电磁干扰源的相关性定位测试方法研究

作者：信息来源:电子市场 2007-4-19

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摘要：EMI的干扰源定位测试是电磁兼容测试的一个重要内容。传统的源定位测试方法对大型电子设备而言效率和准确率都有限。本文介绍一种新的定位方法，该方法基于计算两路同步接收信号的相干函数，可以得到两路信号在频域上的相似性，从中可以判断在特定频点上两个信号的关联程度。该方法可以快速准确地从多个辐射源中找到影响...

摘要：EMI的干扰源定位测试电磁兼容测试的一个重要内容。传统的源定位测试方法对大型电子设备而言效率和准确率都有限。本文介绍一种新的定位方法，该方法基于计算两路同步接收信号的相干函数，可以得到两路信号在频域上的相似性，从中可以判断在特定频点上两个信号的关联程度。该方法可以快速准确地从多个辐射源中找到影响最大的一个。利用虚拟仪器进行了模拟测试，得到了理想的结果，可以为实际应用提供考。

关键词： EMI；干扰源定位；相干函数；虚拟仪器(VI)

A new Method of EMI Source Localization Test

Cheng Junjia Li Li Tian Shulin

(School of Automation Engineering, UESTC, Chengdu 610054, China)

Abstract: EMI source localization test is an important part of EMC test. To large electronic equipment, the efficiency and veracity of traditional methods are poor. This article introduced a new way to find the source location by computing two sychono- signals’ coherence function and the comparability of two signals at all frequency. This method can quickly and exactly find out the source. The VI’s simulation result is correct.

Keywords: EMI ; Interference source localization ; Coherence function ; Virtual instrument(VI)

1 引言

一个完整的EMI测试由两步组成：第一步是从存在着大量的环境噪声的现实的环境中，分离出背景噪声信号和干扰源信号，得到测试系统电磁干扰信号的频谱图，找出其中超标的频率点。第二步，在整个系统和设备中进行干扰源的定位，找到产生该频率干扰信号的具体单元。在进行干扰源定位时，传统的方法是用近场探头，对照原来测试数据的频率信息找频率相同的辐射源，但是种方法的准确率不高。这里介绍一种从两个同步采样信号的相关性来判断干扰源的方法，相对于传统的方法，它更为有效。

2 干扰源的相关性定位测试方法

在进行辐射源定位时，传统方法这种方法仅利用了“频率”这一个信息，根据找到的超标点频率去找频率相同的辐射源，而一个板卡或者设备往往可能有多个位置产生同样频率的干扰，特别是大型电子系统中，多个设备产生同样频率的干扰的情况也是常见的，因此用这种方法定位辐射源可能出现误判，其准确度和效率都不高。

利用信号相关性进行干扰源定位方法的系统如图（1）所示：

图（1）干扰源定位测试系统结构

在定位干扰源的测试中，通道A接到一个放在EUT附近的远场天线或者电流卡钳，探测EUT产生的电磁干扰，通道B连接一个近场探头。用两个天线同时对被测设备进行信号接收，通过双通道的同步接收机，将接收到的两个信号的数据进行处理，通过研究两个信号在辐射超标频率点的相关性，实现辐射源的识别。相关性越大，两个信号的关联越紧密。这样即使不同的几个干扰源发出同样频率和幅度的信号，也可以加以区分。

3 相关性定位原理

设两个平稳随机信号x(t)、y(t)为同步获取的信号。在噪声源识别或者是传输路径识别的工程应用上，对两个信号在同一时刻整个频率范围的相关性更感兴趣，因此需要引入相干函数来分析其相似性，相干函数可以看到同时刻的x(t)和y(t)在整个频率上的相关性，这正是EMI预测试中定位噪声源所需要的。与相关函数值大小的意义类似，当相干函数值为1的时候表明两个被测信号表明两个信号来自于同一个源。当值为0的时候，就算两个信号具有相同的频率，它们也是相互独立的，表明被测信号是来自不同的源。

x(t)和y(t)的常相干函数的定义为：

（1）

其中Gxy(f)是x(t)和y(t)的单边互谱密度，而Gx(f)、Gy(f)分是x(t)、y(t)的单边自谱密度。可以证明，相干函数是介于0和1之间的实数。因此，根据不同频率上x(t)和y(t)的相干系数的大小，就可以判定在该频率上x(t)和y(t)的相关程度，进而也就可以判断辐射源的位置。

经典的谱估计有两种方法，直接法（周期图法）和间接法。这里使用周期图法，把随机信号x(t)的N点观察数据x(n)视为能量有限信号，直接进行傅立叶变换，然后取其幅值的平方，并除以N，作为对x(t)真实的功率谱的估计。设一次采样的总点数为T：

