽接近到远大于接收机带宽的情况。从图3(c)可以看到，采用方案三后，预测的最大偏差为3dB，远小于采用方案一和方案二时18dB的最大预测偏差。对比图3(a)和(b),当接收机中心频率偏移比例在0.45-0.52附近时，即属于图1(e)描述的情况，方案二因为采用了公式(1)中case5的预测公式，预测结果明显优于方案一。对比图3(c) 和(a)、(b),当接收机中心频率偏移比例大于0.52时，即属于图1(f)描述的情况，方案三因为采用了公式(1)中case6的预测公式，预测结果明显优于方案一和二。
图4(a)-(c)为发射信号带宽设定为5MHz时，对于不同接收机带宽采用不同方案对接收机耦合功率估计结果比较。图中横轴为接收机带宽，变化范围由5MHz到45MHz，纵轴为接收机中心频率相对于发射信号中心频率的偏移与接收机带宽的比例，适用于接收机带宽接近到远大于发射信号带宽的情况。从图4 (c)可以看到，采用方案三后，预测的最大偏差为3.5dB，明显小于采用方案一和方案二时8dB的最大预测偏差。对比图4(a)和(b),当接收机中心频率偏移比例在1-2附近时，即属于图1(e)描述的情况，方案二因为采用了公式 (1)中case5的预测公式，预测结果明显优于方案一。对比图4(c)和(a)、 (b),当接收机中心频率偏移比例大于2时，即属于图1(f)描述的情况，方案三因为采用了公式(1)中case6的预测公式，预测结果明显优于方案一和二。
图3与图4的结果比较可看到，接收机带宽和发射信号相比无论是接近还是差别较大，相比于传统的ΔG＝FG(fs,fr)，本发明提出的分段预测公式在预测功率偏差均方根值和最大值两个方面均优于传统的方案，因此能有效提高接收机在不同接收带宽下基于频谱的耦合功率预测准确度。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种接收机耦合功率预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)发射信号预处理：提取发射信号频谱包络，并利用线性插值的方法，对频谱包络进行插值，获得具有合适频率间隔的频谱包络；
所述步骤1)具体如下：
1.1)频谱包络提取：对频谱数据进行连续分组，寻找每组中频谱功率的极大值，记录该极大值及对应的频率，根据这组极大值及对应的频点和原始的频率序列进行插值，从而可以获得频谱包络；
1.2)频率间隔调整：若获得的频谱包络频率间隔超过预设值或者不包含需预测的接收机中心频率，则对获得的频谱包络及其对应的频率进行第二次插值，从而获得具有满足频率间隔要求的频谱包络；
2)耦合功率预测：利用发射信号带宽、接收机带宽以及接收机等效滤波器模型预测单一发射信号耦合功率值；
具体如下：
获得频谱包络后，进行单一信号耦合功率预测，如下式所示：
Figure FDA0002618984580000021
上式中，
fsl＝fs-SBW/2
fsr＝fs+SBW/2
frl＝fr-RBW/2
frr＝fr+RBW/2 (2)
ΔGl1＝FG(fs,fr)
ΔGl2＝FG(fs,fr+A1·RBW)
ΔGl3＝FG(fs,fr+A2·RBW)
ΔGr1＝FG(fs,fr)
ΔGr2＝FG(fs,fr-A1·RBW)
ΔGr3＝FG(fs,frl-A2·RBW) (3)
其中，fs，fr分别为发射信号和接收机中心频率；函数FG为计算两个频率在发射信号频谱对应功率的差值；SBW为发射信号带宽，RBW为接收机带宽；A1，A2分别为接收机等效滤波模型中相对于通带抑制3dB和20dB时的频带宽度系数。
2.根据权利要求1所述的接收机耦合功率预测方法，其特征在于，若存在多个发射信号，接收机多信号耦合功率为预测各发射信号耦合到接收机的功率，然后进行多信号叠加求和获得。
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