一种用频装备发射谱包络提取方法技术

一种用频装备发射谱包络提取方法，包括步骤：对原始的频谱数据幅度归一化和频率归一化；采用差分求解极值，首先对离散的频谱数据进行差分计算，得到一个差分向量，然后抽取频谱数据中的极大值，形成一次极大值频谱数据作为提取的极大值点数据；4)对归一化处理后极大值点数据进行端点处理后生成极大值频谱数据；5)采用样条插值方式，对生成的极大值频谱数据进行曲线拟合，获得插值处理后的频谱包络线。本发明专利技术解决了传统频谱模板法提取频谱过于粗糙、频谱数据无时间信息而不能使用Hilbert变换提取包络等难题，通过幅度归一化和频率归一化生成归一化频谱包络数据，通过样条插值实现频谱包络数据的平滑；本发明专利技术计算原理简便清晰，工程实用性强。

A method of extracting spectral envelope from frequency equipment

An emission spectrum envelope extraction method for frequency equipment comprises the following steps: the original spectrum data of amplitude normalization and frequency normalization; using differential extremum, the spectrum data of discrete differential calculation, a difference vector, then the maximum extraction in spectral data, the formation of a maximum spectrum the data as maximum data extraction; 4) of normalized maximum data endpoint generated after maximum spectrum data; 5) using spline interpolation method, the maximum value of the spectral data curve fitting of the generation, the spectral envelope obtained after interpolation. The invention solves the traditional frequency spectrum template method is too rough, the spectral data without time information and cannot use Hilbert transform to extract the envelope problem through amplitude normalization and frequency normalization generate normalized spectral envelope data, realize envelope spectrum data by smoothing spline interpolation; the calculation principle is simple and practicable.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电磁兼容性测试领域，具体涉及一种用频装备发射谱包络提取方法，能够通过对离散频谱数据局部极大值的处理以及端点的处理，形成用频装备发射谱包络。
技术介绍
用频装备发射谱是用频装备发射特性的频域表示，是用频装备频谱兼容性分析及电磁兼容分析中频偏△f计算的依据之一。用频装备发射谱具有数量多、类型多、无时间信息等特点。为了更方便的将用频装备发射谱应用于用频装备频谱兼容性分析及电磁兼容分析中，一般不直接采用其原始的频谱测试数据，而是采用其频谱包络。采用频谱包络具有如下优点：1)能更“真实”的反映用频装备的频谱特性，特别是敏感设备接收带宽大于频谱测试带宽时；2)降低数据存储量，频谱包络仅需存取关键特征点；3)便于不同频点发射谱的转换。目前文献中所述的数据包络提取算法主要有Hilbert变换法、频谱模板法等，该两种方法存在的主要问题如下：(1)Hilbert变换法适用于时域包络提取(即数据中包含时间信息)，是信号的低通等效，可实现调制信号和载波信号的分离。图1为采用Hilbert变换提取AM调制信号包络的结果，从该计算结果来看，对于含有时间信息的数据，Hilbert能够实现其包络的提取。而用频装备发射谱数据由于无相应的时间信息，因此该方法不能用于用频装备发射谱包络的提取。(2)频谱模板法通过几条直线(单调下降)形成频谱的(直线)包络线，其优点是存储的数据量大大降低，缺点是过于保守，不够精确。