CN109948111A - 一种基于离散数学的emi接收机检波器模型 - Google Patents

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祝志博
赵阳
颜伟
周孟夏
周敏
周建宇
刘其良
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Abstract

本发明公开了一种建立EMI接收机准峰值检波器模型方法，天线接收到被测信号采样后进行快速傅里叶变换，将所得到的频域信号用三角函数进行还原，然后通过中频带通滤波器进行滤波处理，再利用取包络功能提取包络，最后选取合适的算法来求取准峰值。现有的电磁兼容测试接收机给出的准峰值检波器的模型采用了数学方法实现，即将积分方程通过数学公式转化为差分方程，差分方程可以更高效的得到准峰值检波器的参数。现有的算法存在计算量大和计算结果不够精确的特点，因此，本发明提出一种新的算法，即龙格‑库塔法来实现积分方程到差分方程的变换，龙格‑库塔法和上述两种方法相比，计算更加简便，结果更加精确。

Description

一种基于离散数学的EMI接收机检波器模型
技术领域
本发明涉及的是对接收机电磁干扰问题进行分析的方法，为研究电磁传导干扰测试系统提供基础，为准确得到接收机数学模型提供理论依据，属于电磁兼容设备设计的技术领域。
背景技术
为了经济性、可靠性和安全性等因素考虑，我国各行业逐渐提高对电磁兼容技术方面的标准。电磁兼容测试接收机是电磁兼容技术中非常重要的内容之一，是电磁干扰测试系统的重要组成部分。EMI（电磁干扰）接收机是电磁干扰测试的主要工具，以点频法为基础，应用本振调谐的原理测试相应频点的电平值，接收机的扫描方式是步进点频调谐的方式。EMI接收机分为模拟式和数字式两大类，都包含中频滤波器设计和准峰值等核心技术测试。
目前应用广泛的接收机基于CISPR16-1-1标准，采用实时分析技术平台，利用计算机对宽带信号进行实时高速的快速傅里叶变换计算。传统的逐点扫描接收机测量速率较慢，测量时间长，实时测量带宽较窄，对于带宽较长的信号需要进行分段处理，不仅增加了测量难度，而且测量结果精确性会降低，导致误差增大。
直接对产品进行电磁兼容测试，不但增加成本，而且实施难度大，测试过程相对不够安全；而对电磁兼容测试接收机进行数学建模和仿真预测可以有效避免这些问题的出现。因此，本发明提出了基于离散数学模型的EMI接收机检波器研究，相比于对样机进行测试，可以在新产品研发初期就把可能出现的问题加以解决，费用低且效果好。
现有的电磁兼容测试接收机给出的准峰值检波器的模型采用了数学方法实现，即将积分方程通过数学公式转化为差分方程，差分方程可以更高效的得到准峰值检波器的参数。其中有两种较为广泛的算法，一种是通过冲击响应不变法来获得差分方程，但是此方法求得的结果不够精确；另一种常用的方法是欧拉法和改进欧拉法，此方法相较于冲击响应不变法精确性有所提高，然而计算量更大，尤其对于复杂的信号而言，计算量会有明显增加。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于离散数学的EMI接收机检波器模型，本模型可以有效实现对准峰值的提取，计算更加简便，结果更加精确。
为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于离散数学的EMI接收机检波器模型包括如下步骤：
步骤一：天线接收到带干扰噪声的被测信号采样后并进行快速傅里叶变换；
步骤二：将傅里叶变换得到的频域信号根据三角函数还原成连续时域信号；
步骤三：通过三角函数还原得到的连续时域信号，将其导入中频带通滤波器进行滤波处理，得到中频滤波器输出的离散时域信号；
步骤四：对中频滤波器输出的离散时域信号取包络，得到包络检波器输出的离散时域信号；
步骤五：根据龙格-库塔法将RC电路充放电电路的积分方程转化成差分方程对离散时域信号进行处理求取准峰值结果。
优选地，在步骤二中，根据快速傅里叶变换后得到的频域信号的幅值和相位分量，利用三角函数重建时域信号，得到以时间为变量的连续数学函数。
优选地，在步骤三中，通过FIR的滤波理论，选取汉宁窗函数，首先选取合适的采样频率和步长，然后对中频滤波器加窗获得理想的中频滤波器带通特性。
优选地，在步骤五中，根据RC充放电电路的积分方程对包络检波器输出的离散时域信号进行处理；通过龙格-库塔法将RC充放电电路的积分方程转化为差分方程，计算量更小，并且能够实现对准峰值的准确求取。
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：
本发明提供的基于离散数学的EMI接收机检波器模型中，针对现有的EMI接收机对准峰值提取存在的问题进行优化设计，计算量更小且结果更加精确，改善了EMI接收机对准峰值提取的性能。
