CN107870272A - 一种狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法：S1、选择数据采集传感器；S2、在小空间不同位置处放置数据采集传感器，构建电磁干扰快速检测硬件测试系统；S3、构建电磁干扰快速检测软件系统；S4、提取得到该条件下的电磁干扰源数目的判定结果n；S5、增加小空间下测试所用的数据采集传感器的数量；S6、判断电磁干扰源数目的判定结果n是否改变，若不变则确定电子电器设备系统内部的电磁干扰源数目为n，并得到电磁干扰混合信号，继续执行步骤S7，否则更新电磁干扰源数目的判定结果n，返回执行步骤S5；S7、采用基于峭度的固定点算法对电磁干扰混合信号进行分离提取，得到n个独立电磁干扰信号。其优点是：实现小空间下的电磁干扰检测。

Description

一种狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法

技术领域

本发明涉及电磁环境效应技术领域，具体涉及一种狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法。

背景技术

电磁兼容性(EMC)是指设备、分系统、系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的一种能力，包含两方面的含义：(1)该设备不会由于受到处于同一电磁环境中的其他设备的电磁发射导致和遭受不允许的降级；(2)也不会使同一电磁环境中其他设备(分系统、系统)因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。它是电子、电气设备或系统的一项重要的技术性能，所表征的是共存于同一电磁环境中的设备或系统相互兼容的能力，电磁兼容测试通常包含电磁干扰(EMI)测试和电磁敏感度(EMS)测试。目前电子信息系统向高集成度、高复杂性、高性能指标发展，系统工作频带增宽、设备灵敏度增高、天线数量增多、有限空间内电子设备密集等使系统电磁兼容问题更加严重，多种电磁干扰高度交叉、系统内以及系统与外部环境间干扰耦合关系复杂。

在电磁干扰测试技术方面国内外已经开展了一定的研究工作。如现有国家专利《一种电磁干扰测试方法》(专利申请号：201510439384.1)，提出对样件进行电磁干扰测试时通过设置采用探测器的先后顺序来改善测试的效率，《检测电磁干扰的方法及其系统》(专利申请号：201611051284.2)，提出一种检测民用飞机便携式电子设备电磁干扰的系统。《一种双天线的电磁干扰测试装置和系统》(专利申请号：201520225621.X)，提出了一种双天线的电磁干扰测试装置和系统，提高测试效率。

然而，当前的电磁干扰检测主要采用接收天线进行信号采集，无法完成狭小空间下的电磁干扰测试。其次，研究内容主要倾向于前期的电磁干扰检测，测试得到的信号是多个电磁干扰源的混合信号，仅仅通过频谱特征无法有效识别出所有电磁干扰源，即缺乏对后期的电磁干扰识别等数据处理技术的研究。而且针对电磁干扰的检测通常单一通道进行，缺乏一套自动控制程序来完成多通道快速检测和数据实时处理，测试效率低，特别当电磁干扰源数目较多时，需耗费大量人力和时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，实现电子电器设备系统集成度高，器件级、板级、设备级电磁干扰现象严重时，小空间下的电磁干扰检测，使得电子电器设备的故障诊断得以实现。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其特征是，包含以下步骤：

S1、选择数据采集传感器；

S2、在小空间的3个不同位置处放置数据采集传感器，并将不同位置的数据采集传感器的测试数据采集结果输入频谱仪或EMI接收机，以构建狭小空间下电磁干扰快速检测硬件测试系统；

S3、构建狭小空间下电磁干扰快速检测硬件测试系统相应的电磁干扰快速检测软件系统，完成多通道测试数据的自动化采集；

S4、采用基于二阶统计量电磁干扰源数目识别方法，通过计算测试数据所组成的联合矩阵的自相关矩阵并进行特征值分解，依据特征值的累积贡献率完成针对待测电子电器设备的电磁干扰识别的预处理，提取得到该条件下的电磁干扰源数目的判定结果n；

S5、增加小空间下测试所用的数据采集传感器的数量；

S6、判断电磁干扰源数目的判定结果n是否改变，若不变则确定电子电器设备系统内部的电磁干扰源数目为n，并得到电磁干扰混合信号，继续执行步骤S7，否则更新电磁干扰源数目的判定结果n，返回执行步骤S5；

S7、采用基于峭度的固定点算法对电磁干扰混合信号进行分离提取，得到n个独立电磁干扰信号，根据提取得到的独立电磁干扰信号的时域或频域特征识别待测电子电气设备系统对外发射的电磁干扰。

上述的狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其中：

所述的数据采集传感器为小型场强探头。

上述的狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其中，所述的电磁干扰快速检测软件系统包含：

前端电磁干扰多通道自动化测试模块，实现对不同测试通道的自动切换控制，完成测试数据采集；

后端数据处理模块，对实时输入的测试数据进行处理，以判定得到电磁干扰源的数目和独立电磁干扰信号的信息，实现对电磁干扰源的识别。

上述的狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其中，所述的步骤S3中：

采用切换开关用于多通道信号的检测。

上述的狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其中，所述的步骤S3中完成多通道测试数据的自动化采集的具体过程为：

