CN110501581A - 电磁兼容性测试分析方法及其系统 - Google Patents

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CN110501581A CN201810469191.4A CN201810469191A CN110501581A CN 110501581 A CN110501581 A CN 110501581A CN 201810469191 A CN201810469191 A CN 201810469191A CN 110501581 A CN110501581 A CN 110501581A
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沈诚龙
潘文
姚伟
沈冰
谭天洪
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/001—Measuring interference from external sources to, or emission from, the device under test, e.g. EMC, EMI, EMP or ESD testing
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks

Abstract

本发明公开了一种电磁兼容性测试分析方法以及对应的电磁兼容性测试系统。在本发明的电磁兼容性测试分析方法中，通过集成的软件对导入的时域信号进行多级超外差扫频分析，得到信号的多种频谱，从而根据与测试标准限值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分析方法的分析时间短、操作简单、成本低廉、适用范围广，有效地提高了电磁兼容性设计的效率。

Description

电磁兼容性测试分析方法及其系统
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，但其操作繁琐复杂，费用昂贵，测试效率低，测试成本高，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方案，以解决汽车整车的电磁兼容性测试难、测试慢等问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种电磁兼容性测试分析方法，包括步骤：
设定测试的起始频率和结束频率，导入时域信号，对所述时域信号多次进行超外差扫频，得到从起始频率到结束频率内每个频率点对应的包络信号；
依次求出每个频率点对应包络信号的峰值、准峰值、平均值及均方根值，从而得到四条从起始频率到结束频率的频谱；以及
导入四条所述频谱的限值曲线数据，将四条所述频谱的任意一条或多条与对应的限值曲线相比较，根据差值判断所述时域信号是否满足电磁兼容性要求。
可选的，所述时域信号通过采集或仿真得到。
可选的，对所述时域信号多次进行超外差扫频，得到从起始频率到结束频率内每个频率点对应的包络信号的步骤包括：
调节本振频率，以不同的本振频率对所述时域信号进行混频处理，将从起始频率到结束频率内每个频率点的信号映射成中心频率信号；
对混频处理得到的信号进行中频滤波处理，得到所述中心频率的中频信号；以及，
对所述中频信号进行包络检波得到所述包络信号。
可选的，从低到高依次调节所述本振频率。
可选的，所述超外差扫频为多级超外差扫频。
可选的，对所述时域信号多次进行超外差扫频，得到从起始频率到结束频率内每个频率点对应的包络信号的步骤包括：
调节本振频率，以不同的本振频率对所述时域信号进行混频处理，将从起始频率到结束频率内每个频率点的信号映射成中心频率信号；
对混频处理得到的信号进行中频滤波处理，得到所述中心频率的中频信号；
多次以不同于所述本振频率的其它固定频率对所述中频信号进行混频和滤波处理，消除高频信号对所述中频信号的干扰；以及，
对所述中频信号进行包络检波得到所述包络信号。
可选的，四条所述频谱记为PK值频谱、QP值频谱、AVG值频谱以及RMS值频谱。
可选的，得到四条从起始频率到结束频率的频谱的步骤包括：
根据每个频率点对应包络信号的信号幅值，求出信号幅值的最大值作为该频率点的峰值，从而得到从起始频率到结束频率的PK值频谱；
根据每个频率点对应包络信号的信号幅值，求出信号幅值的准峰值作为该频率点的准峰值，从而得到从起始频率到结束频率的QP值频谱；
根据每个频率点对应包络信号的信号幅值，求出信号幅值的平均值作为该频率点的平均值，从而得到从起始频率到结束频率的AVG值频谱；以及，
根据每个频率点对应包络信号的信号幅值，求出信号幅值的均方根值作为该频率点的均方根值，从而得到从起始频率到结束频率的RMS值频谱。
可选的，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，再将多个所述小频段的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，从而得到从起始频率到结束频率的QP值频谱。
