CN110020452A - 电磁兼容性测试仿真分析方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁兼容性测试仿真分析方法以及对应的电磁兼容性测试仿真分析系统。在本发明的电磁兼容性测试仿真分析方法中，通过集成的软件系统对实时采集到的或者仿真得到的时域信号进行快速傅里叶变换分析，得到信号的峰值频谱、准峰值频谱、平均值频谱及均方根值频谱等多种频谱，再给定相应的限值曲线数据，从而根据二者的差值很快就能判断出信号是否满足电磁兼容性要求。与现有技术相比，本发明的电磁兼容性测试仿真分析方法及相应的测试仿真系统的分析和验证时间短、操作简单、成本低廉、适用范围广，有效提高了电磁兼容性设计的效率和产品测试认证的通过率。

Description

电磁兼容性测试仿真分析方法及其系统
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其是涉及一种电磁兼容性测试仿真分析方法 及其系统。
背景技术
电磁兼容性(Electro-Magnetic Compatibility，简称EMC)是指电器电子产 品能在电磁环境中正常工作，并不对该环境中其它产品产生过量的电磁干扰 (Electro-Magnetic Interference，简称EMI)，这包含着两个方面的要求：其一是 要求产品对外界的电磁干扰有一定的承受能力；其二是要求产品在正常运转过 程中对周围环境产生的电磁干扰不能超过一定的限度。
随着汽车电子技术的不断向前发展，汽车电子设备在电子电气类产品中的 比例显著提高，其复杂程度也发生了巨大的变化，因而电磁兼容设计在汽车开发 和生产过程中变得越来越复杂。汽车电器的电磁兼容性就是指在汽车及其周围 空间中，在运行时间内，在可用的频谱资源条件下，汽车本身以及周围的用电设 备可以共存，不致引起降级。
电磁兼容是目前汽车行业的一大技术难题，汽车开发在提高汽车的安全性 和可靠性的同时应保证汽车不影响周围其它电子电气类设备的正常工作，因此 电磁兼容测试与认证是汽车开发和生产过程中的一个重要环节。
整车EMC开发要求在装车前所有的零部件都必须通过零部件的EMC认证 测试，但是这些通过EMC认证测试的零部件在装车后并不能保证整车能够通过 EMC认证测试。因此对各个零部件进行EMC认证测试后还需要对整车进行大 量的EMC测试及整改，EMI测量接收机是目前EMC测试中常用的测量仪器， 其费用昂贵，测试效率与测试成本成反比关系，这样会给整车EMC开发成本和 开发周期带来较大的压力。
因此，目前急需一种能降低汽车整车EMC开发成本和开发周期的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁兼容性测试仿真方案，实现产品电磁兼容 的正向设计，以解决汽车整车和零部件的电磁兼容性测试难、测试贵，通过率低 等问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种电磁兼容性测试仿真分析方法，用 于电磁兼容性正向设计，包括步骤：
导入实时采集或者仿真到的时域信号，进行快速傅里叶变换，得到多个时间 段的频谱；
设定测试的起始频率和结束频率，针对每个频率点，依次求出所有时间段 对应频谱的峰值、准峰值、平均值以及均方根值，从而得到四条频谱；以及
导入设定所述四条频谱的限值曲线数据，将所述四条频谱的任意一条或多 条与对应的限值曲线相比较，根据差值判断导入的信号是否符合电磁兼容性要 求。
可选的，所述进行快速傅里叶变换的步骤包括：
导入采集或者仿真得到的时域信号，利用窗函数进行分段采样，以窗函数的 时间宽度为步进截取所述时域信号，得到多个分段时域信号；
根据设定的结束频率计算出时域信号的采样率要求，并判断所述步进截取 的分段时域信号是否满足采样率要求，进而决定是否需要重新采样；
若所述步进截取的分段时域信号采样率大于等于要求的采样率，则不需要 重新采样，否则需要以要求的采样率进行重新采样；
对所有满足采样率要求的分段时域信号进行快速傅里叶变换，把所述时域 信号转为频域信号，得到多个时间段对应的频谱。
可选的，所述窗函数为矩形窗函数。
可选的，如果所述步进截取的分段时域信号采样率小于要求的采样率，则 利用线性插值法对所述时域信号以要求的采样率进行重新采样。
