CN111579881A - 一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建方法 - Google Patents

一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建方法及装置，通过本发明的技术方案，将电磁发射频谱图提取的包络特征、谐波特征和峰值特征降维融合形成特征向量，针对正弦信号、方波信号、尖峰信号和振荡衰减信号四类信号的特点，提出统一的特征向量构建方法，既能让四类信号具有可比性，同时又能实现电磁发射要素的有效区分。

Description

一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建方法
技术领域
本发明属于电磁兼容技术领域，尤其涉及一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建方法及装置。
背景技术
针对被试品电磁干扰难分析、难辨识等难题，为了建立被试品电磁发射与内部干扰源之间的联系，北京航空航天大学电磁兼容团队提出的电磁发射要素理论指出，电磁发射测试数据特征可以分解为模拟源、数字源、脉冲源和失配源四种简单基本要素特征，主要包括正弦信号、方波信号、尖峰信号及振荡衰减信号。这四类电磁发射基本要素特征在峰值、包络和谐波等特征方面有所差异，然而，实际电磁发射测试所得的频谱图，多个电磁发射基本要素可能同时存在于全频段范围内的不同局部、由于测试参数设置的不同峰值点和包络信息在全频段所处的位置不相同、不同包络特征对应的频点数不一定相同，因此，在利用频谱特征对频谱图中的电磁发射要素进行分析时，需要针对四类电磁发射基本要素的特征，提出统一的特征向量构建方法，既能让四类信号具有可比性，同时又能实现电磁发射要素的有效区分。
发明内容
为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建方法及装置，能够实现电磁发射要素的可比性和有效区分。
为实现上述技术目的，本发明的具体技术方案如下：
一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选取被试品的电磁发射原始频谱图中具有包络特征的局部频段；
S2：只保留步骤S1中选取的局部频段的包络特征的幅度信息，舍弃其对应的频率信息；
S3：对步骤S2的结果进行降维处理，通过插值形成统一长度的包络特征向量；
S4：分析步骤S1中选取的局部频段的谐波特征和峰值特征；
S4-1：如果步骤S1中选取的局部频段具有谐波特性，则谐波标志位设置为“1”，否则设置为“0”；如果局部频段具有谐波特性，根据基波信息进一步分析被试品的电磁发射原始频谱图的峰值信息是否满足“谐波在频域的幅度比基波的幅度低20dB以上”，如果满足则峰值标志位设置为“1”，否则设置为“0”；
S4-2：将谐波标志位和峰值标志位结合形成谐波特征向量；
S4-3：为了使谐波特征向量的权重与包络特征向量的权重相当，采取扩展特征向量的方法，用多维向量表征谐波标志位和峰值标志位；
S5：将步骤S3形成的包络特征向量归一化处理，计算公式为：
Figure BDA0002491301100000021
其中，ymin为包络特征向量中的最小值，ymax为包络特征向量中的最大值，y为归一化之前包络特征幅值，y′为归一化之后包络特征幅值；将步骤S4形成的谐波特征向量采用同样的方法进行归一化处理；
S6：将归一化处理后的包络特征向量和的谐波特征向量融合，即将两类特征向量联合成为一个特征向量。
一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建装置，其特征在于，包括：
选取模块，用于选取被试品的电磁发射原始频谱图中具有包络特征的局部频段；
包络特征向量构建模块，用于保留选取模块中选取的局部频段的包络特征的幅度信息，舍弃其对应的频率信息；然后进行降维处理，通过插值形成统一长度的包络特征向量；
谐波特征向量构建模块，用于分析选取模块中选取的局部频段的谐波特征和峰值特征，如果选取模块中选取的局部频段具有谐波特性，则谐波标志位设置为“1”，否则设置为“0”；如果局部频段具有谐波特性，根据基波信息进一步分析被试品的电磁发射原始频谱图的峰值信息是否满足“谐波在频域的幅度比基波的幅度低20dB以上”，如果满足则峰值标志位设置为“1”，否则设置为“0”；再将谐波标志位和峰值标志位结合形成谐波特征向量；采取扩展特征向量的方法，用多维向量表征谐波标志位和峰值标志位；
归一化模块，将包络特征向量构建模块形成的包络特征向量归一化处理，计算公式为：
