CN109728860B - 一种基于采集终端检测装置的通讯干扰抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于采集终端检测装置的通讯干扰抑制方法包括如下步骤：步骤一：将采集终端检测装置发送的通讯信号中的通讯噪声通过滤波网络进行初步滤波；步骤二：提取初步滤波处理后的通讯信号中未能滤除的通讯噪声，根据此连续时域信号进行采样，得到通讯噪声的离散时域信号；步骤三：将中频滤波器输出的离散时域信号定义为数组，并用MATLAB自带的取包络功能，得到包络检波器输出的离散时域信号；步骤四：使用MATLAB自带的取最大值功能对包络检波器输出的离散时域信号取最大值；步骤五：利用MATLAB对步骤四获得的通讯峰值信号取反，并通过信号发生装置产生取反后的通讯峰值信号后，并注入到通讯网络的末端以实现通讯噪声抑制，并最终导入数据处理设备。
Description
技术领域
本发明属于电磁兼容技术领域，具体的涉及一种基于采集终端检测装置的通讯干扰抑制方法。
背景技术
电力系统的稳定可靠运行关系到国民生活的方方面面，其意义重大。而我国的电力网络规模巨大，电力系统运行环境多样复杂，因此就给接入电力系统中的设备可靠性提出了更加严格的要求。由于电力网络的级联复杂，部分设备自身产生的噪声或复杂的电磁环境中的其他噪声经常会通过通讯线缆传播，影响通讯线路上的其他设备的正常工作，如不加以控制极易造成严重的后果。以某型采集终端检测装置为例，当其接入电力系统进行数据采集时，其后处理数据分析模块会经常出现闪屏，卡顿或者重启动等非正常工作状态，即通讯线缆传输有效数据的同时也夹杂了大量传导干扰信号，进而导致了整个工作模块出现运行稳定性下降，数据丢失，功能故障等问题。目前国内外在解决传导性电磁干扰噪声问题上，基本停留在对已有噪声分离网络特性的理论分析和参数性能改善上，在工程应用上往往也仅仅采取无源滤波等简易手段进行噪声处理。无源滤波在部分情景中确实抑制效果良好，但在更复杂的情况下，要想完全靠简易的无源滤波达到良好的抑制效果往往并不简单，随着噪声功率的增大往往需要增大无源滤波装置的体积与成本。在更特殊的环境中，即便采用更大体积和成本的滤波器件也不能达到理想效果，尤其是在对设备安装空间有要求或的场合。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于采集终端检测装置的通讯干扰抑制方法。
为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于采集终端检测装置的通讯干扰抑制方法包括如下步骤：
步骤一：将采集终端检测装置发送的通讯信号中的通讯噪声通过滤波网络进行初步滤波；
步骤二：提取初步滤波处理后的通讯信号中未能滤除的通讯噪声，并将所述通讯噪声的连续时域信号导入中频滤波器，根据此连续时域信号进行采样，得到通讯噪声的离散时域信号；
步骤三：将中频滤波器输出的离散时域信号定义为数组，并用MATLAB自带的取包络功能，求取离散时域信号数组的包络，得到包络检波器输出的离散时域信号；
步骤四：使用MATLAB自带的取最大值功能对包络检波器输出的离散时域信号取最大值，即为通讯噪声的峰值信号；
步骤五：利用MATLAB对步骤四获得的通讯峰值信号取反，并通过信号发生装置产生取反后的通讯峰值信号后，取反后的通讯峰值信号注入到通讯网络的末端以实现通讯噪声抑制，并最终导入数据处理设备。
优选地，在步骤一中，所述滤波网络包括至少一个LC滤波电路；且所述滤波网络可以对通讯噪声进行初步滤波，还可以根据通讯主频信号的频率以及噪声频率的不同，修正网络结构中的LC参数以实现不同通讯信号模式下的噪声抑制。
优选地，在步骤二中，频滤波器的算法首先对通讯噪声进行数字处理，经过中频带通滤波器得到的是通讯噪声的连续时域信号，根据连续时域信号进行采样，可以得到中频滤波器输出的离散时域信号，其中，采样率为Fs，采样时间为T；则点数为N＝Fs*T；且将得到的中频滤波器输出的离散时域信号定义为数组YFS*T。