可选的，所述四条频谱记为PK值频谱、QP值频谱、AVG值频谱以及RMS 值频谱。
可选的，所述得到四条频谱的步骤包括：
从测试的起始频率到结束频率，针对每个频率点，通过快速傅里叶变换得到 其所有时间段对应的频谱；
根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号幅值 的最大值，即为峰值，从而得到从起始频率到结束频率的PK值频谱；
根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号幅值 的准峰值，从而得到从起始频率到结束频率的QP值频谱；
根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号幅值 的平均值，从而得到从起始频率到结束频率的AVG值频谱；
根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号幅值 的均方根值，从而得到从起始频率到结束频率的RMS值频谱。
可选的，所述得到从起始频率到结束频率的QP值频谱的步骤包括：
对信号的整个频域进行划分，设定M个频率划分点，将整个频域划分为M+1 个频段；
根据所述测试的起始频率和结束频率判断信号的测试频段是否跨越多个划 分频段；
如果信号的测试频段跨越过多个划分频段，则需要根据所述频率划分点将 信号的测试频段分成多个小频段分别进行准峰值计算分析，再将几个小频段的 QP值频谱连接起来，从而得到从起始频率到结束频率的QP值频谱；
如果信号的测试频段没有跨越过多个划分频段，则不用分频段处理，直接进 行准峰值计算分析，从而得到从起始频率到结束频率的QP值频谱。
可选的，所述根据差值判断导入的信号是否符合电磁兼容性要求的步骤包 括：
导入设定所述四条频谱的限值曲线数据；
选定所述四条频谱的任意一条或多条，将实际频谱曲线的频域平分成N个 频段，找出每个频段的最大频谱幅值；
在每个频段内，根据所述最大频谱幅值对应的频率点找出与所述实际频谱 曲线对应的限值曲线上的限值；
若频段内的最大频谱幅值小于等于对应的限值，则该频段内的信号符合电 磁兼容性要求，否则不符合要求。
可选的，所述快速傅里叶变换频谱分析方法还包括步骤：
对外输出实际频谱曲线、限值曲线以及比较判断结果，以及早提醒电磁兼容 性测试失败，方便调整修改；
保存所述实际频谱曲线、限值曲线以及比较判断结果，以便于后续数据的追 踪调用。
可选的，所述实际频谱曲线、限值曲线以及比较判断结果的输出保存采用表 格或者图片形式。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种电磁兼容性测试仿真分析系统，至 少包括：
输入模块，导入时域信号数据，输入设定所述时域信号对应频域信号的限值 曲线数据，并选择决定待处理的比较输出对象；
处理模块，通过快速傅里叶变换把所述时域信号转为频域信号，得到多个时 间段对应的频谱，计算出每个频率的峰值、准峰值、平均值以及均方根值，得到 四条频谱，再与对应的四条频谱的限值曲线数据作比较，判断采集的信号是否超 过限值；
输出模块，输出信号的多条实际频谱曲线数据、对应限值曲线数据以及测试 判断结果；
存储器，保存信号的多条实际频谱曲线数据、对应限值曲线数据以及测试判 断结果；
其中，所述处理模块分别与所述输入模块、输出模块以及存储器数据耦合。
可选的，所述时域信号数据由信号采集器采集或者仿真系统仿真得到。
可选的，所述输入模块包括键盘和鼠标。
可选的，所述四条频谱为PK值频谱、QP值频谱、AVG值频谱以及RMS值 频谱。
可选的，所述四条频谱的起始频率和结束频率通过所述输入模块设定。
可选的，所述输出模块包括显示器。
本发明通过软件系统集成的方法对时域信号进行快速傅里叶变换分析，得 到信号的频谱，再根据所有时间段对应频谱的幅值，得出从起始频率到结束频率 内所有频率的峰值、准峰值、平均值以及均方根值，进而得到四条新的频谱，再 给定相应的限值曲线数据，从而根据二者的差值很快就能判断出信号是否满足 电磁兼容性要求。与现有技术相比，本发明的电磁兼容性测试仿真分析方法及相 应的测试系统的测试分析时间短、操作简单、成本低廉、适用范围广，实现产品 电磁兼容的正向设计，有效提高了电磁兼容性设计的效率和测试认证的通过率。
附图说明
图1为本发明的电磁兼容性测试仿真分析方法的流程图；