可选的，根据差值判断所述时域信号是否满足电磁兼容性要求的步骤包括：
导入四条所述频谱的限值曲线数据；
选定四条所述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；以及，
若频段内的最大频谱幅值小于等于对应的限值，则该频段内的信号满足要求，否则不满足要求。
可选的，所述电磁兼容性测试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；
保存所述实际频谱曲线、限值曲线以及比较判断结果。
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系统，至少包括：
输入组件，输入设定测试的起始频率、结束频率以及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；
处理器，通过超外差扫频，得到从起始频率到结束频率内每个频率点的包络信号，计算出每个频率点的峰值、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，判断导入的信号是否超过限值；
输出组件，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；以及，
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，所述处理器分别与所述输入组件、输出组件以及存储器数据耦合。
可选的，所述输入组件包括键盘和鼠标。
可选的，所述输出组件包括显示器和警报器。
本发明通过软件系统集成的方法对导入的时域信号进行超外差扫频分析，得到测试频率点的包络信号，进而得出从起始频率到结束频率的信号峰值、准峰值、平均值、均方根值的频谱，再给定相应的限值曲线数据，根据二者的差值很快就能判断出导入的时域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，有效地提高了电磁兼容性设计的效率与测试认证的通过率。
附图说明
图1为本发明一实施例的电磁兼容性测试分析方法的流程图；
图2为本发明一实施例的电磁兼容性测试系统的结构示意图；
图3为本发明一实施例的电磁兼容性测试分析方法的峰值检波流程图；
图4为本发明一实施例的电磁兼容性测试分析方法的准峰值检波流程图；
图5为本发明一实施例的电磁兼容性测试分析方法的平均值检波流程图；
图6为本发明一实施例的电磁兼容性测试分析方法的均方根值检波流程图；
图中，1-输入组件，2-处理器，3-输出组件，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，不利于企业发展；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，本发明应用信号处理理论与技术，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LabVIEW的电磁兼容性测试分析方法及其系统，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超外差扫频分析方法，可将采集或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，从而实现电磁兼容性的正向设计，减少设计时间，并降低测试成本。
具体地，如图1所示，本发明实施例的电磁兼容性测试分析方法包括以下步骤：
S1、设定测试的起始频率fstart和结束频率fend，导入时域信号，对所述时域信号多次进行超外差扫频，得到从起始频率fstart到结束频率fend内每个频率点对应的包络信号；
S2、依次求出每个频率点对应包络信号的峰值、准峰值、平均值及均方根值，从而得到四条从起始频率fstart到结束频率fend的频谱，从而得到四条频谱，即为PK值频谱、QP值频谱、AVG值频谱以及RMS值频谱；以及
S3、导入设定四条所述频谱的限值曲线数据，将四条所述频谱的任意一条或多条与对应的限值曲线相比较，根据差值判断所述时域信号是否满足电磁兼容性要求。
此外，为实现本发明实施例的电磁兼容性测试分析方法，还需要借助一套如图2所示的电磁兼容性测试系统。
如图2所示，本发明实施例的电磁兼容性测试系统包括输入组件1、处理器2、输出组件3以及存储器4，处理器2分别与输入组件1、输出组件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：
输入组件1，输入设定测试的起始频率fstart、结束频率fend以及时域信号对应频域信号的限值曲线数据，并选择决定待处理器2处理的比较输出对象；
处理器2，通过超外差扫频，得到从起始频率fstart到结束频率fend内每个频率点的包络信号，计算出每个频率点的峰值、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，判断导入的时域信号是否超过限值；
