CN108508290B - 一种噪声故障模拟方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种噪声故障模拟方法及装置，所述方法包括获得噪声故障模拟指令，并生成对应于所述噪声故障模拟指令的噪声信号，获得信源设备的模拟量信号；利用所述噪声信号对所述模拟量信号进行干扰处理；向信宿设备输出干扰结果信号。由此可见，本申请提供了一种根据噪声故障模拟指令自动进行噪声故障模拟的实现方案，利用本申请方案无需以手动接入故障的方式进行噪声故障模拟，从而，能够克服现有的手动方式存在的各种问题，使得噪声故障模拟的效率高且由于以自动方式进行噪声故障模拟过程中的时间控制，从而能够使得噪声模拟试验具有较高的可重复性。

Description

一种噪声故障模拟方法及装置

技术领域

本申请属于模拟量噪声故障注入领域，尤其涉及一种噪声故障模拟方法及装置。

背景技术

模拟量信号在轨道交通领域应用十分广泛，如在机车司控台、线路传感器等场所均具有较普遍的应用。然而，该类场所的电磁环境较为复杂，易导致在模拟量信号输出端、传输线路或接收端出现噪声叠加现象，例如，电噪声具体通过传导或辐射等方式，在模拟量信号的输出端、传输线路或接收端与模拟量信号发生叠加等，从而会使得列车系统出现不同程度的噪声干扰，甚至会对整个列车系统的运行构成威胁。

因此，针对具有模拟量信号的列车设备，在研制阶段，需进行单设备/多设备模拟量信号的抗噪声试验，以使得为单设备/多设备集成的容错设计、可靠性设计的评估、验证提供依据。而单设备/多设备模拟量信号的抗噪声试验需要以噪声故障模拟为前提，目前，普遍采用手动向模拟量信号的线路中接入故障的方式，实现噪声故障的模拟。该方式由于基于人工手动操作，从而不可避免地具有不便于展开噪声故障模拟试验、效率低且人工工作量大等缺点，且由于在手动实现故障模拟时，具体是基于人工手动操作来进行模拟过程中的时间控制，从而试验的可重复性差。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种噪声故障模拟方法及装置，以用于克服现有技术中在进行噪声故障模拟时，因采用手动接入故障的方式而导致存在的上述各种问题。

为此，本申请公开如下技术方案：

一种噪声故障模拟方法，包括：

获得噪声故障模拟指令，并生成对应于所述噪声故障模拟指令的噪声信号；

获得信源设备的模拟量信号；

利用所述噪声信号对所述模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号；

向信宿设备输出所述干扰结果信号。

上述方法，可选地，所述噪声故障模拟指令包括多个噪声生成指令，且多个所述噪声生成指令分别对应不同的噪声类型；

生成对应于所述噪声故障模拟指令的噪声信号，包括：

生成信号类型与多个所述噪声生成指令一一对应的所述噪声信号。

上述方法，可选地，所述噪声故障模拟指令还包括噪声干扰方式，利用所述噪声信号对所述模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号，包括：

对所述噪声信号及所述模拟量信号进行叠加处理，得到叠加信号；

基于所述叠加信号、所述噪声信号，生成与所述噪声干扰方式相对应的第一信号及第二信号，所述第一信号及所述第二信号构成所述干扰结果信号；

其中，所述第一信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的信号线信号，所述第二信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的地线信号。

上述方法，可选地，所述噪声信号为数字信号，对所述噪声信号及所述模拟量信号进行叠加处理得到叠加信号，包括：

利用模数转换器对所述模拟量信号进行模数转换处理，得到数字信号形式的信源设备信号；

将数字信号形式的所述噪声信号叠加于数字信号形式的所述信源设备信号，得到数字信号形式的所述叠加信号。

上述方法，可选地，所述第一信号及所述第二信号为数字信号；

向信宿设备输出所述干扰结果信号，包括：

利用第一数模转换器对所述第一信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的所述第一信号；利用第二数模转换器对所述第二信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的所述第二信号；

利用第一运算放大器对模拟信号形式的所述第一信号进行运放处理，得到运放处理后的所述第一信号；利用第二运算放大器对模拟信号形式的所述第二信号进行运放处理，得到运放处理后的所述第二信号；