图2为本发明的电磁兼容性测试仿真分析系统的结构示意图；
图3为本发明的电磁兼容性测试仿真分析方法的部分数据流走向图；
图中，1-输入模块，2-处理模块，3-输出模块，4-存储器。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列 描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用 非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明 实施例的目的。
发明人研究发现：目前市场上，基于硬件产品设备的汽车电磁兼容分析所需 硬件设备复杂，在进行测量时操作繁琐复杂，机器搬运麻烦，测量周期长，不利 于尽早对车辆进行合理的整改措施，导致开发费用昂贵，开发速度缓慢，不利于 企业盈利；且现有的硬件设备无法用于仿真数据和时域测试波形的后处理，给电 磁兼容性的正向设计带来阻碍。
基于此，发明人结合计算机软件技术与数据处理技术，依据常用的EMC测 量接收机硬件电路的结构、工作原理和算法，设计并开发了一套基于时域分段截 取的快速傅里叶变换频谱的电磁兼容性测试仿真分析方法及其系统，以实现 EMC测量接收机的基本频谱分析功能。
如图1所示，本发明实施例基于汽车EMC开发中EMC测试难度大、效率 和成本不能两全的背景，在零部件开发阶段引入时域分段FFT变换仿真软件， 可将由信号采集器采集(如EMC测量接收机)或者仿真系统仿真得到的时域信 号转换成标准考核的峰值(PK)频谱、准峰值(QP)频谱、平均值(AVG)频 谱、均方根值(RMS)频谱，并与标准限值进行比较，从而实现正向设计，减少 设计时间和降低测试成本。
具体地，如图1所示，本发明实施例的电磁兼容性测试仿真分析方法包括 以下步骤：
S1、导入实时采集或者仿真得到的时域信号，进行快速傅里叶变换(FFT变 换)，得到多个时间段对应的频谱，即频域信号；
S2、设定测试的起始频率和结束频率，针对每个频率点，依次求出所有时间 段对应频谱的峰值、准峰值、平均值以及均方根值，从而得到四条新的频谱，即 为PK值频谱、QP值频谱、AVG值频谱以及RMS值频谱；以及
S3、导入设定所述四条频谱的限值曲线数据，将所述四条频谱的任意一条 或多条与对应的限值曲线相比较，根据差值判断导入的信号是否符合电磁兼容 性要求。
此外，为实现本发明的电磁兼容性测试仿真分析方法，还需要借助如图2所 示的一套电磁兼容性测试仿真分析系统。
如图2所示，本发明的电磁兼容性测试仿真分析系统包括输入模块1、处理 模块2、输出模块3以及存储器4，处理模块2分别与输入模块1、输出模块3 以及存储器4数据耦合，进行数据上的传递交流。
其中，各个模块的主要功能如下：
输入模块1，可以导入实时采集或者仿真得到的时域信号，可以输入设定时 域信号对应频域信号的限值数据，并选择决定处理模块2处理的比较输出对象；
处理模块2，能通过快速傅里叶变换把信号由时域信号转为频域信号，得到 多个时间段的频谱，计算出每个频率的峰值、准峰值、平均值以及均方根值，得 到四条从设定的起始频率到结束频率的新的频谱，即PK值频谱、QP值频谱、 AVG值频谱以及RMS值频谱，再与对应的频谱限值数据作比较，判断导入的信 号是否超过限值；
输出模块3，对外输出信号的多条实际频谱曲线数据、对应限值曲线数据以 及测试判断结果；
存储器4，用以保存信号的多条实际频谱曲线数据、对应限值曲线数据以及 测试判断结果。
可选的，输入模块1至少包括存储器、键盘和鼠标。通过所述键盘或者存储 器可导入时域信号数据，输入设定时域信号对应频域信号的限值数据，通过所述 鼠标选择决定处理模块2的处理比较、输出对象，通过鼠标和键盘还可以设定 待测试信号的起始频率和结束频率。
可选的，处理模块2至少包括处理器，所述处理器包括运算逻辑部件、寄存 部件以及控制部件。
可选的，输出模块3包括显示器和警报器。所述显示器用来以表格或者图片 的形式输出信号的多条实际频谱曲线数据、对应限值曲线数据以及测试判断结 果；当发现信号超过设定限值时，显示器自动生成警示标识或者警报器发出警报， 以提醒该频段信号不符合电磁兼容性要求，提醒设计人员及时调整修改。
下面，结合图1和图2，并参考图3，详细介绍本发明的电磁兼容性测试 仿真分析方法及其系统的工作原理。
