基于敏感度特性的電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計

段思凡

摘要：為了提高電子設(shè)備的信號檢測和參量估計能力，提出基于敏感度特性的電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計.構(gòu)建電磁輻射信號模型并對信號進行濾波、抗干擾處理，采用信號檢測算法對信號進行兼容檢測和特征提取，根據(jù)信號特征參數(shù)進行電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計的參量優(yōu)化估計，完成電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計.實驗表明，采用該方法進行電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計，提高了信號檢測和參量估計能力.

關(guān)鍵詞：敏感度特性;電子設(shè)備;電磁信號;兼容性;測試;檢測

中圖分類號：TN911.7? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）04-0117-04

0 引言

當(dāng)前，對電子設(shè)備電磁兼容檢測方法主要采用時頻檢測和小波分析方法，通過對傳感器采集的電子設(shè)備電磁輻射信號進行小波分析和時頻分析，結(jié)合濾波檢測和相關(guān)性匹配分析方法，進行電子設(shè)備的信號輸出檢測和識別[1-2]，文獻[3]中提出一種基于局部均值分解和模糊約束控制的電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計方法，利用支持向量機進行電子設(shè)備電磁兼容性信號分析和特征聚類處理，該方法的計算開銷較大，對電子設(shè)備電磁兼容性檢測的實時性不好.文獻[4]中提出一種基于自適應(yīng)小波變換的電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計方法，采用小波尺度分解方法提取電子設(shè)備電磁兼容性特征量，結(jié)合模糊C均值聚類方法實現(xiàn)電子設(shè)備電磁兼容性測試，但該方法的抗干擾性不好.針對上述問題，本文提出一種基于敏感度特性檢測的電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計.

1 電子設(shè)備的電磁輻射信號模型和濾波處理

1.1 信號模型

對電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計的原理是通過對傳感器采集電子設(shè)備信號，并對電磁信號進行特征提取和分析，實現(xiàn)電子設(shè)備電磁兼容性判別，電子設(shè)備電磁兼容性輸出過程是一個非平穩(wěn)的隨機過程[5]，電磁輻射信號為非平穩(wěn)時變信號，假設(shè)電子設(shè)備電磁信號的M是d維的緊流形，F(xiàn)是光滑的矢量場，在復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境，構(gòu)建電子設(shè)備電磁輻射信號模型，采用自相關(guān)匹配濾波檢測器進行信號的抗干擾濾波處理，得到部分帶噪聲干擾下的電子設(shè)備的電磁輻射信號為：

綜上分析，構(gòu)建了電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計的信號模型，為下一步進行電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計和診斷提供輸入信號源和數(shù)據(jù)基礎(chǔ).

1.2 信號濾波和抗干擾設(shè)計

上述采集到的電子設(shè)備電磁輻射信號具有噪聲干擾項，需要進行濾波處理，將傳感器采集的電子設(shè)備電磁輻射信號通過局部均值分解[7]，對輸入的電子設(shè)備電磁輻射信號x（k）進行小波變換，為：

把傳感器采集的電子設(shè)備電磁輻射信號通過小波分解將時域和頻域結(jié)合在一起，假設(shè)有一組不同頻率能量分量的干擾信號，它是由電子設(shè)備電磁輻射信號和電磁雜波干擾構(gòu)成，采用聯(lián)合特征參數(shù)識別方法瞬時頻率參量估計，根據(jù)時域分布的不變性[8]，構(gòu)造一個能反映電子設(shè)備電磁兼容性的固有模態(tài)特征分量，采用時頻聯(lián)合估計方法，得到聯(lián)合多維特征的干擾識分布P（t，f），在時間軸上進行干擾檢測，得到電子設(shè)備電磁輻射信號x（t）的第n個經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解分量：

由于干擾信號的多樣性和非平穩(wěn)性，采用自適應(yīng)小波降噪方法，得到電子設(shè)備電磁輻射信號IMF分量cn或殘余信號rn的幅值，在連續(xù)滑動窗口中對電子設(shè)備電磁輻射信號進行高階統(tǒng)計量特征提取[9]，得到提取結(jié)果為：