完成单一通道下的数据采集，记录为T1；

完成其他测试通道下的数据采集，记录为T2、T3。

上述的狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其中，所述的步骤S4具体包含：

电磁干扰快速检测软件系统对T1、T2和T3进行处理，构造电磁干扰混合信号联合矩阵T＝[T1，T2，T3]，计算T的自相关矩阵并进行特征值分解，得到特征值λ1，λ2，λ3，并按照模值进行大小排列；计算前n个特征值的累积贡献率，n＝1～3，设置累积贡献率阈值为A，当n个特征值的累积贡献率达到A时，则自动判定当前状态下的电磁干扰源为n。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、实现电子电器设备系统集成度高，器件级、板级、设备级电磁干扰现象严重时，小空间下的电磁干扰检测，使得电子电器设备的故障诊断得以实现；

2、小型场强探头可以完成狭小空间下的电磁干扰检测，解决天线测试所需测试空间大的问题；

3、选用切换开关完成多通道信号采集，优化测试过程，提高测试效率；

4、通过对切换开关的控制完成对多组测试数据的自动化快速采集，简化了测试程序，可以实现在电磁干扰数目较多时的快速检测。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的实施例中的电磁干扰快速检测硬件测试系统结构示意图；

图3为本发明的实施例中的电磁干扰快速检测软件系统与电磁干扰快速检测硬件测试系统的连接关系框图；

图4为本发明的实施例中的电磁干扰源数目判定方法流程图；

图5为本发明的电磁干扰源识别方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1～3所示，本发明提出一种狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其特征是，包含以下步骤：

S1、选择数据采集传感器1；

S2、初始阶段，在小空间的3个不同位置处放置数据采集传感器1，较佳的，所述的数据采集传感器1为小型场强探头，在待测电子电气设备内部狭小空间内尽可能分散布置，并将不同位置的数据采集传感器1的测试数据采集结果输入频谱仪或EMI接收机3，以构建狭小空间下电磁干扰快速检测硬件测试系统；本实施例中，采用切换开关2用于多通道信号的检测，切换开关2有多个测试通道，可实现不同通道间的切换，场强探头与不同的测试通道一一对应连接，切换开关2与频谱仪或者EMI接收机连接，并完成测试信号的显示和分析；

S3、构建狭小空间下电磁干扰快速检测硬件测试系统相应的电磁干扰快速检测软件系统，完成多通道测试数据的自动化采集；如图3所示，所述的电磁干扰快速检测软件系统包含：前端电磁干扰多通道自动化测试模块4，实现对不同测试通道的自动切换控制，完成测试数据采集，本实施例中，其控制对象包括切换开关2和频谱仪或EMI接收机3，用于完成电磁干扰快速检测；后端数据处理模块5，对实时输入的测试数据进行处理，以判定得到电磁干扰源的数目和独立电磁干扰信号的信息，实现对电磁干扰源的识别；

S4、采用基于二阶统计量电磁干扰源数目识别方法，通过计算测试数据所组成的联合矩阵的自相关矩阵并进行特征值分解，依据特征值的累积贡献率完成针对待测电子电器设备的电磁干扰识别的预处理，提取得到该条件下的电磁干扰源数目的判定结果n；

S5、增加小空间下测试所用的数据采集传感器1的数量；

S6、判断电磁干扰源数目的判定结果n是否改变，若不变则确定电子电器设备系统内部的电磁干扰源数目为n，并得到电磁干扰混合信号，继续执行步骤S7，否则更新电磁干扰源数目的判定结果n，返回执行步骤S5；

S7、采用基于峭度的固定点算法对电磁干扰混合信号进行分离提取，得到n个独立电磁干扰信号，根据提取得到的独立电磁干扰信号的时域或频域特征识别待测电子电气设备系统对外发射的电磁干扰。

所述的步骤S3中完成多通道测试数据的自动化采集的具体过程为：

电磁干扰快速检测软件系统采用LabVIEW程序对切换开关2、频谱仪或EMI接收机3进行实时控制，将3个测试探头分别接入切换开关2的测试通道一、通道二和通道三，由控制软件实现对不同测试通道的自动化切换，完成数据采集。切换开关2与频谱仪或EMI接收机3连接，接收来自不同测试通道的采集数据。控制软件控制频谱仪或接收机3的参数设置等，分析处理后最终输入到控制计算机。此处，通道一、通道二和通道三的测试数据分别记录为T1、T2和T3。即，由软件系统的程序前端通过GPIB或LAN线控制切换开关的基本参数设置和测试通道选取，首先发动控制指令切换至通道一，由与通道一相连的场强探头完成数据采集，并将测试结果输送至频谱仪或EMI接收机，程序前端控制频谱仪或EMI接收机设置相应的测试频率、采样点等参数，之后将结果输入至控制计算机，记录场强探头1所在位置处的测试结果T1。再分别完成其他两个通道对应场强探头的数据采集，分别记录为T2，T3。