打开测试分析系统，先导入测试或者仿真得到的时域信号，输入模块1将 时域信号经过模数转换后传给处理模块2，并临时将所述数据以文件的形式寄 存在处理模块2的寄存部件中。
参照图1，并结合图3，处理模块2接着执行步骤S1，通过快速傅里叶变换 将时域信号转换成频域信号：
S11、导入实时采集或者仿真得到的时域信号，利用窗函数进行分段采样， 以窗函数的时间宽度为步进截取所述时域信号，得到多个分段时域信号；
S12、根据设置的结束频率计算出时域信号的采样率要求，并判断所述步进 截取的分段时域信号是否满足采样率要求，进而决定是否需要重新采样；
S13、若所述步进截取的分段时域信号采样率大于等于要求的采样率，则不 需要重新采样，否则需要以要求的采样率进行重新采样；
S14、对所有满足采样率要求的分段时域信号进行快速傅里叶变换，得到多 个时间段的频谱。
其中，步骤S11又包括以下步骤：
S111、导入实时采集或者仿真得到的时域信号；
S112、利用窗函数进行分段采样，以窗函数的时间宽度为步进截取所述时域 信号，得到多个分段时域信号。
具体地，导入实时采集或者仿真得到的时域信号的步骤S111通过以下过程 实现：
S111a、处理模块2先读取出寄存部件中的文件，文件类型通过文件后缀 名来区分，程序从选择的文件路径中获取文件后缀名，利用分支结构选择后缀 名对应类型文件的读取程序，处理模块2读取文件中的所有数据，得到一个二 维字符串数组(时间t与信号幅值A)。
S111b、处理模块2读到的二维字符串数组的行列与文件中相同，逐个索 引二维数组的元素，直到找到该值，用“Ampl”表示，则可以获得“Ampl” 所在的行号与列号，再从“Ampl”所在列索引出其下一行开始的所有元素，然 后将这些元素从二维数组转换为一维数组，再将这一维数组转换为一维双精度 数值数组，即得到时域信号的幅值数据，用A[n]表示；类似的，可通过上述方 法得到时域信号的时间数据t[n]。
S111c、索引出时间数据的第1个数值t[1]和第0个数值t[0]，t[1]-t[0]得 到信号的采样周期dt；将起始时间t[0]、采样周期dt、幅值数据A[n]捆绑后 得到时域信号。
具体地，利用窗函数进行分段采样的步骤S112通过以下过程实现：
利用窗函数逐段截取原时域信号，循环次数(t为原时域信号总时 间长度，T为截段信号时间长度)，即原时域信号被截取的段数，截取位置由 循环迭代i2控制，随循环的依次进行程序以T为步长依次截取原时域信号。
可选的，所述窗函数采用由矩形脉冲信号生成函数生成的矩形窗函数。矩形 窗函数完成信号的截取，采样量用s表示，则幅值为1，延 时用delay表示，则宽度用width表示，则矩形 窗函数与原时域信号幅值数据相乘实现加窗运算，再索引出窗体部分，索引点 为索引长度为数值0转换为时间数据后与截取的信号幅值数据 和dt组合得到截取的分段时域信号。
进一步地，截取的分段时域信号进行快速傅里叶变换前先判断是否需要重新 采样，即执行步骤S12：首先根据用户设置的结束频率fend计算出时域信号的采 样率要求2fend，并判断所述步进截取的分段时域信号是否满足采样率要求；
进一步地，执行步骤S13，对不满足采样率要求的进行重新采样：若所述步 进截取的分段时域信号采样率大于等于要求的采样率，则不需要重新采样，即采 样率则不进行重新采样；否则需要重新采样，即采样率则进行 重新采样。
可选的，对不满足采样率要求的，采用线性插值法进行重新采样，重新采样 周期为
进一步地，执行步骤S14，对所有满足采样率要求的分段时域信号进行快速 傅里叶变换，得到多个时间段的频谱。
截取的分段时域信号经快速傅里叶变换后相邻频点间距而df由 用户设置，其值为RBW(带宽)，因此经过快速傅里叶变换后频谱 起始点为0，索引出分析频段的频谱，索引点和索引长度由用户设置的起始频 率fstart和结束频率fend决定，索引点为索引长度为循环结束 后输出一个二维数组，用A[m][n]、df和表示，A[m][n]的每一行为一 小段信号在所分析频段内的频谱幅值。其中，RBW、起始频率fstart和结束频率 fend均由用户通过输入模块1自行设定。