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，并部构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为电磁干扰系统示意图；
图2为本发明提供的基于离散数学的电磁干扰接收机内部结构示意图。
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2所示，本发明提供一种基于离散数学的EMI接收机检波器模型，包括以下步骤：
步骤一：天线接收到带干扰噪声的被测信号采样后并进行快速傅里叶变换。
具体地，在步骤一中，天线接收到多个频率叠加的信号，进行采样后根据快速傅里叶变换获得该含干扰噪声的信号的频域结果，以实现对干扰噪声的判断。
其具体实现如下：
第一步：设天线接收到的信号为w(t),w(t)可分解成有限个正（余）弦信号，以y(t)为例： （1）
其中y是原始信号；A是原始信号的幅值；f是原始信号频率；t是时间；Φ是原始信号相位。
第二步：令采样率为fs，采样点为N，根据采样定理对公式（1）进行采样可得
（2）
其中e为自然底数，值为2.718；j为虚数单位；n=0，1，…N-1。
第三步：设
公式（2）经过快速傅里叶变换得
（3）
步骤二：将傅里叶变换得到的频域信号根据三角函数还原成连续的时域信号。
具体地，再步骤二中，根据快速傅里叶变换后得到的频域信号的幅值和相位分量，利用三角函数重建时域信号，得到以时间为变量的连续数学函数。
其具体实现如下：
根据公式（3）重建出原始信号的离散数学函数，即
（4）
步骤三：把通过三角函数还原得到的连续时域信号导入中频带通滤波器进行滤波处理，得到中频滤波器输出的离散时域信号。
具体地，再步骤三中，通过FIR的滤波理论，选取汉宁窗函数，首先选取合适的采样频率和步长，然后对中频滤波器加窗获得理想的中频滤波器带通特性。
其具体实现如下：
第一步：设中频带通滤波器的中心频率为f0，带宽为BW，频率为f的信号衰减 1-K(mfs/N)
时中频带通滤波器输出的连续时域信号为
第二步：设采样率为Fs,采样时间为T,根据采样定理对x(t)进行采样得
步骤四：对中频滤波器输出的离散时域信号取包络得到包络检波器输出的离散时域信号。
具体地，在步骤四中，将一段时间长度的信号的峰值点连线，就可以上下两条最值点的连线，这两条线就叫包络线。包络线就是反映信号幅度变化的曲线。
其具体实现如下：
对公式（6）取包络可得
（7）
步骤五：根据龙格-库塔法将RC电路充放电电路的积分方程转化成差分方程对离散时域信号进行处理求取准峰值结果。
具体地，在步骤五中，根据RC充放电电路的积分方程对包络检波器输出的离散时域信号进行处理；通过龙格-库塔法将RC充放电电路的积分方程转化为差分方程，计算量更小，并且能够实现对准峰值的准确求取。
其具体实现如下：
第一步：设Tc为充电时间常数，Td为放电时间常数，可得Uc(h)为
（8）
其中h=0，1..Fs*T。
第二步：求QP值为
下表为准峰值检波器对时间常数的要求：
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，而是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范围，都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于离散数学的EMI接收机检波器模型，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：天线接收到带干扰噪声的被测信号采样后并进行快速傅里叶变换；
步骤二：将傅里叶变换得到的频域信号根据三角函数还原成连续时域信号；
步骤三：通过三角函数还原得到的连续时域信号，将其导入中频带通滤波器进行滤波处理，得到中频滤波器输出的离散时域信号；
步骤四：对中频滤波器输出的离散时域信号取包络，得到包络检波器输出的离散时域信号；
步骤五：根据龙格-库塔法将RC电路充放电电路的积分方程转化成差分方程对包络检波器输出的离散时域信号进行处理求取准峰值结果。
2.根据权利要求1所述的基于离散数学的EMI接收机检波器模型，其特征在于：
在步骤二中，根据快速傅里叶变换后得到的频域信号的幅值和相位分量，利用三角函数重建时域信号，得到以时间为变量的连续数学函数。
3.根据权利要求1所述的基于离散数学的EMI接收机检波器模型，其特征在于：
在步骤三中，通过FIR的滤波理论，选取汉宁窗函数，对中频滤波器加窗获得理想的中频滤波器带通特性。
4.根据权利要求1所述的基于离散数学的EMI接收机检波器模型，其特征在于：
在步骤五中，根据RC充放电电路的积分方程对包络检波器输出的离散时域信号进行处理；通过龙格-库塔法将RC充放电电路的积分方程转化为差分方程，实现对准峰值的准确求取。
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