将运放处理后的所述第一信号及运放处理后的所述第二信号输出至信宿设备。

一种噪声故障模拟装置，包括：模拟量采集模块、模拟量输出模块和主控模块；其中，所述主控模块分别与所述模拟量采集模块和所述模拟量输出模块连接，在进行噪声故障模拟时，所述模拟量采集模块和信源设备连接，所述模拟量输出模块和信宿设备连接；

所述模拟量采集模块，用于在所述主控模块的控制下采集信源设备的模拟量信号；

所述主控模块，用于获得噪声故障模拟指令，并执行以下处理操作以响应所述噪声故障模拟指令：

生成对应于所述噪声故障模拟指令的噪声信号；利用所述噪声信号对所述模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号；控制所述模拟量输出模块向信宿设备输出所述干扰结果信号。

上述装置，可选地，所述噪声故障模拟指令包括多个噪声生成指令，且多个所述噪声生成指令分别对应不同的噪声类型；所述主控模块生成对应于所述噪声故障模拟指令的噪声信号，具体包括：

生成信号类型与多个所述噪声生成指令一一对应的所述噪声信号。

上述装置，可选地，所述噪声故障模拟指令还包括噪声干扰方式；所述主控模块利用所述噪声信号对所述模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号，具体包括：

对所述噪声信号及所述模拟量信号进行叠加处理，得到叠加信号；

基于所述叠加信号、所述噪声信号，生成与所述噪声干扰方式相对应的第一信号及第二信号，所述第一信号及所述第二信号构成所述干扰结果信号；

其中，所述第一信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的信号线信号，所述第二信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的地线信号。

上述装置，可选地，所述噪声信号为数字信号，所述模拟量采集模块包括模数转换器；所述主控模块对所述噪声信号及所述模拟量信号进行叠加处理得到叠加信号，具体包括：

控制所述模拟量采集模块利用所述模数转换器对所述模拟量信号进行模数转换处理，得到数字信号形式的信源设备信号；

将数字信号形式的所述噪声信号叠加于数字信号形式的所述信源设备信号，得到数字信号形式的所述叠加信号。

上述装置，可选地，所述第一信号及所述第二信号为数字信号，所述模拟量输出模块包括第一模数转换器、第二模数转换器、第一运算放大器和第二运算放大器；所述模拟量输出模块向信宿设备输出所述干扰结果信号，具体包括：

利用第一数模转换器对所述第一信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的所述第一信号；利用第二数模转换器对所述第二信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的所述第二信号；

利用第一运算放大器对模拟信号形式的所述第一信号进行运放处理，得到运放处理后的所述第一信号；利用第二运算放大器对模拟信号形式的所述第二信号进行运放处理，得到运放处理后的所述第二信号；

将运放处理后的所述第一信号及运放处理后的所述第二信号输出至信宿设备。

由以上方案可知，本申请提供了一种噪声故障模拟方法及装置，所述方法包括获得噪声故障模拟指令，并生成对应于所述噪声故障模拟指令的噪声信号，获得信源设备的模拟量信号；利用所述噪声信号对所述模拟量信号进行干扰处理；向信宿设备输出干扰结果信号。由此可见，本申请提供了一种根据噪声故障模拟指令自动进行噪声故障模拟的实现方案，利用本申请方案无需以手动接入故障的方式进行噪声故障模拟，从而，能够克服现有的手动方式存在的各种问题，使得噪声故障模拟的效率高且由于以自动方式进行噪声故障模拟过程中的时间控制，从而能够使得噪声模拟试验具有较高的可重复性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种噪声故障模拟方法的流程图；

图2是本申请实施例提供的另一种噪声故障模拟方法的流程图；

图3是本申请实施例提供的又一种噪声故障模拟方法的流程图；

图4是本申请实施例提供的噪声故障模拟装置的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一应用实例中噪声故障模拟装置的实施结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种噪声故障模拟方法，旨在至少根据噪声故障模拟指令实现自动的噪声故障模拟过程，参考图1示出的噪声故障模拟方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤101、获得噪声故障模拟指令，并生成对应于噪声故障模拟指令的噪声信号。

该噪声故障模拟指令可以是本地指令，或者还可以是通过以太网等网络方式接收的远程指令，具体地，比如可以是本地上位机指令或远程上位机指令等，本实施例对该噪声故障模拟指令的本地/远程类型不作限定。