不同频段的信号，RBW(带宽)的设置选择也不同。按照先验知识和国际 标准，本发明将5KHz～1GHz的信号分为三个频段：A频段5KHz～150KHz、B 频段150KHz～30MHz、CD频段30MHz～1GHz。当用户设置的起始频率fstart和 结束频率fend跨越多个频段时，需要分成多个频段分别进行频谱分析，再将几 个频段的频谱连接起来，例如起始频率在A频段，结束频率在B频段，那么需 要以150KHz为划分点将起始频率到结束频率这一频域划分为两个频段分别进 行频谱分析。
判断用户设置的起始频率fstart和结束频率fend所在频段，这里用istart和iend表示起始频率和结束频率所在的频段，如果在A频段则istart和iend等于0，如果 在B频段则istart和iend等于1，如果在CD频段则istart和iend等于2。
逐一执行各划分频段的频谱分析，循环次数N1＝iend-istart+1，即设置的 频域被划分的段数。判断每次循环分析的频段所属范围并选择对应频段的RBW 值，选择条件为istart+i1(i1＝0,1,2,…为循环迭代，每循环一次其值加1)，如 果istart+i1值为0，那么分析的频段属于A频段，选择RBW1，值为1则属于B 频段，选择RBW2，值为2则属于CD频段，选择RBW3。
在判断频段所属范围的分支结构内嵌套一个分支结构来选择每次循环分析 频段的结束频率fend，选择条件为iend-istart是否等于i1，如果等于，说明分析 的是最后一个频段，本次循环的fend为用户设置的结束频率，如果不等于，说 明分析的不是最后一个频段，那么本次循环的fend为频域划分点频率，频域划 分点频率的选择与RBW的选择同步。istart+i1值为0选择150KHz，istart+i1值为1选择30MHz，istart+i1值为2选择用户设置的结束频率。
每次循环的结束频率fend存入一个移位寄存器，作为下次循环的起始频率 fstart，存放结束频率的移位寄存器初始值为用户设置的起始频率。将每次循环 得到的频谱往后连接，最后得到用户所设置频域的频谱。
进一步地，处理模块2继续执行步骤S2，根据设定测试的起始频率fstart和 结束频率fend，针对每个频率点，依次求出所有时间段对应频谱的峰值、准峰值、 平均值以及均方根值，从而得到四条新的频谱，即为PK值频谱、QP值频谱、AVG值频谱以及RMS值频谱：
S21、从测试的起始频率fstart和结束频率fend，针对每个频率点，通过快速傅 里叶变换得到其所有时间段对应的频谱；
S22、根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号 幅值的最大值，即为峰值，从而得到从起始频率fstart到结束频率fend的PK值频 谱；
S23、根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号 幅值的准峰值，从而得到从起始频率fstart到结束频率fend的QP值频谱；
S24、根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号 幅值的平均值，从而得到从起始频率fstart到结束频率fend的AVG值频谱；
S25、根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号 幅值的均方根值，从而得到从起始频率fstart到结束频率fend的RMS值频谱。
具体地，先执行步骤S21，得到多个频率点的频谱数据数组A[m][n]，其中， 数组A[m][n]中每一行为同一时间段内的不同频率点的信号幅值。
后续计算的总体思路如如下：先进行转置得到数组A[n][m]，那么 A[n][m]的每一行就为一个频率点在不同时间的信号幅值；再计算A[n][m]每 一行数据的PK值(峰值)、QP值(准峰值)、AVG值(平均值)、RMS值 (均方根)，即得到每个频率点的PK值(峰值)、QP值(准峰值)、AVG值 (平均值)、RMS值(有效值，均方根)，同时计算每个频率点的频率值，用公式(i3为此循环结构的循环迭代)求；循环直到计算完 A[n][m]的最后一行数据，循环结束后分别输出一维数组PK[n]、QP[n]、 AVG[n]、RMS[n]和f[n]，分别为PK、QP、AVG、RMS值频谱幅值和频谱的 横坐标数据。
执行步骤S22，计算出数组A[n][m]每一行数据的最大值，即得到每个频率 点的PK值(峰值)；从而得到从起始频率fstart到结束频率fend的PK值频谱。
