CN116125172B - 一种电磁环境数据采集与特征分析方法 - Google Patents

一种电磁环境数据采集与特征分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电磁环境数据采集与特征分析方法，包括：将测试数据远程回传给终端，并进行各标准项的极限值比对，将不符合标准极限值的测试数据标记出超出标准的频段范围，并根据规则标号进行命名；对超出标准极限值的测试数据进行特征分析，依次进行测试频谱总体趋势分量提取、谐波分量提取、窄带分量提取、失配分量提取以及尖峰分量提取，分别进行量化表征。本发明通过现场实时测试获得的在线分析数据可以实时传回终端进行特征分析；通过分析电磁发射数据从而快速的获取设备和系统的电磁发射特性；减少对依靠经验检查法对分析人员的专业技能的依赖；避免近场探头检测法等耗时的方法，通过本方法可以对数据进行针对性的特征分析与表征。

Description

一种电磁环境数据采集与特征分析方法
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种电磁环境数据采集与特征分析方法。
背景技术
随着大量不同类型的电子电力设备被集成到复杂电子信息系统中，复杂电子信息系统面临的电磁环境频段范围也越来越宽，常受到内外部电磁干扰导致功能下降，已经严重影响到系统的正常应用；而由于系统内电子电力设备的类型众多，电路原理及耦合关系日益复杂，系统电磁干扰特性与其内部构成之间的对应关系不明确，导致分析电磁干扰，确定电磁干扰源并提出针对性设计措施十分困难。
对于干扰源而言，可能会有意或者无意地产生电磁能量发射，而它产生的电磁能量发射可能会引起敏感设备受扰，而理论上，任何用电设备都可能成为潜在的干扰源，这导致复杂系统的电磁干扰源的数量众多，目前查找干扰源的方法为首先对发射设备采取电磁兼容检测试验，根据规定的发射限制判断设备是否符合电磁兼容性，一旦发射超过限值，则采用经验法和近场探头检测法来判断产生干扰的原因，这种经验检查法对检测人员的专业技能要求较高，而近场探头检测法是一种非常耗时的方法，通常还不能追溯电磁干扰产生的根源，此外，电磁兼容认证实验室资源有限，排期也十分紧张，这将使得电子设备及电子信息系统研制成本增加；虽然在实际电子设备及电子信息系统研制过程中，为了指导电磁兼容性设计、整改、考核设备以及系统的电磁兼容性，需要进行多次电磁发射测试，获取大量数据，但是，这些测试数据往往难以发挥应用的作用，所以如何通过分析电磁发射数据获取设备和系统的电磁发射特性是一个亟待解决的问题。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种电磁环境数据采集与特征分析方法，解决了现有技术难以分析电磁发射数据获取设备和系统的电磁发射特性的问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种电磁环境数据采集与特征分析方法，所述特征分析方法包括：
将测试数据远程回传给终端，并进行各标准项的极限值比对，将不符合标准极限值的测试数据标记出超出标准的频段范围，并根据规则标号进行命名；
对超出标准极限值的测试数据进行特征分析，依次进行测试频谱总体趋势分量提取、谐波分量提取、窄带分量提取、失配分量提取以及尖峰分量提取，分别进行量化表征。
通过数据表征公式 依次进行测试频谱总体趋势分量提取、谐波分量提取、窄带分量提取、失配分量提取以及尖峰分量提取；
