电磁干扰快速识别与定位系统技术方案

电磁干扰快速识别与定位系统技术方案
一、需求分析
1.1 项目需求
可在一般实验室（非EMC暗室）环境下，对被试设备和分系统进行电磁干扰辐射测试并识别干扰源种类；可用于外场环境（-15℃～+45℃）下，快速对飞机上出现的电磁干扰问题进行电磁干扰种类识别，并辅助电磁干扰源定位、方便携带；电磁干扰快速识别与定位系统功能需求如图1-1所示。

图1-1功能框图
1.2 需求分析
基于对项目需求的分析，将该电磁干扰快速识别与定位系统分为三个功能模块：频谱接收机、测量天线和电磁干扰分析软件。

功能结构框如图1-2所示。

负载
EMI 数据库服务器
图1-2 EMI 测试系统组成框图
1.2.1系统功能需求
1) 可分别独立完成近场探头、电流探头、天线远场形式的EMI 干扰随测试
时间或者测试部位变化的自动化扫描测试与分类存储、曲线及时频瀑布图像显示（如近场探头可按探头位置、电流探头可按照线缆对象、天线远场可按照测试方位等分别进行扫描测试）；
2) 可在外界开放空间环境下实现电磁环境背景压制与滤除算法（虚拟暗
室），完成非暗室环境下被测试系统的RE 辐射发射特性的准确定量测量； 3) 可完成基本干扰（本振单音信号、晶振方波信号、脉冲等等类型）参数
化特征表征与建模，形成基本干扰识别特征库并支持扩展；
4) 支持被测系统的内部组成及拓扑逻辑描述输入与建模，如设备及内部模
块名称、设备I/O 线缆束与内部模块之间的连接关系等，形成被测对象的互连拓扑模型并支持编辑更改；
5) 采用先进的EMI 识别特征提取、筛选匹配和表征分解技术，实现被测对
象RE 辐射特性面向基本干扰的特征分解，并识别和定位出所含基本干扰种类及产生源头，最终将EMI 干扰问题定位至设备内部的某个模块/LRU 。

6)装置系统具有一套自校准辐射源，实现系统自校准和标校功能。

1.2.2性能指标需求
1)频率覆盖范围：10kHz～26.5GHz
a)其中近场探头（组合）测试覆盖频段：10kHz～18GHz，灵敏度10mV/m，
频率-幅度响应平坦度±3dB;
b)电流探头（组合）测试覆盖频段：100kHz～1GHz，灵敏度0.1～1μ
A，频率转移阻抗响应平坦度±3dB;
c)天线（组合）测试覆盖频段：10kHz～26.5GHz，带内频率增益响应
平坦度±3dB;
2)系统自身噪底不高于-154dBm/Hz; 最小测试分辨带宽（RBW值）不低于
100Hz且灵活可调，系统灵敏度不低于-120dBm，响应时间满足通用EMI
接收机要求；测试结果可一维曲线、二位时频瀑布彩图显示；
3)具备峰值、准峰值、均方根有效值、均值等可选检波方式；
4)具有双通道（电磁背景参考通道、测试通道）EMI采集测试模式，可有
效对测试现场环境背景进行抑制，要求背景抑制能力不低于20dB；
5)自校准辐射源（组合）频段覆盖2MHz~18GHz，辐射功率满足系统校准模
式下实际接收功率大于灵敏度40dB，辐射源自带干电池，连续工作时间
不下于2h，体积不大于80mm×50 mm×30 mm；
6)具有数据后处理界面，实现测试数据分类管理与干扰识别分析功能，要
求干扰频率识别偏差相对值不大于1%，干扰识别算法结果准确率不低于
80%；
7)体积不大于400mm×300×180，重量不大于15kg；
8)使用温度环境：-15℃～+45℃
1.2.3系统组成要求
硬件：由三大部分组成。

1）采集传感器、探头及校准辐射源，完成干扰的感知和传感，包括：
●微小空间近场测试探头一套；
●I/O接口线束监测电流探头一套；
●远场测量接收天线2套，包括定向测量天线和全向参考测试天线各一套
2）EMI特征采集测量单元，完成特征的采集和测量，具备独立显示和操作面板功能，包括：
●时域接收测量模块；
●频率接收测量模块；
●通道快速切换射频开关；
二、系统软件设计
电磁干扰快速识别与定位系统软件主要包括应用软件和底层驱动软件（PCI 驱动），完成全部资源管理、控制命令输入、数据计算、显示输出和监控程序及有关文档。

2.1 软件开发准则
系统软件开发采用Qt进行开发。

软件设计采用模块设计，利于维护和调试。

软件的开发遵循一下的开发原则：
1、程序结构应是模块化的，并使用“从上至下”的系统设计概念以及“从下至上”的程序实现方法；
2、程序模块具有可管理的规模；
3、每个模块的核心和功能的划分，应使模块能被单独测试；
4、软件应反应用户所有可行的建议；
5、程序应便于增加、修改和维修；
6、程序变量名的选择应尽可能反应它所表示的设计参数或功能；
7、所有程序和子程序的设计应使其在整个仿真实验和产品鉴定阶段容易修改；
8、所有条件判断的结束点都应用符号表示以便提高文本设计的可读性和可维修性。