执行步骤S23，由于QP值(准峰值)检波器会用到充放电时间常数，不同 频段的信号的QP值计算公式不一样，根据电容充放电规律和QP值检波器充放 电时间常数要求推导出电容电压u计算公式见表1。
表1电容电压u计算公式
执行步骤S23之前，根据所述测试的起始频率fstart到结束频率fend判断信号 的测试频段是否跨越多个划分频段(A、B、CD)：如果信号的测试频段跨越过 多个划分频段，则需要根据频率划分点(150KHz和30MHz)将信号的测试频段 分成多个小频段分别进行准峰值计算分析，再将几个小频段的QP值频谱连接起 来，从而得到从起始频率fstart到结束频率fend的QP值频谱；如果信号的测试频 段并没有跨越过多个划分频段，则不用分频段处理，直接进行准峰值计算分析， 得到从起始频率fstart到结束频率fend的QP值频谱。
用数组B[m]表示A[n][m]的一行数据，将B[m]中的数据逐个代入到表1 对应公式中的ui，每次循环计算得到的u存入移位寄存器，在下次循环时代入 到公式中的u0，截段信号的时间长度T就代入到公式中的T，循环直到代入 B[m]的最后一个数据计算结束，循环结束从移位寄存器输出u即为这一行的 QP值。计算出A[n][m]每一行数据的QP值即得到每个频率点的QP值。
执行步骤S24，计算出A[n][m]每一行数据的平均值，即得到每个频率点的 AVG值；从而得到从起始频率fstart到结束频率fend的AVG值频谱。
执行步骤S25，根据均方根值计算公式计算均方根值， A[n][m]的一行数据的数据量用m表示，将T(m-1)代入到公式中的t1，T 带入到dt，A[n][m]的每一行数据代为一个f(t)函数，通过均方根值计算公式 计算出A[n][m]每一行数据的均方根值，即得到每一个频率点的RMS值；从而 得到从起始频率fstart到结束频率fend的RMS值频谱。
处理模块2执行完步骤S2，计算分析出上述四条频谱的数据之后，处理模 块2将频谱幅值一维数组PK[n](QP[n]、AVG[n]、RMS[n])和对应频率数组 f[n]以表格或者文档格式存入存储器4中，同时通过输出模块3中的显示器对 外进行图片输出。
在通过所述显示器对外输出时，处理模块2将得到的PK、QP、AVG、RMS 值频谱幅值数据组成二维数组，一行为一种值的频谱数据，再进行单位转换， 乘以106后取lg对数再乘以20，将单位V转换为dBuV，同时将最后得到的频 谱横坐标数据f[n]组成相同行数的二维数组，两个二维数组分别作为曲线图的 纵横坐标数据，在所属显示器中显示出上述四条频谱曲线图。
最后，处理模块2执行步骤S3：
S31、导入设定所述四条频谱的限值曲线数据，
S32、将所述四条频谱的任意一条或多条与对应的限值曲线相比较，根据差 值判断导入的信号是否符合要求。
在步骤S31中，处理模块2从输入模块1中的键盘输入或者从存储器中导入 已经(根据先验知识)设定好的信号的上述四条频谱曲线的限值数据。
其中，限值数据的导入与时域信号的导入相同，先读取出文件中频率数据， 用F[n]表示，再读取出文件中的限值数据，用L[n]表示，F[n]和L[n]的数据 一一对应，即每个频率对应一个限值。在频率数据F[n]中逐个查找频谱横坐标 数据，将找到的数据在F[n]中的位置作为索引点，在限值数据L[n]中索引出对 应的限值，循环结束后得到频谱限值数据。最后将得到的频谱限值数据插入到 所述显示器中曲线图纵坐标数据的后一行，同时在曲线图横坐标数据中再插入 一行频谱横坐标数据，则可以在显示器的曲线图中同时显示频谱曲线和限值曲 线。
在步骤S32中，通过处理模块2比较实际频谱与限值之前，可以先通过输 入模块1中的鼠标和键盘创建一个比较菜单，然后从比较菜单名中分离出需要 比较的实际频谱与对应限值的名称。例如想要比较PK值频谱和PK值限值，首 先应该分离出PK值和PK值限值，将分离出的PK值和PK值限值与曲线图图 例名对比，找到对应频谱与限值的所在行，从曲线图纵坐标数据中索引出需要 比较的频谱数据Y[n](用Y[n]表示频谱数据)与限值数据YL[n](用YL[n]表示限 值数据)，另外从曲线图横坐标数据中索引出一行频谱横坐标数据X[n](用 X[n]表示频谱横坐标数据)。