其中V(f)表示实际的电磁发射频谱数据，vt(f)表示测试频谱总体趋势分量，Hi(fh)表示谐波分量，Nj(fk)表示窄带分量，E(f)表示失配分量，S(f)表示尖峰分量，∈表示电磁发射频谱中的剩余分量，表示集成，p表示谐波分量的个数，i表示第i个谐波分量，q表示窄带分量的个数，j表示第j个窄带分量。
所述依次进行测试频谱总体趋势分量提取、谐波分量提取、窄带分量提取、失配分量提取以及尖峰分量提取具体包括以下内容：
采用三次B样条曲线拟合方法对测试曲线进行包络拟合，通过二阶导数确认整体测试曲线的控制点，然后确定每两个控制点之间的拟合曲线，将每一段拟合曲线递推到整个测试频段范围内，得到整体走势的包络曲线，从而获得测试频谱总体趋势分量vt(f)和尖峰分量S(f)；
通过三次B样条函数得到的拟合曲线具有的一阶和二阶连续可导性，从而计算出包络曲线的驻点和拐点，通过曲线拟合的方法获取准确的中心频率，从而获得频谱中的失配分量E(f)及其相应参数；
频谱数据在进行趋势分量和失配分量分析后，将宽带分量的趋势从整体频谱数据中去除，对窄带分量进行针对性谐波分析，并采用谱分析方法中的最大熵谱分析法进行谐波分量Hi(fh)的确定；
对窄带分量中的所有超出标准极限值的点进行分析，如果该点为非周期信号，则将该点设定为正弦频点，从而获得频谱中的窄带分量Nj(fk)及其相应参数。
所述采用谱分析方法中的最大熵谱分析法进行谐波分量Hi(fh)的确定具体包括以下内容：
步骤a、将原始序列中心化得到新序列xt(t＝1,2,…,n)，求出和/>其中，1≤m≤n-1，m表示每个向量的数据个数，表示对应阶数的自回归系数，其采用Burg递推估计得到；
步骤b、根据公式计算出自协方差函数，xp和xp+q分别表示新序列xt的不同序列值；
步骤c、根据公式计算/>并根据公式得到AIC(m)与m的关系，选出使得AIC(m)达到最小的m，即为最佳阶数m0；
步骤d、根据公式计算最大熵谱If，同时进行谐波分量的备选基频值选取，其中，f表示频率，h0表示/>向量个数；
步骤e、对备选基频值的谐波进行置零处理；
步骤f、通过方差分析对备选基频值进行有效性校验；
步骤g、将有效基频值写入基频数组中；
步骤h、重复步骤a到步骤e，直到步骤f中校验时发现自相关函数中不再存在准周期，则输出频率源数量和基频值。
所述分析方法还包括：在远端设定实时监控重点位置，并进行分区标号a、b、c…，然后进行测试项的分类标号，根据标准分成传导发射测试4项，辐射发射测试3项，传导敏感测试11项以及辐射敏感测试3项并根据具体测试项进行相应的标号。
本发明具有以下优点：一种电磁环境数据采集与特征分析方法，完成从远端测试到终端分析的连接，通过现场实时测试获得的在线分析数据可以实时传回终端进行特征分析；通过分析电磁发射数据从而快速的获取设备和系统的电磁发射特性；减少对依靠经验检查法对分析人员的专业技能的依赖；避免近场探头检测法等耗时的方法，通过本方法可以对数据进行针对性的特征分析与表征；缓解电磁兼容认证实验室资源紧张的问题；降低电子设备及电子信息系统研制成本。
附图说明
图1为本发明特征分析的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1所示，本发明具体涉及一种电磁环境数据采集与特征分析方法，电磁环境数据采集过程在远端直接进行，通过现场实时测试获得在线分析数据，然后将测试数据远程回传发送给终端，通过特征分析系统完成特征分析对比得出分析结论；具体包括以下内容：
第一步：在远端设定实时监控重点位置，并进行分区标号a、b、c…，然后进行测试项的分类标号，根据GBJ151B分成传导发射测试4项，辐射发射测试3项，传导敏感测试11项以及辐射敏感测试3项并根据具体测试项具体标号CE101、CE102等。