在获得本地或远程的噪声故障模拟指令后，可通过解析该噪声故障模拟指令，来获知该噪声故障模拟指令的具体内容，一般来说，该噪声故障模拟指令中可以包括但不限于噪声生成指令、噪声干扰方式等信息。其中，噪声故障模拟指令中包括的噪声生成指令与相应的噪声类型相对应，用于指示生成相应噪声类型的噪声信号。

噪声故障模拟指令中包括的噪声生成指令可以为一个，该一个噪声生成指令对应的噪声类型可以是正弦噪声、方波噪声、三角波噪声、白噪声等各种类型中的任意之一，噪声故障模拟指令中包括的噪声干扰方式可以是差模噪声、共模噪声、周期性噪声和持续噪声等各种干扰方式中的任意之一。

在实施本申请时，本地或远程上位机可根据实际的噪声故障模拟需求，来确定所需的噪声类型及噪声干扰方式等信息，并进而根据所确定的噪声类型及噪声干扰方式等来进行噪声故障模拟指令的生成及下发。

在实际的噪声故障中，所产生的噪声往往是不规则噪声，鉴于此，噪声故障模拟指令中包括的噪声生成指令还可以是多个，其中，多个噪声生成指令分别对应不同的噪声类型，且每个噪声生成指令用于指示生成相应噪声类型的噪声信号。从而，针对噪声故障模拟指令包括多个噪声生成指令的情况，最终生成的各噪声信号的噪声类型可以是正弦噪声、方波噪声、三角波噪声、白噪声等各种类型中的任意组合，以使得后续能够通过融合多种不同类型的噪声来获得所需的不规则噪声。

其中，对多种类型的噪声信号进行融合时所采用的融合方式/融合规则可由噪声故障模拟指令提供，也就是说，在噪声故障模拟指令包括多个噪声生成指令的情况下，噪声故障模拟指令还可以包括用于对多种类型的噪声信号进行融合的融合方式/融合规则。

在获得噪声故障模拟指令后，需响应该噪声故障模拟指令，本实施例中获得的噪声故障模拟指令本质上是指通过模拟的噪声，来对信源设备的模拟量信号进行噪声干扰，以使得信宿设备所接收到的信号为经过噪声干扰后的模拟量信号(后续可以根据信宿设备的抗噪声处理情况来评估信宿设备的抗噪声能力)。鉴于此，本步骤在响应所获得的噪声故障模拟指令时，需生成对应于噪声故障模拟指令的噪声信号，以使得为后续对信源设备的模拟量信号进行噪声干扰处理提供支持。

其中，生成对应于噪声故障模拟指令的噪声信号，具体是指生成与噪声故障模拟指令中的噪声生成指令指示的噪声类型相对应的噪声信号，比如，假设噪声故障模拟指令中仅包括一个噪声生成指令，则可根据该一个噪声生成指令指示的噪声类型，利用相应的噪声算法生成单一的正弦噪声或三角波噪声等类型的噪声信号；假设噪声故障模拟指令中包括多个噪声生成指令，，则可根据多个噪声生成指令指示的多种噪声类型，相应生成与多种噪声类型相对应的多种噪声信号。

步骤102、获得信源设备的模拟量信号。

需要说明的是，在实际应用中，步骤101与步骤102可以是并行的，也可以是串行的。且在串行时，两个步骤101和步骤102的先后顺序可以调整，即步骤101可以位于步骤102之前，步骤102也可以位于步骤101之前。

信源设备可以是列车等系统中的各类传感器设备，信宿设备则可以是用于接收信源设备的模拟量信号并对接收的模拟量信号进行相关处理的设备。

除此之外，实际应用中，在获得噪声故障模拟指令并响应该噪声故障模拟指令时，还可以向发出该噪声故障模拟指令的设备如本地或远程上位机等发送一反馈信息，以方便本地或远程上位机等指令发出设备及时获知其发出的噪声故障模拟指令是否被正常响应。

步骤103、利用生成的噪声信号对模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号。

其中，利用生成的噪声信号对模拟量信号进行干扰处理，具体地，比如可以包括将噪声信号叠加于模拟量信号，以使得对模拟量信号产生噪声干扰等。若生成的噪声信号为单一类型的噪声信号，如单一的正弦噪声信号或单一的三角波噪声信号等，则将单一类型的噪声信号叠加于模拟量信号；若生成的噪声信号为多种类型的噪声信号，则将对多种类型的噪声信号融合后所得的不规则噪声信号叠加于模拟量信号。