在步骤S32中，通过处理模块2比较实际频谱与限值时，将频谱横坐标数 据X[n]按照其数据值大小平均分成10组数据，即在频域上平均分成10个频段， 以每一组数据的第一个数据在X[n]中的位置作为索引点，以这一组数据的数据 量为长度，从Y[n]中索引出每个X[n]分组对应的频谱数据，从而将Y[n]也在 频域上平均分成10个频段，然后找出每个频段的最大频谱幅值，再找出每个频 段最大频谱幅值在Y[n]中的位置，作为索引点，再从YL[n]中索引出对应的限 值，比较每个频段的最大频谱幅值与对应的限值大小：若最大频谱幅值小于等 于对应的限值，得出“Pass”的比较结果，即该频段内的信号满足电磁兼容性要 求；否则，得出“Fail”的比较结果，该频段内的信号不符合电磁兼容性要求。
对测试“Fail”的频段，处理模块2能通过输出模块3的显示器生成警示标 识或者通过输出模块3中的警报器对外做出警示提醒，以便测试研发人员及早 发现并处理问题，缩短电磁兼容性设计的周期；同时将所分的频段、各频段的最 大频谱幅值、限值、差值及比较结果制成表格文件保存到存储器4中，以便后 续分析跟踪问题的调用。
相关表格文件数据和图片的导出保存可通过输入模块1中的鼠标和键盘来 实现。可以将数据以表格文档的形式导出到剪切板和到表格文件，或者是以曲 线图的形式导出到剪切板和图片文件，最终实现相关数据的对外输出和保存。
本发明通过软件系统集成的方法对时域信号进行快速傅里叶变换分析，得 到信号的多种频谱(PK、QP、AVG、RMS值频谱)，再给定相应的限值曲线数 据，从而根据二者的差值很快就能判断出信号是否满足电磁兼容性要求。与现有 技术相比，本发明的电磁兼容性测试仿真分析方法及相应的测试系统的测试时 间短、操作简单、成本低廉、适用范围广，实现了产品电磁兼容的正向设计，有 效地提高了设计的效率和电磁兼容性测试认证的通过率。
综上所述，在本发明实施例提供的电磁兼容性测试仿真分析方法及相应的 测试仿真分析系统中，通过软件系统集成的方法对时域信号进行快速傅里叶变 换分析，得到信号的频谱，再根据所有时间段对应频谱的幅值，得出从起始频率 到结束频率内所有频率的峰值、准峰值、平均值以及均方根值，进而得到四条新 的频谱，再给定相应的限值曲线数据，从而根据二者的差值很快就能判断出信号 是否满足电磁兼容性要求。与现有技术相比，本发明的电磁兼容性测试仿真分析 方法及相应的测试系统的测试分析时间短、操作简单、成本低廉、适用范围广， 实现产品电磁兼容的正向设计，有效地提高了电磁兼容性设计的效率和测试认 证的通过率。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任 何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明 揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离 本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种电磁兼容性测试仿真分析方法，其特征在于，包括步骤：
导入采集或者仿真到的时域信号，进行快速傅里叶变换，得到多个频率段的频谱；
设定测试的起始频率和结束频率，针对每个频率点，依次求出所有时间段对应频谱的峰值、准峰值、平均值以及均方根值，从而得到四条频谱；以及
导入设定所述四条频谱的限值曲线数据，将所述四条频谱的任意一条或多条与对应的限值曲线相比较，根据差值判断导入的信号是否符合电磁兼容性要求。
2.如权利要求1所述的电磁兼容性测试仿真分析方法，其特征在于，所述进行快速傅里叶变换的步骤包括：
导入采集或者仿真得到的时域信号，利用窗函数进行分段采样，以窗函数的时间宽度为步进截取所述时域信号，得到多个分段时域信号；
根据设定的结束频率计算出时域信号的采样率要求，并判断所述步进截取的分段时域信号是否满足采样率要求，进而决定是否需要重新采样；
若所述步进截取的分段时域信号采样率大于等于要求的采样率，则不需要重新采样，否则需要以要求的采样率进行重新采样；
对所有满足采样率要求的分段时域信号进行快速傅里叶变换，把所述时域信号转为频域信号，得到多个时间段对应的频谱。
3.如权利要求2所述的电磁兼容性测试仿真分析方法，其特征在于，所述窗函数为矩形窗函数。
4.如权利要求2所述的电磁兼容性测试仿真分析方法，其特征在于，如果所述步进截取的分段时域信号采样率小于要求的采样率，则利用线性插值法对所述时域信号以要求的采样率进行重新采样。