式中，ci代表電子設(shè)備電磁輻射信號的局部均值分解IMF分量，rn代表時域矩峰度系數(shù)，描述信號各頻率分量隨平均頻譜平坦系數(shù)變化的關(guān)系，對電子設(shè)備電磁輻射信號x（t）的作分?jǐn)?shù)階傅里葉變換為：

上式中，？子為平均頻譜平坦極值窗函數(shù)，f為窄帶瞄準(zhǔn)式干擾頻率，t為局部時間尺度，矩峰度系數(shù)表征信號分布的陡峭程度，計算電磁信號的PF分量，表示為：

由此提取到電子設(shè)備電磁輻射信號的PF分量特征信息，根據(jù)特征分布進行兼容性設(shè)計[10].

2 電子設(shè)備的電磁兼容性檢測與輸出

2.1 信號檢測算法

在上述構(gòu)建電子設(shè)備電磁輻射信號模型，采用自相關(guān)匹配濾波檢測器進行信號的抗干擾濾波處理的基礎(chǔ)上，提出一種基于敏感度特性檢測的電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計方法，采用極限學(xué)習(xí)機對提取到的電子設(shè)備電磁輻射信號的PF分量特征進行自適應(yīng)聚類處理[11]，極限學(xué)習(xí)機模型描述為：

隨著窄帶干擾檢測系數(shù)的增大，基于決策樹的干擾自動分類識別方法進行信號檢測和兼容性判斷，得到模糊函數(shù)定義：

產(chǎn)生隨機矩陣z，為c×D維，在模糊平面上進行矩陣劃分，得到兼容性門限判定值為：

在聚類中心初始值未知的情況下，使用線性調(diào)頻檢測方法進行電子設(shè)備的電磁兼容性檢測[13].

2.2 電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計的參量優(yōu)化估計

分析特征量對時域和頻域敏感特性，根據(jù)敏感度特性表達方法實現(xiàn)對電子設(shè)備電磁信號檢測和主動參量識別，電子設(shè)備電磁信號檢測的熵函數(shù)為：

3 仿真實驗分析

為了測試本文方法在實現(xiàn)電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計中的應(yīng)用性能，進行仿真實驗，以圖2的電子設(shè)備為例，進行兼容性設(shè)計，圖2的電子設(shè)備為STM32開發(fā)板+FPGA開發(fā)板結(jié)合的復(fù)合型信號處理器，設(shè)計信號的采樣長度為1200，時域矩峰度系數(shù)為0.13，在AWGN信道環(huán)境下進行電磁兼容性分析.

電子設(shè)備的電磁輻射信號帶寬為16MHz，接收信號的采樣頻率為86MHz，干擾信噪比為0dB，根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，進行電子設(shè)備電磁兼容分析，得到電子設(shè)備的電磁輻射信號輸出如圖3所示.

以圖3的信號為研究樣本，根據(jù)敏感度特性表達方法實現(xiàn)對電子設(shè)備電磁信號檢測和主動參量識別，實現(xiàn)兼容性測試，得到兼容性輸出如圖4所示.

分析圖4得知，采用該方法進行電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計，提高了信號檢測和參量估計能力，在兼容性測試中保留了更多有效信息.

4 結(jié)語

進行復(fù)雜電磁環(huán)境下的電子設(shè)備的兼容性設(shè)計，提高電子設(shè)備的通用性能.本文提出一種基于敏感度特性檢測的電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計.構(gòu)建電子設(shè)備電磁輻射信號模型，采用自相關(guān)匹配濾波檢測器進行信號的抗干擾濾波處理，分析電磁信號的衰減特性，結(jié)合低頻分量重構(gòu)方法進行電子設(shè)備電磁信號的兼容性測試和特征提取，提取的電子設(shè)備電磁信號特征量有本征模態(tài)分量和高階統(tǒng)計量，分析特征量對時域和頻域敏感特性，根據(jù)敏感度特性表達方法實現(xiàn)對電子設(shè)備電磁信號檢測和主動參量識別，根據(jù)信號檢測和參量識別結(jié)果進行兼容性判斷和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計.研究得知，采用該方法進行電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計，提高了信號檢測和參量估計能力，在兼容性測試中保留了更多有效信息，兼容性較好.

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