步骤104、向信宿设备输出干扰结果信号。

在利用生成的噪声信号对模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号后，可将干扰结果信号输出至信宿设备，也就是说，对于信宿设备来说，其接收到的信号为对信源设备发出的模拟量信号进行干扰处理后得到的信号，而非信源设备发出的原始模拟量信号。至此，本申请实现了根据噪声故障模拟指令来自动进行噪声故障模拟的处理过程。

后续，可根据信宿设备对接收的干扰结果信号的抗噪声处理情况，来评估信宿设备的抗噪声能力，进而为列车等系统中设备集成的容错设计、可靠性设计的评估、验证提供依据。

由以上方案可知，本申请提供的噪声故障模拟方法，包括在获得噪声故障模拟指令时，并生成对应于噪声故障模拟指令的噪声信号，获得信源设备的模拟量信号；利用生成的噪声信号对模拟量信号进行干扰处理；向信宿设备输出干扰结果信号。由此可见，本申请提供了一种根据噪声故障模拟指令自动进行噪声故障模拟的实现方案，利用本申请方案无需以手动接入故障的方式进行噪声故障模拟，从而，能够克服现有的手动方式存在的各种问题，使得噪声故障模拟的效率高且由于以自动方式进行噪声故障模拟过程中的时间控制，从而能够使得噪声模拟试验具有较高的可重复性。

本申请实施例接下来对噪声故障模拟方法中步骤103(利用生成的噪声信号对模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号)的实现过程进行详细阐述，参考图2示出的噪声故障模拟方法的另一种流程图，步骤103可以通过以下的处理过程实现：

步骤1031、对生成的噪声信号及模拟量信号进行叠加处理，得到叠加信号。

具体地，可将噪声信号，如利用相应噪声算法生成的正弦噪声信号、方波噪声信号、三角波噪声信号或白噪声信号等单一噪声信号，或多种类型的噪声信号融合后所得的不规则噪声信号，叠加于模拟量信号，进而得到模拟量信号与噪声信号这两者的叠加信号(或者也可称之为合成信号)。

例如，假设信源设备原始输出的是3V的模拟量信号，且假设根据噪声算法模拟生成了1V的噪声信号，则在将1V的噪声信号与3V的模拟量信号叠加后可得到4V的叠加信号。

步骤1032、基于叠加信号、噪声信号，生成与噪声干扰方式相对应的第一信号及第二信号，第一信号及所述第二信号构成干扰结果信号；其中，第一信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的信号线信号，第二信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的地线信号。

在获得信源设备的模拟量信号与噪声信号的叠加信号之后，可基于叠加信号、噪声信号，生成最终的与噪声故障模拟指令所指示的噪声干扰方式相对应的干扰结果信号。

由于实际应用场景中，在信源设备与信宿设备之间一般连接有信号线及地线两条连接线，因此，本实施例中，干扰结果信号具体由两路信号即第一信号和第二信号构成，其中，如上文所述，第一信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的信号线信号，第二信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的地线信号。

第一信号、第二信号的信号值需视噪声故障模拟指令所指示的噪声干扰方式而定。具体地，若噪声故障模拟指令所指示的噪声干扰方式为共模噪声干扰方式，由于共模噪声的特点是在信号线及地线上同时叠加有大小相同的噪声(信号线上的原始信号为信源设备发出的模拟量信号，地线上原始状态无信号或为0V信号)，从而，此种情况下，第一信号的信号值即为叠加信号的信号值，第二信号的信号值即为噪声信号的信号值，因此，可直接将信号叠加处理后所得的叠加信号作为第一信号输出，将噪声信号作为第二信号输出。仍以信源设备原始输出的是3V的模拟量信号，且根据噪声算法模拟生成了1V的噪声信号为例，则在噪声故障模拟指令所指示的噪声干扰方式为共模噪声时，可生成4V的第一信号以及1V的第二信号。

若噪声故障模拟指令所指示的噪声干扰方式为差模噪声干扰方式，由于差模噪声的特点是仅在信号线上叠加有噪声，从而，第一信号的信号值即为叠加信号的信号值，第二信号的信号值为0V，因此，可直接将信号叠加处理后所得的叠加信号作为第一信号输出，而第二信号则为0V。