输出组件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，待测试的时域信号可以由EMC测量接收机采集得到，也可以由仿真工具仿真得到。
可选的，输入组件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器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fstart和结束频率fend。
可选的，如图2所示，处理器2至少包括超外差扫频部件和运算器，所述超外差扫频部件包括本振信号模块、混频模块、中频滤波模块和包络检波模块，所述运算器包括运算逻辑部件、寄存部件以及控制部件。
可选的，输出组件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待测试时域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；当发现待测试时域信号超过设定限值时，所述警报器发出警报，以提醒该频段信号不符合电磁波兼容性要求，提醒设计人员及时调整修改。
下面，结合图1和图2，详细介绍本发明的电磁兼容性测试分析方法及其测试系统的工作原理。
测试系统接收到测试命令之后，导入待测试的时域信号，参照图1，处理器2执行步骤S1，对时域信号多次进行超外差扫频，得到从起始频率fstart到结束频率fend内每个频率点对应的包络信号：
S11、调节本振频率，以不同的本振频率对时域信号进行混频处理，将从起始频率fstart到结束频率fend内每个频率点的信号映射成中心频率附近的信号；
S12、对混频处理得到的信号进行中频滤波处理，得到所述中心频率附近的中频信号；
S13、对所述中频信号进行包络检波得到包络信号。
其中，测试系统从文件中导入时域信号数据时，处理器2读取时域信号的文件，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。
处理器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)，数组的行列与文件中相同，利用循环结构逐个索引二维数组的元素，直到找到该元素，用“Ampl”表示，可以得到“Ampl”所在的行号与列号，再从“Ampl”索引出其下一行开始的所有元素，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]。
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。
接着处理器2执行步骤S11：调节本振频率，以不同的本振频率对时域信号进行混频处理，将从起始频率fstart到结束频率fend内每个频率点的信号映射成中心频率附近的信号。
可选的，从低到高依次调节所述本振频率，再采用超外差方案，对整段时域信号扫频，从低频到高频逐个分析起始频率fstart到结束频率fend内各频率点在整段时域内的包络信号。
超外差扫频时，将导入的时域信号与本振信号模块生成的本振信号(频率记为本振频率)一同传输到混频模块完成混频处理，得到混频信号。
混频模块主要起乘法器的所用，设导入的时域信号如式(1)，本振信号如式(2)。
VLO(t)＝ALOcos(2πfLOt) (2)
其中，A为导入时域信号幅值，f为导入时域信号频率，为导入时域信号相位；ALO为本振信号幅值，fLO为本振信号频率。
那么，经过混频模块混频处理得到的混频信号如式(3)。
扫频分析采用的超外差方案正是利用混频信号中本振信号与导入时域信号的差频|fLO-f|，通过中心频率f0＝|fLO-f|的中频滤波模块对混频信号进行滤波来实现不同频率点的测量，因此程序通过乘法运算即让导入时域信号的幅值数据与本振信号幅值数据相乘得到混频信号。
其中，本振信号可通过“正弦波形”生成函数产生，数据量m应与导入时域信号相同，因此通过“数组大小”节点获取时域信号幅值数据的数据量作为“正弦波形”生成函数的采样量参数，由式(3)所示的混频公式可知要使混频信号幅值等于导入时域信号幅值A，本振信号幅值ALO应为2，因此“正弦波形”生成函数的幅值参数设置为2，要得到余弦信号则相位参数设置为90，周期参数设置为fLO·m·dt。
接着，处理器2执行步骤S12：对混频处理得到的信号进行中频滤波处理，得到所述中心频率f0附近的中频信号。
通过中频滤波模块完成中频滤波处理，滤波类型输入枚举常量2(0低通，1高通，2带通，3带阻)，信号数据输入端输入混频信号，采样率为待测时域信号采样率即高截止为低截止频率为其中，RBW(带宽)的值由用户通过输入组件1自行设定，不同频段的信号，RBW(带宽)的设置选择也不同。
其中，混频的本振频率可从小到大(或从大到小)逐步调节，将从起始频率fstart到结束频率fend内各频率点的时域信号逐步映射到中频滤波模块的中心频率f0附近，再通过中频滤波模块的滤波处理，得到中心频率f0附近的中频信号，即得到导入时域信号某一频率点经过映射后的信号，通过式(3)调节混频本振信号的幅值、相位与周期，可以得到一个稳定输出的中频信号。将混频的本振信号幅值ALO设定为2，则根据式(3)输出的混频信号幅值刚好等于导入时域信号的幅值A。