第二步：将测试数据远程回传给终端，进行各标准项的极限值比对，如果测试数据符合标准极限值，则将测试数据保存至安全数据库；如测试数据不符合标准极限值，则标记出超标频段范围并对测试数据进行如下命名规则标号：测试位置分区标号-测试项具体标号-频段范围；
第三步：进一步对超标数据进行重点特征分析，依次进行测试频谱总体趋势分量提取、谐波分量提取、窄带分量提取、失配分量提取以及尖峰分量提取。并分别进行量化表征。
具体通过数据表征公式 进行特征分析，其中V(f)表示实际的电磁发射频谱数据，vt(f)表示测试频谱总体趋势分量，Hi(fh)表示谐波分量，谐波由被测设备/系统中的晶振、PWM波等时域上周期性的方波产生，是很多电磁发射超标问题的重要因素，也是需要重点分析和定位的重要分量之一；Nj(fk)表示窄带分量，窄带干扰产生的原因为时域上的正弦信号；窄带干扰的幅度一般较大，但是其频点一般独立，无谐波或仅有少数的谐波产生；E(f)表示失配分量，S(f)表示尖峰分量，由于阻尼振荡或者尖峰信号产生的频谱的抬升；∈表示电磁发射频谱中的剩余分量，可能是附加到测试数据上的毛刺或者其他特别的小信号，/>表示集成，p表示谐波分量的个数，i表示第i个谐波分量，q表示窄带分量的个数，j表示第j个窄带分量。
进一步地，特征分析过程和各分量提取过程如下：
1、采用三次B样条曲线拟合方法对测试曲线(测试得到的原始数据)进行包络拟合。首先在通过二阶导数确认整体测试曲线的控制点，然后先确定每两个控制点之间的拟合曲线，然后再将每一段拟合曲线递推到整个测试频段范围内，从而得到一条较为光滑的整体走势包络曲线。从而获得整体趋势分量vt(f)和尖峰分量S(f)；
2、失配分量在测试频谱上的体现是整体的包络抬升，通过拟合曲线的方法可以更好的确定相应的参数，从而可以从根源解决阻抗不匹配的问题。通过三次B样条函数得到的拟合曲线具有一阶和二阶连续可导的性质，从而根据求出包络曲线的驻点和拐点。对于阻尼振荡干扰，其中心频率是其分析的重要参数之一，频谱仪测量的误差会增大其中心频率的计算误差，通过曲线拟合的方法可以减少误差，从而获得更为准确的中心频率，并对相应的RLC参数确定有很强的指导意义。从而获得频谱中的失配分量E(f)及其相应参数；
3、频谱数据进行趋势分量和失配分量分析后的，将宽带分量的趋势从整体频谱数据中去除，对窄带分量进行针对性谐波分析，采用谱分析法中的最大熵谱分析法进行谐波分量Hi(fh)的确定，具体分析步骤如下：
步骤a、将原始序列中心化得到新序列xt(t＝1,2,…,n)，求出和/>其中，1≤m≤n-1，m表示每个向量的数据个数，表示对应阶数的自回归系数，其采用Burg递推估计得到；
步骤b、根据公式计算出自协方差函数，xp和xp+q分别表示新序列xt的不同序列值；
步骤c、根据公式计算/>并根据公式得到AIC(m)与m的关系，选出使得AIC(m)达到最小的m，即为最佳阶数m0；
步骤d、根据公式计算最大熵谱If，同时进行谐波分量的备选基频值选取，其中，f表示频率，h0表示/>向量个数；
步骤e、对备选基频值的谐波进行置零处理；
步骤f、通过方差分析对备选基频值进行有效性校验；
步骤g、将有效基频值写入基频数组中；
步骤h、重复步骤a到步骤e，直到步骤f中校验时发现自相关函数中不再存在准周期，则输出频率源数量和基频值。
4、在窄带干扰中，直接识别很难对谐波信号与正弦信号进行区分。然而他们的产生机理与干扰途径完全不同，所以将两者进行区分是十分必要的。使用步骤3中的分析方法，对窄带分量中的所有超标点进行分析，若该点为非周期信号，则将该点定为正弦频点。从而获得频谱中的窄带分量Nj(fk)及其相应参数。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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)