若噪声故障模拟指令所指示的噪声干扰方式为周期性噪声干扰方式，则当周期性噪声为周期性的共模噪声时，可在每个噪声周期的噪声使能期间，将信号叠加处理后所得的叠加信号作为第一信号输出，将噪声信号作为第二信号输出；而在每个噪声周期的噪声间歇期间，则将信源设备输出的模拟量信号作为第一信号输出，第二信号则为0V。反之，当周期性噪声为周期性的差模噪声时，可在每个噪声周期的噪声使能期间，将信号叠加处理后所得的叠加信号作为第一信号输出，第二信号则为0V，而在每个噪声周期的噪声间歇期间，则将信源设备输出的模拟量信号作为第一信号输出，第二信号则为0V。

这里，需要说明的是，现有技术中，在采用手动向模拟量信号的线路中接入故障的方式，实现噪声故障的模拟时，具体是向信源设备与信宿设备之间的实际信号线上注入噪声信号，以此实现信源设备的模拟量信号与噪声信号的叠加，而由于信源设备与信宿设备之间的地线上的信号为0V，且难以人工注入噪声信号，从而现有技术的人工注入噪声的噪声模拟方式仅能实现差模噪声的模拟，无法实现共模噪声模拟。

而本申请中，由于具体采用生成额外的两路信号即第一信号、第二信号的方式，来分别模拟发生噪声干扰的情况下信源设备与信宿设备之间的信号线、地线这两条连接线上的信号情况，从而能够成功模拟各种干扰方式的噪声故障，克服了现有技术无法模拟共模噪声的问题。

接下来，本申请实施例继续提供步骤1031(对生成的噪声信号及模拟量信号进行叠加处理)的一种可能的详细实现方式，本实施例中，根据相应噪声算法生成的所述噪声信号具体为数字信号，在此基础上，参考图3示出的噪声故障模拟方法的又一种流程图，本实施例中，步骤1031可以通过以下的处理过程实现：

步骤301、利用模数转换器对模拟量信号进行模数转换处理，得到数字信号形式的信源设备信号。

进行模数转换处理时，所使用的模数转换器可采用但不限于高速AD(Analog/Digital，模拟/数字)芯片实现。从而本步骤中，具体可控制高速AD芯片来采集信源设备发出的模拟量信号，并对其进行模数转换处理，以此得到数字信号形式的信源设备信号。其中，从信源设备采集的模拟量信号为模拟信号形式的信源设备信号。

步骤302、将数字信号形式的噪声信号叠加于数字信号形式的信源设备信号，得到数字信号形式的叠加信号。

在以上步骤的基础上，本步骤中，具体可将数字信号形式的噪声信号与数字信号形式的信源设备信号进行叠加，从而得到数字信号形式的叠加信号。

之后，可基于数字信号形式的叠加信号、噪声信号，生成与噪声故障模拟指令所指示的噪声干扰方式相对应的干扰结果信号，且干扰结果信号中包括的第一信号及第二信号同样为数字信号。

在此基础上，参考图3，步骤104(向信宿设备输出干扰结果信号)可以通过以下的处理过程实现：

步骤1041、利用第一数模转换器对第一信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的第一信号；利用第二数模转换器对第二信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的第二信号。

由于信宿设备能够接收模拟信号形式的信号，而第一信号、第二信号均为数字信号形式，从而在向信宿设备输出包含第一信号、第二信号的干扰结果信号时，还需将干扰结果信号由数字信号形式转换为模拟信号形式。

本实施例中，具体采用第一数模转换器将数字信号形式的第一信号转换为模拟信号形式的第一信号，采用第二数模转换器将数字信号形式的第二信号转换为模拟信号形式的第二信号。

其中，第一数模转换器、第二数模转换器可采用两个DA(Digital/Analog，数字/模拟)芯片实现，例如采用第一DA芯片DA1实现第一数模转换器，采用第二DA芯片DA2实现第二数模转换器等。

步骤1042、利用第一运算放大器对模拟信号形式的第一信号进行运放处理，得到运放处理后的第一信号；利用第二运算放大器对模拟信号形式的第二信号进行运放处理，得到运放处理后的第二信号。

在将第一信号、第二信号由数字信号形式转换为模拟信号形式后，为了避免转换所得的模拟信号形式的第一信号、第二信号的信号强度太弱，本实施例继续利用运算放大器对第一信号、第二信号进行运放处理。