此外，由于混频模块中还存在导入的时域信号，该时域信号的高频成分对需要的差频信号|fLO-f|有干扰，为进一步降低时域信号中的高频成分对所需差频信号的干扰，可对导入的时域信号进行多级超外差扫频处理。
如图1所示，对导入的时域信号进行了三级超外差扫频处理。
根据中心频率与差频的关系式f0＝|fLO-f|，可得fLO＝f0+f或fLO＝f-f0。
设一级混频的导入时域信号频率f＝fsig，则二级混频的输入信号频率f＝f01(f01为一级中心频率)，三级混频的输入信号频率f＝f02(f02为二级中心频率)，在数据量固定的情况下为了产生更准确的本振信号，本振频率应取小，而一级中心频率高于结束频率，那么也就有f01＞fsig，因此一级本振频率fLO1＝f01+fsig，二级本振频率fLO2＝f01-f02，三级本振频率fLO3＝f02-f03(f03为三级中心频率)。
其中，一级中心频率f01、二级中心频率f02、三级中心频率f03由各级中频滤波模块决定，一级本振频率随着测试频率fsig变化，二级本振频率、三级本振频率固定不变。
采用超外差方案，对整段时域信号扫频，从低频到高频逐个分析从起始频率fstart到结束频率fend内各频率点在整段时域内的信号幅值。
紧接着，处理器2执行步骤S13，对得到的中频信号进行包络检波得到包络信号Ve[n]，得到一个表示信号幅值的一维数组Ve[n]。
步骤S13通过包络检波模块完成，滤波类型输入枚举常量0，三级中频滤波输出的中频信号先通过取绝对值运算得到半波信号，然后乘以1000000即进行单位V到uV的单位转换使数据值增大，从而提高包络检波的准确度，再输入到一级中频滤波模块的信号数据输入端，采样率仍然为包络检波的输入信号为三级中频滤波的输出，包络检波要抑制中心频率f03得到低频包络信号，因此低截止频率设置为
上述为超外差扫频的具体流程，而扫频处理通过循环结构来实现，每次循环得到一个频率点的包络信号Ve[n]后，执行步骤S2，依次求出每个频率点对应包络信号Ve[n]的峰值、准峰值、平均值及均方根值，从而得到四条从起始频率fstart到结束频率fend的频谱，即为PK值频谱、QP值频谱、AVG值频谱以及RMS值频谱。
通过比较当前循环所测量频率加上RBW的值与用户设置的结束频率fend来控制循环结束，如果当前循环所测量频率加RBW大于用户设置的结束频率fend则结束循环。
按照先验知识和国际标准，参考图4，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。
每次循环测量的频率fsig加上RBW后存入移位寄存器作为下次循环要测量的fsig，移位寄存器初始值为用户设置的起始频率。每次循环测量的fsig通过循环结构的“自动索引通道”组成一维数组f[n]，在循环结束后输出，得到用户所设置频域内的各个频率，作为频谱横坐标数据。每个频率点对应包络信号的峰值(准峰值、平均值及均方根值)组成一维数组，作为频谱纵坐标数据。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。
循环结束后，处理器2输出信号在用户设置频域内PK、QP、AVG、RMS值频谱幅值数据和频谱横坐标数据。
其中，处理器2执行的步骤S2包括：
S21、根据每个频率点对应包络信号Ve[n]的信号幅值，求出信号幅值的最大值，即为该频率点的峰值，从而得到从起始频率fstart到结束频率fend的PK值频谱；
S22、根据每个频率点对应包络信号Ve[n]的信号幅值，求出信号幅值的准峰值，即为该频率点的准峰值，从而得到从起始频率fstart到结束频率fend的QP值频谱；
S23、根据每个频率点对应包络信号Ve[n]的信号幅值，求出信号幅值的平均值，即为该频率点的平均值，从而得到从起始频率fstart到结束频率fend的AVG值频谱；
S24、根据每个频率点对应包络信号Ve[n]的信号幅值，求出信号幅值的均方根值，即为该频率点的均方根值，从而得到从起始频率fstart到结束频率fend的RMS值频谱。
处理器2的运算器执行步骤S21，计算包络信号Ve[n]的峰值，如图3所示，通过比较一维数组Ve[n]中各元素的大小，获取最大值。先将Ve[n]中第一个元素赋值给常量PK，PK再逐个与Ve[n]中其他元素比较，如果某个元素大于PK，则将此元素赋值给PK，否则PK值保持不变，直到比较完最后一个元素，最后的PK值即为包络信号Ve[n]的峰值。从起始频率fstart到结束频率fend内每个频率点的峰值PK组成一维数组PK[n]。
由于QP值(准峰值)检波会用到充放电时间常数，不同频段信号的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
处理器2的运算器执行步骤S22，计算包络信号Ve[n]的准峰值，如图4所示，先给常量QP赋值0，然后判断所测频率fsig所属频段(A、B或CD)，再比较QP与数组Ve[n]中第一个元素的大小，选择对应的公式，QP代入到u0(n-1)，Ve[n]代入到ui(n)，相邻两个幅值间的时间间隔Δt代入到T，计算结果再赋值给QP，QP再与Ve[n]的第二个元素比较，依次循环，一直比较到最后一个元素，最终的QP值即为准峰值。从起始频率fstart到结束频率fend内每个频率点的峰值QP组成一维数组QP[n]。