因此功率谱密度的估计值为：

（2）

而x(t)和 y(t)的互谱密度的估计值也可以用周期法得到，即

（3）

其中是x(t)的傅立叶变换，是y(t)的傅立叶变换的共轭函数，将（2）、（3）代入（1）式，可以得出相干函数的计算式为

（5）

不难看出，按照上述公式计算的的值恒为1。因此在对离散信号进行实际计算时，需要将整个数据分成n个度为T的子数据（n>1）来处理，否则得到的结果没有任何意义。

设总共的样本点数为N，令N=n×T，对于每一组长度为T的数据，均进行自谱密度和互谱密度的估计，则x(t)的自谱密度为：

（6）

同理可得y(t)的自谱密度为：

（7）

而x(t)和y(t)的互谱密度为：

（8）

将公式（6）、（7）、（8）代入公式（5）可得

(9)

公式(9)是相干函数的实际计算公式。基于这个公式，可以在虚拟仪器上进行编程，对采集的双通道信号进行处理，得出实际信号的相干函数波形。

4 虚拟仪器测试平台及程序设计

4.1 虚拟仪器测试平台

虚拟仪器测试系统由硬件和软件两个部分组成。软件部分采用NI的虚拟仪器专用开发平台LabVIEW开发。LabVIEW程序包括前面板和流程图两个部分，前面板是用户的图形接口，用户通过前面板向程序写入数据或发出控制指令，而程序运行的结果也在前面板上显示。流程图则是包含VI的图形化源代码，通过对VI编程，控制和定义前面板的输入和输出，同时处理和分析接收到的数据。

凌华PXI-9820是双通道，14位A/D分辨率的数据采集卡。具有2个模拟输入通道，可以实时同步采集。NI PXI-5411任意波形发生器具有最高40MS/s波形更新速率，可输出最高频率16MHz正弦波，具有12位精度，60dB无杂散动态范围的。

实验中将由NI PXI-8186控制器控制的NI PXI-5411作信号源，与PXI-9820的通道A相连。设置PXI-5411产生10MHz的正弦波。通过在LabVIEW对PXI-9820输入信号的频谱分析，可以看到通道A有正常输入的10MHz的正弦波信号，在通道B则有耦合进去的幅度很小的10MHz信号，用来模拟EMI辐射源定位测试中的两个通道x(t)、y(t)的同源信号。而两路通道中会混杂有其它频率的不相关的随机噪声。

4.2 程序设计及结果分析

在前面板中，需要为PXI-9820设定控制参数，包括设备的通道号、采样频率、样本点数等。设置图形显示面板，以图形的方式两通道输入信号的相干函数和频谱图。还可以直接得出相干函数最大点的值和对应的频率。流程图主要包括两个部分功能，第一部分是设计LabVIEW与PXI-9820的控制接口，为用户提供控制界面；第二部分则是选择相应的VI对捕获的数据进行频谱分析，傅立叶变换及相干函数的数学运算，并对结果进行修正。流程图如图（2）。在接入10MHz正弦波信号后，得到的频谱图和相干函数计算结果如图（3）。

可以看出，在10MHz的点，两个通道的相干系数值接近于1，表明两路信号中所含的10MHz分量关联性很大，可以判断是来自于同一个信号源。其它频率上，虽然也有较大的幅值，但是其相干函数都较低，关联性很低，可以判断其不是来自于同一信号源。

图（2）程序流程图

图（3）实验结果

5 结束语

通过在虚拟仪器平台上的测试，得到了较为理想的相干函数波形，说明该方法可以准确的找到信号中频率点的相关性，能够运用于EMI的辐射源定位测试，且较之传统的测试方法，具有准确度高和效率高的优点，因此可以广泛的应用于电子设备的EMI测试中。

参考文献：

1． J.S.贝尔达，A.G.皮尔索著，凌福根译相关分析和谱分析的工程应用北京防工业出版社，1983

2． Parviz Parhami, Michael E. Spencer, John T. Robinson, and Timothy M. Rynne，Stochastic Process Test Techniques Electromagnetic Compatibility, 1993. Symposium Record.

3．戴逸松，微弱信号检测方法及仪器北京国防工业出版社

4．刘梦南，预测试中的噪声抑制与消除技术安全与电磁兼容，2003（6）

5．邓焱等，LabVIEW7.1测试技术与仪器应用北京机械工业出版社，2004

6． CASSPER技术文档容向系统科技有限公司

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