其中，运放处理后的第一信号为模拟信号形式，运放处理后的第二信号同样为模拟信号形式。

具体地，可采用两个运算放大器即第一运算放大器、第二运算放大器，来分别对两路信号中的第一信号、第二信号进行运放处理。

步骤1043、将运放处理后的第一信号及运放处理后的第二信号输出至信宿设备。

在对第一信号、第二信号进行运放处理后，最终可将运放处理后的第一信号及第二信号输出至信宿设备，后续，可根据信宿设备对接收的第一信号、第二信号的抗噪声处理情况，来评估信宿设备的抗噪声能力。

这里，需要说明的是，现有技术中在采用手动向模拟量信号的线路中接入故障的方式，实现噪声故障的模拟时，通常是手动将用于模拟噪声的信号发生器，通过电容耦合到信源设备与信宿设备之间的线路(信号线)上，以此实现向该线路注入噪声故障，然而，电容耦合噪声方式受线路特性影响较大，在被注入线路的阻抗、容抗和感抗不同的情况下，因耦合使用的电容与线路特性阻抗(由线路阻抗和感抗、容抗耦合而成)产生分压，其噪声耦合结果会产生不同结果，从而会出现波形畸变、幅值降低等现象，最终导致噪声模拟不理想。

与现有技术相区别，本实施例则是采用运算放大器将运放加强后的干扰结果信号接入至信宿设备，由于运算放大器的阻抗较低，在线路中不会产生分压或产生的分压可以忽略，从而本实施例的方案解决了现有技术在采用电容耦合方式进行噪声注入时存在的上述问题，在利用本实施例方案进行噪声模拟时，不易受线路特性影响，能够有效提高噪声指标的准确性。

本申请实施例同时提供一种噪声故障模拟装置，参考图4示出的噪声故障模拟装置的结构示意图，该装置包括：模拟量采集模块100、模拟量输出模块200和主控模块300；其中，主控模块300分别与模拟量采集模块100和模拟量输出模块200连接，在进行噪声故障模拟时，模拟量采集模块100和信源设备连接，模拟量输出模块200和信宿设备连接。

模拟量采集模块100，用于在主控模块300的控制下采集信源设备的模拟量信号；

主控模块300，用于获得噪声故障模拟指令，并执行以下处理操作以响应噪声故障模拟指令：

生成对应于噪声故障模拟指令的噪声信号；利用生成的噪声信号对模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号；控制模拟量输出模块向信宿设备输出干扰结果信号。

在本申请实施例的一实施方式中，噪声故障模拟指令包括多个噪声生成指令，且多个噪声生成指令分别对应不同的噪声类型；主控模块300生成对应于噪声故障模拟指令的噪声信号，具体包括：生成信号类型与多个噪声生成指令一一对应的噪声信号。

在本申请实施例的一实施方式中，噪声故障模拟指令还包括噪声干扰方式；主控模块300利用生成的噪声信号对模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号，具体包括：

对生成的噪声信号及模拟量信号进行叠加处理，得到叠加信号；基于叠加信号、噪声信号，生成与噪声干扰方式相对应的第一信号及第二信号，第一信号及第二信号构成干扰结果信号；其中，第一信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的信号线信号，第二信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的地线信号。

在本申请实施例的一实施方式中，噪声信号为数字信号，模拟量采集模块100包括模数转换器；主控模块300对生成的噪声信号及模拟量信号进行叠加处理得到叠加信号，具体包括：

控制模拟量采集模块利用模数转换器对模拟量信号进行模数转换处理，得到数字信号形式的信源设备信号；将数字信号形式的噪声信号叠加于数字信号形式的信源设备信号，得到数字信号形式的叠加信号。

在本申请实施例的一实施方式中，第一信号及第二信号为数字信号，模拟量输出模块200包括第一模数转换器、第二模数转换器、第一运算放大器和第二运算放大器；模拟量输出模块200向信宿设备输出干扰结果信号，具体包括：

利用第一数模转换器对第一信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的第一信号；利用第二数模转换器对第二信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的第二信号；利用第一运算放大器对模拟信号形式的第一信号进行运放处理，得到运放处理后的第一信号；利用第二运算放大器对模拟信号形式的第二信号进行运放处理，得到运放处理后的第二信号；将运放处理后的第一信号及运放处理后的第二信号输出至信宿设备。

以下提供本申请的噪声故障模拟装置的一具体应用实例，参考图5，图5示出了本申请的噪声故障模拟装置的一示例性的实施结构图。在该示例中，噪声故障模拟装置包括模拟量采集模块100、模拟量输出模块200、主控模块300以及通讯接口模块400。

