基于敏感度特性的电子设备电磁兼容设计

段思凡

摘要：为了提高电子设备的信号检测和参量估计能力，提出基于敏感度特性的电子设备电磁兼容设计.构建电磁辐射信号模型并对信号进行滤波、抗干扰处理，采用信号检测算法对信号进行兼容检测和特征提取，根据信号特征参数进行电子设备电磁兼容性设计的参量优化估计，完成电子设备电磁兼容设计.实验表明，采用该方法进行电子设备电磁兼容设计，提高了信号检测和参量估计能力.

关键词：敏感度特性;电子设备;电磁信号;兼容性;测试;检测

中图分类号：TN911.7  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）04-0117-04

0 引言

当前，对电子设备电磁兼容检测方法主要采用时频检测和小波分析方法，通过对传感器采集的电子设备电磁辐射信号进行小波分析和时频分析，结合滤波检测和相关性匹配分析方法，进行电子设备的信号输出检测和识别[1-2]，文献[3]中提出一种基于局部均值分解和模糊约束控制的电子设备电磁兼容性设计方法，利用支持向量机进行电子设备电磁兼容性信号分析和特征聚类处理，该方法的计算开销较大，对电子设备电磁兼容性检测的实时性不好.文献[4]中提出一种基于自适应小波变换的电子设备电磁兼容性设计方法，采用小波尺度分解方法提取电子设备电磁兼容性特征量，结合模糊C均值聚类方法实现电子设备电磁兼容性测试，但该方法的抗干扰性不好.针对上述问题，本文提出一种基于敏感度特性检测的电子设备电磁兼容设计.

1 电子设备的电磁辐射信号模型和滤波处理

1.1 信号模型

对电子设备电磁兼容性设计的原理是通过对传感器采集电子设备信号，并对电磁信号进行特征提取和分析，实现电子设备电磁兼容性判别，电子设备电磁兼容性输出过程是一个非平稳的随机过程[5]，电磁辐射信号为非平稳时变信号，假设电子设备电磁信号的M是d维的紧流形，F是光滑的矢量场，在复杂的电磁干扰环境，构建电子设备电磁辐射信号模型，采用自相关匹配滤波检测器进行信号的抗干扰滤波处理，得到部分带噪声干扰下的电子设备的电磁辐射信号为：

综上分析，构建了电子设备电磁兼容性设计的信号模型，为下一步进行电子设备电磁兼容性设计和诊断提供输入信号源和数据基础.

1.2 信号滤波和抗干扰设计

上述采集到的电子设备电磁辐射信号具有噪声干扰项，需要进行滤波处理，将传感器采集的电子设备电磁辐射信号通过局部均值分解[7]，对输入的电子设备电磁辐射信号x（k）进行小波变换，为：

把传感器采集的电子设备电磁辐射信号通过小波分解将时域和频域结合在一起，假设有一组不同频率能量分量的干扰信号，它是由电子设备电磁辐射信号和电磁杂波干扰构成，采用联合特征参数识别方法瞬时频率参量估计，根据时域分布的不变性[8]，构造一个能反映电子设备电磁兼容性的固有模态特征分量，采用时频联合估计方法，得到联合多维特征的干扰识分布P（t，f），在时间轴上进行干扰检测，得到电子设备电磁辐射信号x（t）的第n个经验模态分解分量：

由于干扰信号的多样性和非平稳性，采用自适应小波降噪方法，得到电子设备电磁辐射信号IMF分量cn或残余信号rn的幅值，在连续滑动窗口中对电子设备电磁辐射信号进行高阶统计量特征提取[9]，得到提取结果为：

式中，ci代表电子设备电磁辐射信号的局部均值分解IMF分量，rn代表时域矩峰度系数，描述信号各频率分量随平均频谱平坦系数变化的关系，对电子设备电磁辐射信号x（t）的作分数阶傅里叶变换为：

上式中，？子为平均频谱平坦极值窗函数，f为窄带瞄准式干扰频率，t为局部时间尺度，矩峰度系数表征信号分布的陡峭程度，计算电磁信号的PF分量，表示为：

由此提取到电子设备电磁辐射信号的PF分量特征信息，根据特征分布进行兼容性设计[10].

2 电子设备的电磁兼容性检测与输出

2.1 信号检测算法

在上述构建电子设备电磁辐射信号模型，采用自相关匹配滤波检测器进行信号的抗干扰滤波处理的基础上，提出一种基于敏感度特性检测的电子设备电磁兼容设计方法，采用极限学习机对提取到的电子设备电磁辐射信号的PF分量特征进行自适应聚类处理[11]，极限学习机模型描述为：

随着窄带干扰检测系数的增大，基于决策树的干扰自动分类识别方法进行信号检测和兼容性判断，得到模糊函数定义：

产生随机矩阵z，为c×D维，在模糊平面上进行矩阵划分，得到兼容性门限判定值为：

在聚类中心初始值未知的情况下，使用线性调频检测方法进行电子设备的电磁兼容性检测[13].

2.2 电子设备电磁兼容性设计的参量优化估计

分析特征量对时域和频域敏感特性，根据敏感度特性表达方法实现对电子设备电磁信号检测和主动参量识别，电子设备电磁信号检测的熵函数为：

3 仿真实验分析

为了测试本文方法在实现电子设备电磁兼容性设计中的应用性能，进行仿真实验，以图2的电子设备为例，进行兼容性设计，图2的电子设备为STM32开发板+FPGA开发板结合的复合型信号处理器，设计信号的采样长度为1200，时域矩峰度系数为0.13，在AWGN信道环境下进行电磁兼容性分析.

電子设备的电磁辐射信号带宽为16MHz，接收信号的采样频率为86MHz，干扰信噪比为0dB，根据上述参数设定，进行电子设备电磁兼容分析，得到电子设备的电磁辐射信号输出如图3所示.

以图3的信号为研究样本，根据敏感度特性表达方法实现对电子设备电磁信号检测和主动参量识别，实现兼容性测试，得到兼容性输出如图4所示.

分析图4得知，采用该方法进行电子设备电磁兼容设计，提高了信号检测和参量估计能力，在兼容性测试中保留了更多有效信息.

4 结语

进行复杂电磁环境下的电子设备的兼容性设计，提高电子设备的通用性能.本文提出一种基于敏感度特性检测的电子设备电磁兼容设计.构建电子设备电磁辐射信号模型，采用自相关匹配滤波检测器进行信号的抗干扰滤波处理，分析电磁信号的衰减特性，结合低频分量重构方法进行电子设备電磁信号的兼容性测试和特征提取，提取的电子设备电磁信号特征量有本征模态分量和高阶统计量，分析特征量对时域和频域敏感特性，根据敏感度特性表达方法实现对电子设备电磁信号检测和主动参量识别，根据信号检测和参量识别结果进行兼容性判断和调节，实现电子设备电磁兼容设计.研究得知，采用该方法进行电子设备电磁兼容设计，提高了信号检测和参量估计能力，在兼容性测试中保留了更多有效信息，兼容性较好.

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