2.2 软件基本要求
2.2.1 系统性能
1）系统稳定性强，不闪退、奔溃等；
2）对被测物进行拓扑建模，可将数据根据所建模型对应保存；
3）正确有效的对被测数据进行快速傅里叶变换并转换为频谱图进行输出；
4）实时有效输出时频瀑布图以及数字荧辉轨迹显示，实现显示范围的可调控；
5）建立干扰特征库并支持扩展；
6）比较准确的定位干扰类型及来源。

2.2.2 输入输出要求
输入：硬件测量的实时扫频数据；用户建立的拓扑模型；
输出：实时扫频频谱；瀑布图；二维时频/三维时频幅度显示；信号持续/概率显示；数字荧辉轨迹显示；异常频率数据；干扰种类分析结果。

2.2.3 数据管理能力要求
可对被测物进行拓扑模型的建立，并将数据根据所建模型对应保存；
实现数据回放，回放可以具体到每个测量项。

2.2.4 功能需求与系统模块的关系
本条用一张矩阵图说明各项功能需求的实现同各模块的分配关系。

如表3-1
所示。

表 3-1 功能需求分配关系
2.2.5 人工处理过程
●拓扑模型的输入
●频谱控制命令下发
●数据保存与回放
2.3 接口设计
2.3.1 用户接口
用户接口包括鼠标、键盘、触摸屏、按键面板。

鼠标键盘与通用的PC机鼠标键盘一样操作，无何差异；在无鼠标键盘的情况下，触摸屏配合按键面板可以起到与鼠标键盘一样的效果。

用户点击触摸屏上的按钮可以达到鼠标点击一样的效果，可以移动图像，窗口模块；当需要改变参数值的时候选择对应的参数可在按键盘上的数字键盘输入设置的值。

2.3.2 外部接口
本系统对外提供了USB和网络两种接口。

USB口除了插通用的鼠标键盘之外还可以插U盘等存储设备进行本地数据的拷贝交换；网络接口通过TCP协议在两台仪器之间进行数据传递与命令控制，可以进行数据的交互，并且符合协议开发的谱设备都能进行交互。

2.3.3 内部接口
思维导图模块：此模块给予VYM，对界面提供树形建模节点以及路径名称。

数据处理模块：从驱动接收数据，做数据封装，补偿值校准。

数据显示模块：调用QT提供的绘图控件，将数据绘制成连续的曲线，然后
依据数值大小绘制出不同颜色的瀑布图和余晖图。

本地控制模块：从用户输入的面板获取输入值，调用驱动下发对应的数值。

网络接口模块：使用TCP传输数据，接收/发送数据，在本地上解析数据包，
并传递给数据处理模块。

三、系统主要功能
该系统能够对被测设备的辐射干扰和传导干扰进行快速检测以及辅助电磁干扰定位。

通过近场探头、电流探头、远场天线等进行扫描测试，基于基本干扰特征库，采用先进的EMI特征提取与识别、筛选匹配和表征分解技术，对被测设备辐射特性进行面向基本干扰特征的分解；基于互连拓扑模型，对包含基本干扰的产生原因进行分析，最终将EMI干扰源定位至被测设备内的某个模块/LRU。

1.辐射干扰测量
可以完成FCC等规范要求的30-1000MHZ频段的电磁干扰指标测试。

辐射干扰测量示意图
测试完成后可以输出专业认证机构相同报告。

辐射干扰测试结果示意图
2.传导干扰测量
可完成FCC等规范要求的0.15-30MHZ频段的交流电源线、控制线、信号线等传导干扰指标测试。

传导干扰测量示意图
传导干扰测量结果示意图
3.混合域显示
提供了混合域显示功能（需选装示波器模块），消除了EMI调试中同步多台仪器的难题。

混合域显示可以同时查看同步的信号特点、数字定时和频率频谱，从而简化定位难度。

混合域显示示意图
在混合域显示模式下，首先通过磁场（电场）探头定位能量源位置，在示波器中找到对应的时间点，并查看对应时间点频谱，从而确认干扰频率。

定位探头
混合域定位示意图
4. 瀑布图、余晖图显示
除常规频谱图显示外，还可通过瀑布图观察信号频率随时间的变化，以及通过余晖图发现瞬态信号和快速变化的信号。

瀑布图和余晖图
5. 被测设备模块级互连拓扑建模
支持对被测设备内部组成进行模块级互连拓扑建模。

用户可通过界面输入模块名称、设备I/O线缆束、模块间连接关系等，形成被测设备的互连拓扑模型，并支持编辑更改。

建模后，可按照模块进行EMI检测并存储数据，方便用户定位干扰源以及回看测试数据。

被测设备互连拓扑建模示意图
6. 干扰信号类型识别
系统内置电磁干扰特征库，可对常见的典型干扰信号类型进行识别。

当前支持的干扰类型包括：本振/单音信号、晶振/方波信号、脉冲信号等。

干扰信号识别模板
7. 虚拟EMC暗室
通过特有的背景噪声滤除功能，可以模拟EMC实验室环境，并在此基础上进行EMI一致性测试。

8. 远程并行测试
系统可通过多台测试设备组成电磁干扰测试阵列，进行远程多机并行测试，从而解决大型电子设备或者整机干扰故障定位难题。

如下图所示，可在各测试部位部署EMI测试设备，通过有线网络或者搭载无线自组网设备，实现远程并行测试电磁干扰。

远程并行测试示意图系统服务器控制终端
探头/天线
四、系统主要参数与指标。