其中，如图4所示,执行步骤S22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。
处理器2的运算器执行步骤S23，计算包络信号Ve[n]的平均值，如图5所示。包络信号Ve[n]的平均值由式(4)求出，求包络信号Ve[n]的均值只要求数组Ve[n]中所有元素的平均值即可。先求所有元素的和，再除以数组长度。从起始频率fstart到结束频率fend内每个频率点的峰值AVG组成一维数组AVG[n]。
处理器2的运算器执行步骤S24，计算包络信号Ve[n]的均方根值，如图6所示。包络信号Ve[n]的均方根值由式(5)求出，求包络信号Ve[n]的均方根值也只要求数组Ve[n]所有元素的均方根值。从起始频率fstart到结束频率fend内每个频率点的均方根值RMS组成一维数组RMS[n]。
处理器2执行完步骤S2，计算分析出上述四条频谱的数据之后，处理器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，同时通过输出组件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，处理器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，处理器2执行步骤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，根据差值判断所述时域信号是否满足电磁兼容性要求。
在步骤S3中，处理器2从输入组件1中的键盘输入或者从存储器中导入已经(根据先验知识)设定好的待测时域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，通过字符串“Frequency”读取出文件中频率数据F[n]，通过字符串“Limit”读取出文件中的限值数据L[n]，F[n]和L[n]的数据一一对应，即每个频率对应一个限值。
利用循环结构和“查找数组”节点在频率数据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，通过“索引数组”节点在限值数据L[n]中索引出对应的限值，循环结束后得到频谱限值数据。最后利用“插入数组”节点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S3中，通过处理器2比较实际频谱与限值之前，可以先通过输入组件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S3中，通过处理器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，即该频段内的时域信号满足电磁兼容性要求；否则，得出“Fail”的比较结果，该频段内的时域信号不符合电磁兼容性要求。
对测试“Fail”的频段，处理器2能通过输出组件3的显示器和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、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组件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。
本发明实施例通过软件系统集成的方法对时域信号进行超外差扫频分析，得到待测时域信号的包络信号，计算得出对应的PK、QP、AVG、RMS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待测的时域信号是否满足电磁兼容性要求。与现有技术相比，本发明实施例的电磁兼容性测试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，有效提高了电磁兼容性设计的效率与电磁兼容性测试的认证通过率。
综上所述，在本发明实施例提供的电磁兼容性测试分析方法及相应的测试系统中，基于多级超外差频谱分析原理，利用软件集成的测试系统来实现频谱分析的功能，具有峰值检波、准峰值检波、平均值检波和均方根值检波等多种功能，能广泛应用于车载电器的信号频谱分析，适用范围广、成本低；测试系统免去了硬件系统繁琐的操作，不需要进行硬件仪器的搬运，简化了操作，缩短了开发周期，提高了电磁兼容性设计的效率和电磁兼容性测试认证通过率；还可以通过测试系统对峰值、准峰值、平均值和均方根的图像及其限值图像进行自定义调整，操作更加人性化、智能化。
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 (15)

1.一种电磁兼容性测试分析方法，包括步骤：
设定测试的起始频率和结束频率，导入时域信号，对所述时域信号多次进行超外差扫频，得到从起始频率到结束频率内每个频率点对应的包络信号；