Figure BDA0002491301100000022
其中，ymin为包络特征向量中的最小值，ymax为包络特征向量中的最大值，y为归一化之前包络特征幅值，y′为归一化之后包络特征幅值；将谐波特征向量构建模块形成的谐波特征向量采用同样的方法进行归一化处理；
融合模块，将归一化处理后的包络特征向量和谐波特征向量融合，即将两类特征向量联合成为一个特征向量。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的方法，将电磁发射频谱图提取的包络特征、谐波特征和峰值特征降维融合形成特征向量。
2.本发明的方法针对正弦信号、方波信号、尖峰信号和振荡衰减信号四类信号的特点，提出统一的特征向量构建方法，既能让四类信号具有可比性，同时又能实现电磁发射要素的有效区分。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，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，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的谐波特征向量构建方法流程图；
图3是本发明一个实施例的被试设备的辐射发射频谱图；
图4是本发明一个实施例的被试设备在频段3-30MHz辐射发射的频谱包络。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
电磁发射测试结果通常是宽频段、大范围的频谱图，在整个频段范围内的电磁发射往往同时包含多种电磁发射要素，而且不同的测试数据存在特征频段不一致、频点数不相同等问题。为了克服以上问题，本发明提出一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：选取被试品的电磁发射原始频谱图中具有包络特征的局部频段；
S2：只保留步骤S1中选取的局部频段的包络特征的幅度信息，舍弃其对应的频率信息；
S3：对步骤S2的结果进行降维处理，通过插值形成统一长度的包络特征向量；
S4：分析步骤S1中选取的局部频段的谐波特征和峰值特征，如图2所示；
S4-1：如果步骤S1中选取的局部频段具有谐波特性，则谐波标志位设置为“1”，否则设置为“0”；如果局部频段具有谐波特性，根据基波信息进一步分析被试品的电磁发射原始频谱图的峰值信息是否满足“谐波在频域的幅度比基波的幅度低20dB以上”，如果满足则峰值标志位设置为“1”，否则设置为“0”；
S4-2：将谐波标志位和峰值标志位结合形成谐波特征向量；
S4-3：为了使谐波特征向量的权重与包络特征向量的权重相当，采取扩展特征向量的方法，用多维向量表征谐波标志位和峰值标志位；
S5：将步骤S3形成的包络特征向量归一化处理，计算公式为：
Figure BDA0002491301100000041
其中，ymin为包络特征向量中的最小值，ymax为包络特征向量中的最大值，y为归一化之前包络特征幅值，y′为归一化之后包络特征幅值；将步骤S4形成的谐波特征向量采用同样的方法进行归一化处理；
S6：将归一化处理后的包络特征向量和的谐波特征向量融合，即将两类特征向量联合成为一个特征向量。
一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建装置，其特征在于，包括：
选取模块，用于选取被试品的电磁发射原始频谱图中具有包络特征的局部频段；
包络特征向量构建模块，用于保留选取模块中选取的局部频段的包络特征的幅度信息，舍弃其对应的频率信息；然后进行降维处理，通过插值形成统一长度的包络特征向量；
谐波特征向量构建模块，用于分析选取模块中选取的局部频段的谐波特征和峰值特征，如果选取模块中选取的局部频段具有谐波特性，则谐波标志位设置为“1”，否则设置为“0”；如果局部频段具有谐波特性，根据基波信息进一步分析被试品的电磁发射原始频谱图的峰值信息是否满足“谐波在频域的幅度比基波的幅度低20dB以上”，如果满足则峰值标志位设置为“1”，否则设置为“0”；再将谐波标志位和峰值标志位结合形成谐波特征向量；采取扩展特征向量的方法，用多维向量表征谐波标志位和峰值标志位；
归一化模块，将包络特征向量构建模块形成的包络特征向量归一化处理，计算公式为：
Figure BDA0002491301100000051
其中，ymin为包络特征向量中的最小值，ymax为包络特征向量中的最大值，y为归一化之前包络特征幅值，y′为归一化之后包络特征幅值；将谐波特征向量构建模块形成的谐波特征向量采用同样的方法进行归一化处理；