5.如权利要求1所述的电磁兼容性测试仿真分析方法，其特征在于，所述四条新的频谱记为PK值频谱、QP值频谱、AVG值频谱以及RMS值频谱。
6.如权利要求5所述的电磁兼容性测试仿真分析方法，其特征在于，所述得到四条频谱的步骤包括：
从测试的起始频率到结束频率，针对每个频率点，通过快速傅里叶变换得到其所有时间段对应的频谱；
根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号幅值的最大值，即为峰值，从而得到从起始频率到结束频率的PK值频谱；
根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号幅值的准峰值，从而得到从起始频率到结束频率的QP值频谱；
根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号幅值的平均值，从而得到从起始频率到结束频率的AVG值频谱；
根据每个频率点在不同时间段内的信号幅值，求出每个频率点的信号幅值的均方根值，从而得到从起始频率到结束频率的RMS值频谱。
7.如权利要求6所述的电磁兼容性测试仿真分析方法，其特征在于，所述得到从起始频率到结束频率的QP值频谱的步骤包括：
对信号的整个频域进行划分，设定M个频率划分点，将整个频域划分为M+1个频段；
根据所述测试的起始频率和结束频率判断信号的测试频段是否跨越多个划分频段；
如果信号的测试频段跨越过多个划分频段，则需要根据所述频率划分点将信号的测试频段分成多个小频段分别进行准峰值计算分析，再将几个小频段的QP值频谱连接起来，从而得到从起始频率到结束频率的QP值频谱；
如果信号的测试频段没有跨越过多个划分频段，则不用分频段处理，直接进行准峰值计算分析，从而得到从起始频率到结束频率的QP值频谱。
8.如权利要求1所述的电磁兼容性测试仿真分析方法，其特征在于，所述根据差值判断导入的信号是否符合电磁兼容性要求的步骤包括：
导入设定所述四条频谱的限值曲线数据；
选定所述四条频谱的任意一条或多条，将实际频谱曲线的频域平分成N个频段，找出每个频段的最大频谱幅值；
在每个频段内，根据所述最大频谱幅值对应的频率点找出与所述实际频谱曲线对应的限值曲线上的限值；
若频段内的最大频谱幅值小于等于对应的限值，则该频段内的信号符合电磁兼容性要求，否则不符合要求。
9.如权利要求8所述的电磁兼容性测试仿真分析方法，其特征在于，所述电磁兼容性测试仿真分析方法还包括步骤：
对外输出实际频谱曲线、限值曲线以及比较判断结果，以及早提醒电磁兼容性测试失败，方便调整修改；
保存所述实际频谱曲线、限值曲线以及比较判断结果，以便于后续数据的追踪调用。
10.如权利要求9所述的电磁兼容性测试仿真分析方法，其特征在于，所述实际频谱曲线、限值曲线以及比较判断结果的输出保存采用表格或者图片形式。
11.一种电磁兼容性测试仿真分析系统，其特征在于，至少包括：
输入模块，导入时域信号数据，输入设定所述时域信号对应频域信号的限值曲线数据，并选择决定待处理的比较输出对象；
处理模块，通过快速傅里叶变换把所述时域信号转为频域信号，得到多个时间段对应的频谱，计算出每个频率的峰值、准峰值、平均值以及均方根值，得到四条频谱，再与对应的四条频谱的限值曲线数据作比较，判断采集的信号是否超过限值；
输出模块，输出信号的多条实际频谱曲线数据、对应限值曲线数据以及测试判断结果；
存储器，保存信号的多条实际频谱曲线数据、对应限值曲线数据以及测试判断结果；
其中，所述处理模块分别与所述输入模块、输出模块以及存储器数据耦合。
12.如权利要求11所述的电磁兼容性测试仿真分析系统，其特征在于，所述时域信号数据由信号采集器采集或者仿真系统仿真得到。
13.如权利要求11所述的电磁兼容性测试仿真分析系统，其特征在于，所述输入模块包括键盘和鼠标。
14.如权利要求11所述的电磁兼容性测试仿真分析系统，其特征在于，所述四条频谱为PK值频谱、QP值频谱、AVG值频谱以及RMS值频谱。
15.如权利要求13所述的电磁兼容性测试仿真分析系统，其特征在于，所述四条频谱的起始频率和结束频率通过所述输入模块设定。
16.如权利要求11所述的电磁兼容性测试仿真分析系统，其特征在于，所述输出模块包括显示器。
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