优选地，如果考虑各频段中频滤波器的测量带宽，则：通过FIR滤波器设计理论，选取合适的窗函数，然后对理想中频滤波器加窗获得实际中频滤波器的带通特性。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明提供基于采集终端检测装置的通讯干扰抑制方法中，针对采集终端检测装置的通讯干扰问题提出硬件滤波网络和算法工具相结合的噪声抑制方法，不仅可以为企业和产品设计工程师提供完善而经济实用的通讯干扰总体解决方案，还可以有效抑制上述设备中的通讯干扰问题，使其能够正常工作，提高了该款设备在复杂电磁环境中的工作稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明提供的基于采集终端检测装置的通讯干扰抑制方法的工作流程示意图；
图2为通讯网络中滤波网络的结构示意图；
图3为考虑测量带宽影响的频谱计算方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，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。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
如图1所示，本发明提供一种基于采集终端检测装置的通讯干扰抑制方法，包括以下步骤：
步骤1：将采集终端检测装置发送的通讯信号中的通讯噪声通过滤波网络进行初步滤波。
具体地，在步骤1中，在采集终端检测装置与其数据处理设备间的通讯网络上设置如附图2所示的滤波网络。所述滤波网络包括至少一个LC滤波电路；且所述滤波网络可以对通讯噪声进行初步滤波，还可以根据通讯主频信号的频率以及噪声频率的不同，修正网络结构中的LC参数以实现不同通讯信号模式下的噪声抑制。
步骤2：提取初步滤波处理后的通讯信号中未能滤除的通讯噪声，并将所述通讯噪声的连续时域信号导入中频滤波器，根据此连续时域信号进行采样，得到通讯噪声的离散时域信号。
具体地，在步骤2中，中频滤波器首先对通讯噪声进行数字处理，经过中频带通滤波器得到的是通讯噪声的连续时域信号，根据此连续时域信号进行采样，可以得到中频滤波器输出的离散时域信号，采样率为Fs，采样时间为T。则点数为N＝Fs*T。将所得的中频滤波器输出的离散时域信号定义为数组YFS*T。
其具体实现如下：
关于中频滤波器的建模，主要分为考虑和不考虑测量带宽的方法。不考虑测量带宽的方法其实就是将噪声时域信号进行快速傅里叶变换，虽然计算量小，但是没有考虑各频段中频滤波器的带宽，随着频率抖动、正弦脉宽调制、脉冲频率调制等技术应用在产品电路中，中频滤波器收入大量频率相近但幅值相位大不相同的谐波，中频滤波器的边带效应也决定了其带通特性的非理想性。所以用快速傅里叶变换结果近似代替峰值不够准确，更不能用于计算平均值。为了考虑测量带宽的影响，通过FIR滤波器设计理论，选取合适的窗函数，然后对理想中频滤波器加窗获得实际中频滤波器的带通特性。
时域上的任何周期信号或有限长信号，都可以用无数个余弦函数之和来表示：
式中：fk为频率；A(fk)为幅值；
为相位。A(fk)随fk的变化的曲线称为的频谱。
考虑测量带宽影响的频谱计算方法时，如附图3所示，首先对时域信号进行FFT计算，接着把FFT得到的结果加窗并进行IFFT(快速傅里叶逆变换)，然后取IFFT得到的包络线的最大值作为频谱分析的结果。以y(t)为例对此方法进行说明。
第一步：对时域波形y(t)等间隔采样，使之成为适合计算机处理的N点离散信号y(n)；
第二步：根据式(2)对y(n)进行快速傅里叶变换，得到各个孤点频率fk对应的Y(k)；
式中WN＝e-j2π/N。
第三步：对Y(k)进行加窗，所选择的窗函数要和EMI接收机中的中频滤波器具有相同的带通特性，窗的中心频率要设定为目标频率fX。假设Y(k)在加窗后变成X(k)，有
第四步：对得到的X(k)进行快速傅里叶逆变换，重新构造出窗内所有的FFT频率分量叠加后对应的时域波形：
将式(4)得到的时域包络线最大值除以
可以得到频率fX上的均方根值R(fX)。
在考虑测量带宽影响的中频滤波器设计中，计算方法的四个步骤中，FFT的计算可以用MATLAB中自带的FFT模块，加窗滤波和IFFT要进一步设计。
(1)加窗滤波
和EMI接收机中频带通滤波器具有相似带通特性的有汉宁窗和海明窗，因此加窗滤波环节可以选择汉宁窗。
设Y(k)的频率间隔为Δf，根据汉宁窗的特性，窗的数据点数H选为：
H＝2B/Δf+1 (5)
(2)IFFT计算
设X(k)对应的时域信号为x(n)，所加窗的中心频率fk对应X(k)的第h个点，令