融合模块，将归一化处理后的包络特征向量和谐波特征向量融合，即将两类特征向量联合成为一个特征向量。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体实施例对本发明的上述技术方案进行详细说明。
实施例1
如图3所示，为被试设备在频段10kHz-30MHz的辐射发射频谱图，图中点划线为该设备对应的GJB 151A极限值，由图可以看出，该设备在3-30MHz出现了超标，因此，对该频段的频谱特征进行特征向量构建。
S1：选取被试设备电磁发射原始频谱图中具有包络特征的局部频段；
S2：只保留包络特征的幅度信息，舍弃其对应的频率信息，如图4所示；
S3：对包络特征降维处理，通过插值形成长度为128位的包络特征向量；
S4：分析步骤S1中选取的局部频段中的谐波特征和峰值特征；
S4-1：如果步骤S1中选取的局部频段具有谐波特性，谐波标志位设置为“1”；且根据基波信息(基波为325kHz)进一步分析被试设备的电磁发射原始频谱图的峰值信息不满足“谐波在频域的幅度比基波的幅度低20dB以上”，设置峰值标志位为“0”；
S4-2：将谐波标志位和峰值标志位结合在一起，形成谐波特征向量；
S4-3：为了使得谐波特征向量的权重与包络特征向量的权重相当，采取扩展特征向量的方法，用20维向量来表征谐波标志位和峰值标志位；
S5：为了避免发生数量级较大的特征淹没数量级较小的特征，对包络特征进行归一化处理，计算公式为：计算公式为：
Figure BDA0002491301100000052
其中，ymin为包络特征的最小值，ymax为包络特征的最大值，y为归一化之前包络特征幅值，y′为归一化之后包络特征幅值；将步骤S4形成的谐波特征向量采用同样的方法进行归一化处理；
S6：将归一化处理后的包络特征向量和谐波特征向量融合，即将两类特征向量联合成为一个特征向量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选取被试品的电磁发射原始频谱图中具有包络特征的局部频段；
S2：只保留步骤S1中选取的局部频段的包络特征的幅度信息，舍弃其对应的频率信息；
S3：对步骤S2的结果进行降维处理，通过插值形成统一长度的包络特征向量；
S4：分析步骤S1中选取的局部频段的谐波特征和峰值特征；
S4-1：如果步骤S1中选取的局部频段具有谐波特性，则谐波标志位设置为“1”，否则设置为“0”；如果局部频段具有谐波特性，根据基波信息进一步分析被试品的电磁发射原始频谱图的峰值信息是否满足“谐波在频域的幅度比基波的幅度低20dB以上”，如果满足则峰值标志位设置为“1”，否则设置为“0”；
S4-2：将谐波标志位和峰值标志位结合形成谐波特征向量；
S4-3：为了使谐波特征向量的权重与包络特征向量的权重相当，采取扩展特征向量的方法，用多维向量表征谐波标志位和峰值标志位；
S5：将步骤S3形成的包络特征向量归一化处理，计算公式为：
Figure FDA0002491301090000011
其中，ymin为包络特征向量中的最小值，ymax为包络特征向量中的最大值，y为归一化之前包络特征幅值，y′为归一化之后包络特征幅值；将步骤S4形成的谐波特征向量采用同样的方法进行归一化处理；
S6：将归一化处理后的包络特征向量和的谐波特征向量融合。
2.一种频域多特征融合电磁发射特征向量构建装置，其特征在于，包括：
选取模块，用于选取被试品的电磁发射原始频谱图中具有包络特征的局部频段；
包络特征向量构建模块，用于保留选取模块中选取的局部频段的包络特征的幅度信息，舍弃其对应的频率信息；然后进行降维处理，通过插值形成统一长度的包络特征向量；
谐波特征向量构建模块，用于分析选取模块中选取的局部频段的谐波特征和峰值特征，如果选取模块中选取的局部频段具有谐波特性，则谐波标志位设置为“1”，否则设置为“0”；如果局部频段具有谐波特性，根据基波信息进一步分析被试品的电磁发射原始频谱图的峰值信息是否满足“谐波在频域的幅度比基波的幅度低20dB以上”，如果满足则峰值标志位设置为“1”，否则设置为“0”；再将谐波标志位和峰值标志位结合形成谐波特征向量；采取扩展特征向量的方法，用多维向量表征谐波标志位和峰值标志位；
归一化模块，将包络特征向量构建模块形成的包络特征向量归一化处理，计算公式为：
Figure FDA0002491301090000012
其中，ymin为包络特征向量中的最小值，ymax为包络特征向量中的最大值，y为归一化之前包络特征幅值，y′为归一化之后包络特征幅值；将谐波特征向量构建模块形成的谐波特征向量采用同样的方法进行归一化处理；
融合模块，将归一化处理后的包络特征向量和谐波特征向量融合。
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