1.一种电磁环境数据采集与特征分析方法，其特征在于：所述特征分析方法包括：
将测试数据远程回传给终端，并进行各标准项的极限值比对，将不符合标准极限值的测试数据标记出超出标准的频段范围，并根据规则标号进行命名；
对超出标准极限值的测试数据进行特征分析，依次进行测试频谱总体趋势分量提取、谐波分量提取、窄带分量提取、失配分量提取以及尖峰分量提取，分别进行量化表征；
通过数据表征公式 依次进行测试频谱总体趋势分量提取、谐波分量提取、窄带分量提取、失配分量提取以及尖峰分量提取；
其中V(f)表示实际的电磁发射频谱数据，vt(f)表示测试频谱总体趋势分量，Hi(fh)表示谐波分量，Nj(fk)表示窄带分量，E(f)表示失配分量，S(f)表示尖峰分量，∈表示电磁发射频谱中的剩余分量，表示集成，p表示谐波分量的个数，i表示第i个谐波分量，q表示窄带分量的个数，j表示第j个窄带分量；
所述依次进行测试频谱总体趋势分量提取、谐波分量提取、窄带分量提取、失配分量提取以及尖峰分量提取具体包括以下内容：
采用三次B样条曲线拟合方法对测试曲线进行包络拟合，通过二阶导数确认整体测试曲线的控制点，然后确定每两个控制点之间的拟合曲线，将每一段拟合曲线递推到整个测试频段范围内，得到整体走势的包络曲线，从而获得测试频谱总体趋势分量vt(f)和尖峰分量S(f)；
通过三次B样条函数得到的拟合曲线具有的一阶和二阶连续可导性，从而计算出包络曲线的驻点和拐点，通过曲线拟合的方法获取准确的中心频率，从而获得频谱中的失配分量E(f)及其相应参数；
频谱数据在进行趋势分量和失配分量分析后，将宽带分量的趋势从整体频谱数据中去除，对窄带分量进行针对性谐波分析，并采用谱分析方法中的最大熵谱分析法进行谐波分量Hi(fh)的确定；
对窄带分量中的所有超出标准极限值的点进行分析，如果该点为非周期信号，则将该点设定为正弦频点，从而获得频谱中的窄带分量Nj(fk)及其相应参数。
2.根据权利要求1所述的一种电磁环境数据采集与特征分析方法，其特征在于：所述采用谱分析方法中的最大熵谱分析法进行谐波分量Hi(fh)的确定具体包括以下内容：
步骤a、将原始序列中心化得到新序列xt(t＝1,2,…,n)，求出和其中，1≤m≤n-1，m表示每个向量的数据个数，表示对应阶数的自回归系数；
步骤b、根据公式计算出自协方差函数，xp和xp+q分别表示新序列xt的不同序列值；
步骤c、根据公式计算/>并根据公式/>得到AIC(m)与m的关系，选出使得AIC(m)达到最小的m，即为最佳阶数m0；
步骤d、根据公式计算最大熵谱If，同时进行谐波分量的备选基频值选取，其中，f表示频率，h0表示/>向量个数；
步骤e、对备选基频值的谐波进行置零处理；
步骤f、通过方差分析对备选基频值进行有效性校验；
步骤g、将有效基频值写入基频数组中；
步骤h、重复步骤a到步骤e，直到步骤f中校验时发现自相关函数中不再存在准周期，则输出频率源数量和基频值。
3.根据权利要求1或2所述的一种电磁环境数据采集与特征分析方法，其特征在于：所述分析方法还包括：在远端设定实时监控重点位置，并进行分区标号a、b、c…，然后进行测试项的分类标号，根据标准分成传导发射测试4项，辐射发射测试3项，传导敏感测试11项以及辐射敏感测试3项并根据具体测试项进行相应的标号。
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