如图5所示，主控模块300可以通过其包括的指令接收单元、采集控制单元、噪声算法单元、叠加计算单元、输出控制单元来实现其各部分功能。

其中，指令接收单元可以通过通讯接口模块400接收本地或远程的噪声故障模拟指令；当噪声故障模拟指令为远程指令时，通讯接口模块400可以由以太网收发协议芯片构成，并提供上位机指令接收、指令应答的物理通道，以实现数据传输。

采集控制单元控制模拟量采集模块100采集信源设备的模拟量信号，并由该模拟量采集模块100通过AD芯片将采集的模拟量信号转换为数字信号形式，从而得到数字信号形式的信源设备信号；噪声算法单元根据指令接收单元接收的噪声故障模拟指令生成所需类型的噪声信号；在此基础上，叠加计算单元将数字信号形式的信源设备信号以及数字信号形式的噪声信号进行叠加处理，得到叠加信号；之后，信号输出单元，基于叠加处理后得到的叠加信号及噪声信号，生成与噪声故障模拟指令所指示的噪声干扰方式相对应的干扰结果信号并输出。

该干扰结果信号包括两路信号：用于模拟信号线信号的第一信号以及用于模拟地线信号的第二信号。其中，主控模块300中的输出控制单元将第一信号输出至模拟量输出模块200中的芯片DA1(对应第一数模转换器)，第一信号经由该芯片DA1的数模转换后，继续由运放芯片OP1(对应第一运算放大器)将所得的模拟信号形式的第一信号进行运放处理，最终将运放处理后的第一信号输出至信宿设备；与此同时，主控模块300中的输出控制单元将第二信号输出至模拟量输出模块200中的芯片DA2(对应第二数模转换器)，第二信号经由该芯片DA2的数模转换后，继续由运放芯片OP2(对应第二运算放大器)将所得的模拟信号形式的第二信号进行运放处理，最终将运放处理后的第二信号输出至信宿设备，以此实现了噪声故障的模拟过程。后续，可根据信宿设备对接收的第一信号、第二信号的抗噪声处理情况，来评估信宿设备的抗噪声能力。其中OP为Operational Amplifier的英文简称。

在实际实施本申请方案时，可采用FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)来实现主控模块300的功能，较之传统MCU仅能按照既定程序代码逐条执行的方式(即串行方式)而言，由于FPGA具备多进程并行执行的特性，各个进程完全独立，从而本实施例在采用FPGA来实现主控模块300的功能时，可采用并行方式实现其相关处理过程，比如具体可以为主控模块300提供的“控制采集信源设备模拟量信号”以及“利用噪声算法生成噪声信号”这两个处理过程分别开设一独立进程，以使得这两个处理过程能够并行执行，相比于传统基于MCU的串行执行方式，本实施例采用的基于FPGA的并行执行方式具有明显优势，可有效提升主控模块的执行效率。

对于本申请实施例公开的噪声故障模拟装置而言，由于其与以上各实施例公开的噪声故障模拟方法相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见以上各实施例中噪声故障模拟方法部分的说明即可，此处不再详述。

综上所述，本申请提供的噪声故障模拟方法及装置，相比于现有技术，能够产生以下技术效果：

1)实现了根据噪声故障模拟指令自动进行噪声故障模拟，使得噪声故障模拟的效率高且由于以自动方式进行噪声故障模拟过程中的时间控制，从而能够使得模拟试验具有较高的可重复性；

2)能够成功模拟各种干扰方式的噪声故障，克服了现有技术无法模拟共模噪声的问题；

3)通过运放加强将干扰结果信号接入至信宿设备，不易受线路特性影响，能够有效提高噪声指标的准确性；

4)采用基于FPGA的并行执行方式来实现噪声故障模拟的相关处理过程，相比于传统基于MCU的串行执行方式，具有明显优势，可有效提升噪声故障模拟的执行效率。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

为了描述的方便，描述以上系统或装置时以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一、第二、第三和第四等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种噪声故障模拟方法，其特征在于，包括：

获得噪声故障模拟指令，并生成对应于所述噪声故障模拟指令的噪声信号；

获得信源设备的模拟量信号；

利用所述噪声信号对所述模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号；

向信宿设备输出所述干扰结果信号；

其中，所述噪声故障模拟指令包括噪声干扰方式；

所述利用所述噪声信号对所述模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号，包括：对所述噪声信号及所述模拟量信号进行叠加处理，得到叠加信号；基于所述叠加信号、所述噪声信号，生成与所述噪声干扰方式相对应的第一信号及第二信号，所述第一信号及所述第二信号构成所述干扰结果信号；