依次求出每个频率点对应包络信号的峰值、准峰值、平均值及均方根值，从而得到四条从起始频率到结束频率的频谱；以及
导入四条所述频谱的限值曲线数据，将四条所述频谱的任意一条或多条与对应的限值曲线相比较，根据差值判断所述时域信号是否满足电磁兼容性要求。
2.如权利要求1所述的电磁兼容性测试分析方法，其特征在于，所述时域信号通过采集或仿真得到。
3.如权利要求1或2所述的电磁兼容性测试分析方法，其特征在于，对所述时域信号多次进行超外差扫频，得到从起始频率到结束频率内每个频率点对应的包络信号的步骤包括：
调节本振频率，以不同的本振频率对所述时域信号进行混频处理，将从起始频率到结束频率内每个频率点的信号映射成中心频率信号；
对混频处理得到的信号进行中频滤波处理，得到所述中心频率的中频信号；以及，
对所述中频信号进行包络检波得到所述包络信号。
4.如权利要求3所述的电磁兼容性测试分析方法，其特征在于，从低到高依次调节所述本振频率。
5.如权利要求3所述的电磁兼容性测试分析方法，其特征在于，所述超外差扫频为多级超外差扫频。
6.如权利要求5所述的电磁兼容性测试分析方法，其特征在于，对所述时域信号多次进行超外差扫频，得到从起始频率到结束频率内每个频率点对应的包络信号的步骤包括：
调节本振频率，以不同的本振频率对所述时域信号进行混频处理，将从起始频率到结束频率内每个频率点的信号映射成中心频率信号；
对混频处理得到的信号进行中频滤波处理，得到所述中心频率的中频信号；
多次以不同于所述本振频率的其它固定频率对所述中频信号进行混频和滤波处理，消除高频信号对所述中频信号的干扰；以及，
对所述中频信号进行包络检波得到所述包络信号。
7.如权利要求1所述的电磁兼容性测试分析方法，其特征在于，四条所述频谱记为PK值频谱、QP值频谱、AVG值频谱以及RMS值频谱。
8.如权利要求7所述的电磁兼容性测试分析方法，其特征在于，得到四条从起始频率到结束频率的频谱的步骤包括：
根据每个频率点对应包络信号的信号幅值，求出信号幅值的最大值作为该频率点的峰值，从而得到从起始频率到结束频率的PK值频谱；
根据每个频率点对应包络信号的信号幅值，求出信号幅值的准峰值作为该频率点的准峰值，从而得到从起始频率到结束频率的QP值频谱；
根据每个频率点对应包络信号的信号幅值，求出信号幅值的平均值作为该频率点的平均值，从而得到从起始频率到结束频率的AVG值频谱；以及，
根据每个频率点对应包络信号的信号幅值，求出信号幅值的均方根值作为该频率点的均方根值，从而得到从起始频率到结束频率的RMS值频谱。
9.如权利要求8所述的电磁兼容性测试分析方法，其特征在于，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，再将多个所述小频段的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，从而得到从起始频率到结束频率的QP值频谱。
10.如权利要求1所述的电磁兼容性测试分析方法，其特征在于，根据差值判断所述时域信号是否满足电磁兼容性要求的步骤包括：
导入四条所述频谱的限值曲线数据；
选定四条所述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；以及，
若频段内的最大频谱幅值小于等于对应的限值，则该频段内的信号满足要求，否则不满足要求。
11.如权利要求10所述的电磁兼容性测试分析方法，其特征在于，所述电磁兼容性测试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；
保存所述实际频谱曲线、限值曲线以及比较判断结果。
12.如权利要求11所述的电磁兼容性测试分析方法，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。
13.一种电磁兼容性测试系统，其特征在于，至少包括：
输入组件，输入设定测试的起始频率、结束频率以及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；
处理器，通过超外差扫频，得到从起始频率到结束频率内每个频率点的包络信号，计算出每个频率点的峰值、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，判断导入的信号是否超过限值；
输出组件，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；以及，
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，所述处理器分别与所述输入组件、输出组件以及存储器数据耦合。
14.如权利要求13所述的电磁兼容性测试系统，其特征在于，所述输入组件包括键盘和鼠标。
15.如权利要求13所述的电磁兼容性测试系统，其特征在于，所述输出组件包括显示器和警报器。
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