入图4所示，所述的步骤S4具体包含：

将T1、T2和T3作为输入条件读入后端数据处理模块5，电磁干扰快速检测软件系统对T1、T2和T3进行处理，构造电磁干扰混合信号联合矩阵T＝[T1，T2，T3]，计算T的自相关矩阵并进行特征值分解，得到特征值λ1，λ2，λ3能够反映源信号的能量，并按照模值进行大小排列；计算前n个特征值的累积贡献率，设置累积贡献率阈值为A，当n个特征值的累积贡献率达到A时，则自动判定当前状态下的电磁干扰源为n。

具体的，累积贡献率的计算公式为：

其中m，n分别为特征值总数和模值较大的前n个特征值，此处，m为3，n为1～3。如果前n个测试数据的累积方差贡献率足够大，达到阈值A，与此同时，前n个测试数据的累积方差贡献率未达到A，即可将电磁干扰源的数目暂时判定为n。

本实施例中，所述的步骤S6包含：

增加测试所用场强探头的数目为4，即在电子电气设备内部4个不同位置处进行数据采集，将场强探头分散布置，按照步骤1～4所述方法完成数据采集，记录为T1，T2，T3，T4，按照步骤S5的计算方法在程序后端进行数据处理。如果得到的电磁干扰源数目判定结果仍然为n，则该电子电气设备自身的电磁干扰即可确认为n，否则继续增加场强探头的数量，重复上述步骤，直至判定结果不随测试数据的增加而改变。

如图5所示，所述的步骤S7具体包含：

根据得到的电磁干扰源数目，选取峭度作为对比函数，同时采用固定点算法作为迭代优化算法，在程序后端进行极大化对比函数峭度的计算，通过线性变换使得混合测试信号的各个分量的统计独立性最大化，从而得到n个独立电磁信号，完成电磁干扰源的识别。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、选择数据采集传感器；

S2、在小空间的3个不同位置处放置数据采集传感器，并将不同位置的数据采集传感器的测试数据采集结果输入频谱仪或EMI接收机，以构建狭小空间下电磁干扰快速检测硬件测试系统；

S3、构建狭小空间下电磁干扰快速检测硬件测试系统相应的电磁干扰快速检测软件系统，完成多通道测试数据的自动化采集；

S4、采用基于二阶统计量电磁干扰源数目识别方法，通过计算测试数据所组成的联合矩阵的自相关矩阵并进行特征值分解，依据特征值的累积贡献率完成针对待测电子电器设备的电磁干扰识别的预处理，提取得到该条件下的电磁干扰源数目的判定结果n；

S5、增加小空间下测试所用的数据采集传感器的数量；

S6、判断电磁干扰源数目的判定结果n是否改变，若不变则确定电子电器设备系统内部的电磁干扰源数目为n，并得到电磁干扰混合信号，继续执行步骤S7，否则更新电磁干扰源数目的判定结果n，返回执行步骤S5；

S7、采用基于峭度的固定点算法对电磁干扰混合信号进行分离提取，得到n个独立电磁干扰信号，根据提取得到的独立电磁干扰信号的时域或频域特征识别待测电子电气设备系统对外发射的电磁干扰。

2.如权利要求1所述的狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其特征在于：

所述的数据采集传感器为小型场强探头。

3.如权利要求1所述的狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其特征在于，所述的电磁干扰快速检测软件系统包含：

前端电磁干扰多通道自动化测试模块，实现对不同测试通道的自动切换控制，完成测试数据采集；

后端数据处理模块，对实时输入的测试数据进行处理，以判定得到电磁干扰源的数目和独立电磁干扰信号的信息，实现对电磁干扰源的识别。

4.如权利要求1或3所述的狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其特征在于，所述的步骤S3中：

采用切换开关用于多通道信号的检测。

5.如权利要求1所述的狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其特征在于，所述的步骤S3中完成多通道测试数据的自动化采集的具体过程为：

完成单一通道下的数据采集，记录为T1；

完成其他测试通道下的数据采集，记录为T2、T3。

6.如权利要求5所述的狭小空间下电磁干扰快速检测与识别方法，其特征在于，所述的步骤S4具体包含：

电磁干扰快速检测软件系统对T1、T2和T3进行处理，构造电磁干扰混合信号联合矩阵T＝[T1，T2，T3]，计算T的自相关矩阵并进行特征值分解，得到特征值λ1，λ2，λ3，并按照模值进行大小排列；计算前n个特征值的累积贡献率，n＝1～3，设置累积贡献率阈值为A，当n个特征值的累积贡献率达到A时，则自动判定当前状态下的电磁干扰源为n。