所述第一信号和所述第二信号的信号值基于所述噪声干扰方式确定；所述第一信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的信号线信号，所述第二信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的地线信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述噪声故障模拟指令还包括多个噪声生成指令，且多个所述噪声生成指令分别对应不同的噪声类型；

生成对应于所述噪声故障模拟指令的噪声信号，包括：

生成信号类型与多个所述噪声生成指令一一对应的所述噪声信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述噪声信号为数字信号，对所述噪声信号及所述模拟量信号进行叠加处理得到叠加信号，包括：

利用模数转换器对所述模拟量信号进行模数转换处理，得到数字信号形式的信源设备信号；

将数字信号形式的所述噪声信号叠加于数字信号形式的所述信源设备信号，得到数字信号形式的所述叠加信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一信号及所述第二信号为数字信号；

向信宿设备输出所述干扰结果信号，包括：

利用第一数模转换器对所述第一信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的所述第一信号；利用第二数模转换器对所述第二信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的所述第二信号；

利用第一运算放大器对模拟信号形式的所述第一信号进行运放处理，得到运放处理后的所述第一信号；利用第二运算放大器对模拟信号形式的所述第二信号进行运放处理，得到运放处理后的所述第二信号；

将运放处理后的所述第一信号及运放处理后的所述第二信号输出至信宿设备。

5.一种噪声故障模拟装置，其特征在于，包括：模拟量采集模块、模拟量输出模块和主控模块；其中，所述主控模块分别与所述模拟量采集模块和所述模拟量输出模块连接，在进行噪声故障模拟时，所述模拟量采集模块和信源设备连接，所述模拟量输出模块和信宿设备连接；

所述模拟量采集模块，用于在所述主控模块的控制下采集信源设备的模拟量信号；

所述主控模块，用于获得噪声故障模拟指令，并执行以下处理操作以响应所述噪声故障模拟指令：

生成对应于所述噪声故障模拟指令的噪声信号；利用所述噪声信号对所述模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号；控制所述模拟量输出模块向信宿设备输出所述干扰结果信号；

其中，所述噪声故障模拟指令包括噪声干扰方式；

所述主控模块利用所述噪声信号对所述模拟量信号进行干扰处理，得到干扰结果信号，包括：对所述噪声信号及所述模拟量信号进行叠加处理，得到叠加信号；基于所述叠加信号、所述噪声信号，生成与所述噪声干扰方式相对应的第一信号及第二信号，所述第一信号及所述第二信号构成所述干扰结果信号；

所述第一信号和所述第二信号的信号值基于所述噪声干扰方式确定；所述第一信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的信号线信号，所述第二信号用于模拟实际工作过程中发生噪声干扰时信宿设备所接收的地线信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述噪声故障模拟指令还包括多个噪声生成指令，且多个所述噪声生成指令分别对应不同的噪声类型；所述主控模块生成对应于所述噪声故障模拟指令的噪声信号，具体包括：

生成信号类型与多个所述噪声生成指令一一对应的所述噪声信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述噪声信号为数字信号，所述模拟量采集模块包括模数转换器；所述主控模块对所述噪声信号及所述模拟量信号进行叠加处理得到叠加信号，具体包括：

控制所述模拟量采集模块利用所述模数转换器对所述模拟量信号进行模数转换处理，得到数字信号形式的信源设备信号；

将数字信号形式的所述噪声信号叠加于数字信号形式的所述信源设备信号，得到数字信号形式的所述叠加信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一信号及所述第二信号为数字信号，所述模拟量输出模块包括第一模数转换器、第二模数转换器、第一运算放大器和第二运算放大器；所述模拟量输出模块向信宿设备输出所述干扰结果信号，具体包括：

利用第一数模转换器对所述第一信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的所述第一信号；利用第二数模转换器对所述第二信号进行数模转换处理，得到模拟信号形式的所述第二信号；

利用第一运算放大器对模拟信号形式的所述第一信号进行运放处理，得到运放处理后的所述第一信号；利用第二运算放大器对模拟信号形式的所述第二信号进行运放处理，得到运放处理后的所述第二信号；

将运放处理后的所述第一信号及运放处理后的所述第二信号输出至信宿设备。

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