对Z(k)进行IFFT可得z(n)：
z(n)的实部是窗内频率分量叠加对应的时域波形，z(n)的模是窗内频率分量叠加对应时域波形的包络线。
步骤三：将中频滤波器输出的离散时域信号定义为数组，并用MATLAB自带的取包络功能，求取离散时域信号数组的包络，得到包络检波器输出的离散时域信号。
具体地，在步骤三中，包络检波是基于滤波检波的振动信号处理方法，尤其对初期故障和信噪比较低的故障信号识别能力强。将一段时间长度的高频信号的峰值点连线，就可以得到上方一条线和下方一条线，这两条线就叫包络线。包络线就是反映高频信号幅度变化的曲线。具体实现如下：
将中频滤波器输出的离散时域信号定义为数组YFS*T,长度为T*FS
YFS*T＝{y(1),y(2)...,y(FS*T)} (8)
用MATLAB自带的取包络功能，求取离散时域信号数组的包络，得EFS*T,长度为T*FS,认为数组EFS*T是包络检波器输出的离散时域信号。
步骤四：使用MATLAB自带的取最大值功能对包络检波器输出的离散时域信号取最大值，即为通讯噪声的峰值信号。
具体地，在步骤四中，MATLAB自带的取最大值功能模块可以记忆通讯噪声峰值，用以提取通讯噪声的峰值，其输出电压的大小，一直追随输入通讯噪声的峰值，而且保持在输入信号的最大峰值。峰值检波器的充电时间常数很小，即使是很窄的脉冲也能很快充电到稳定值，当中频信号消失后，由于电路的放电时间常数很大，检波的输出电压可在很长一段时间内保持在峰值上。其具体实现如下：
峰值检波器的建模较简单，该检波器要实现的是取得包络检波器输出时域信号的最大值。峰值的提取可以使用MATLAB自带的取最大值功能。
步骤五：利用MATLAB对步骤四获得的通讯峰值信号取反，并通过信号发生装置产生取反后的通讯峰值信号后，取反后的通讯峰值信号注入到通讯网络的末端以实现通讯噪声抑制，并最终导入数据处理设备。
具体地，在步骤六中，通过对提取的通讯噪声峰值取反并将其注入到通讯网络的末端以实现通讯噪声抑制的效果。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于采集终端检测装置的通讯干扰抑制方法，其特征在于:包括如下步骤：
步骤一：将采集终端检测装置发送的通讯信号中的通讯噪声通过滤波网络进行初步滤波；
步骤二：提取初步滤波处理后的通讯信号中未能滤除的通讯噪声，并将所述通讯噪声的连续时域信号导入中频滤波器，对此连续时域信号进行采样，得到通讯噪声的离散时域信号；
步骤三：将中频滤波器输出的离散时域信号定义为数组，并用MATLAB自带的取包络功能，求取离散时域信号数组的包络，得到包络检波器输出的离散时域信号；
步骤四：使用MATLAB自带的取最大值功能对包络检波器输出的离散时域信号取最大值,即为通讯噪声的峰值信号；
步骤五：利用MATLAB对步骤四获得的通讯峰值信号取反，取反后的通讯峰值信号注入到通讯网络的末端以实现通讯噪声抑制，并最终导入数据处理设备；
步骤二中，关于中频滤波器的建模，采用考虑测量信号频域内通带宽度的方式，首先对时域信号进行FFT计算，接着通过FIR滤波器的设计理论，选取合适的窗函数，对FFT的结果进行加窗，对加窗后的结果取快速傅里叶逆 变换得到的包络线的最大值作为频谱分析的结果。
2.根据权利要求1所述的基于采集终端检测装置的通讯干扰抑制方法，其特征在于：在步骤一中，将通讯信号通过滤波网络进行滤波处理，滤波网络由2个“L”型滤波网络构成，每个“L”型滤波网络由电感串联、电容并联构成；所述滤波网络的LC谐振电路能有效去除通讯信号频带内尖峰噪声；且所述滤波网络对通讯噪声进行初步滤波，并根据通讯主频信号的频率以及噪声频率的不同，修正网络结构中的LC参数以实现不同通讯信号模式下的噪声抑制。
3.根据权利要求1所述的基于采集终端检测装置的通讯干扰抑制方法,其特征在于：在步骤二中，经过中频带通滤波器提取初步滤波处理后的通讯信号中未能滤除的通讯噪声的连续时域信号，采用中频滤波器对连续时域信号进行采样，得到通讯噪声的离散时域信号；其中，采样率为Fs，采样时间为T；则点数为N=Fs*T；且将得到的中频滤波器输出的离散时域信号定义为数组YFS*T。
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