图2为采用频谱模板法提取用频装备发射谱包络的示意图，从这些结果可以清晰的看到该方法的优缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对传统频谱模板法提取频谱过于粗糙、频谱数据无时间信息而不能使用Hilbert变换提取包络等难题，提供一种用频装备发射谱包络提取方法，基于局部极大值提取用频装备频谱包络，可应用到频谱兼容性分析及电磁兼容分析中用频装备发射谱精确建模中。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用频装备发射谱包络提取方法，包括如下步骤：(1)幅度归一化：对原始的频谱数据，遍历整个频谱数据，找出频谱最大值，将每个频谱数据与该频谱最大值做差，即幅度归一化到0dB；(2)频率归一化：在幅度归一化的基础上，以频谱最大值对应的参考频率值f0为基础，将每个频率值与f0做差，即频率归一化到0Hz；(3)一次极大值计算：采用差分求解极值，首先对离散的频谱数据进行差分计算，从而得到一个差分向量，如果差分向量中相邻元素的符号相反，那么对应点就是一个极值点；若前一个差分向量元素为正，后一个差分向量元素为负的情况对应着极大值；然后抽取频谱数据中的极大值，形成一次极大值频谱数据作为提取的极大值点数据；(4)端点处理：设归一化处理后频谱数据两端点值分别为P′(1)、P′(n)，步骤(3)提取的极大值点数据两端点值分别为env(2)、env(n-1)，端点处理后生成的极大值频谱数据端点值env(1)、env(n)计算公式分别为：env(1)＝P′(1)+0.5×|P′(1)-env(2)|env(n)＝P′(n)+0.5×|P′(n)-env(n-1)|(5)插值：利用步骤(4)生成的极大值频谱数据和原始频谱数据中的频率索引，采用样条插值方式，对生成的极大值频谱数据进行曲线拟合，获得插值处理后的频谱包络线。按上述方案，所述步骤(3)还包括二次极大值计算的步骤，对于频谱变化剧烈的用频装备，根据一次包络提取情况，若包络平滑度较差，进行二次极值提取，具体为：在一次极大值频谱数据的基础上，再次进行差分计算，并提取其中的极大值，形成二次极大值频谱数据作为提取的极大值点数据。按上述方案，所述步骤(5)样条插值方式包括cubic立方插值和spline三次样条函数插值方法两种。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：1、解决了传统频谱模板法提取频谱过于粗糙、频谱数据无时间信息而不能使用Hilbert变换提取包络等难题，可根据具体装备频谱数据的特点，通过采用一次极值或者二次极值实现频谱包络的提取，通过幅度归一化和频率归一化生成归一化频谱包络数据，通过样条插值实现频谱包络数据的平滑；2、本专利技术计算原理简便清晰，工程实用性强。附图说明图1是现有技术采用Hilbert变换提取AM调制信号包络的示意图；图2是现有技术采用频谱模板法提取频谱包络的示意图；图3是本专利技术实施例原始频谱数据示意图；图4是图3原始频谱数据进行归一化处理后的频谱数据示意图；图5是本专利技术实施例归一化频谱数据与提取的端点未处理的一次极值点的示意图；图6是本专利技术实施例归一化频谱数据与端点处理后生成的极大值频谱数据的示意图；图7是本专利技术实施例采用cubic插值获得的插值处理后的频谱包络线的示意图；图8是本专利技术实施例采用spline插值获得的插值处理后的频谱包络线的示意图。具体实施方式下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术实施例用频装备为某大功率发射设备，图3为其发射谱数据，其中横轴为频率，纵轴为频谱能量，实施例用频装备发射谱包络提取方法，包括如下步骤：(1)幅度归一化对原始的频谱数据，遍历整个频谱数据，找出其频谱最大值Pmax，在此基础上，将每个频谱数据与该频谱最大值Pmax做差：Pi′＝Pi-Pmax其中，Pi′为处理(频率归一化)后的频谱幅度值，Pi为原始的频谱幅度值，1≤i≤N，N为频谱数据总个数；通过该步骤将频谱幅度归一化到0dB；(2)频率归一化在幅度归一化的基础上，以频谱最大值Pmax对应的参考频率值f0为基础，将每个频率值与f0做差：fi′＝fi-f0其中，fi′为处理后的频率值，fi为原始频谱的频率值，1≤i≤N，N为频谱数据总个数；通过该步骤将频率归一化到0Hz；归一化后的频谱数据如图4所示；(3)一次极大值计算由于频谱数据是离散数据，具体计算时采用差分代替微分求解极值，首先对离散的频谱数据进行差分计算，从而得到一个差分向量A：A＝diff(P′)其中P′为归一化后的频谱数据；如果差分向量A中相邻元素的符号相反，那么对应点就是一个极值点；若前一个差分向量元素为正，后一个元素为负的情况对应着极大值；然后抽取频谱数据中的极大值，形成一次极大值频谱数据，如图5所示；根据具体装备频谱数据的特点，对于频谱变化剧烈的用频装备，根据一次包络提取情况，若包络平滑度较差，进行二次极值提取；在一次极大值频谱数据的基础上，再次进行差分计算，并提取其中的极大值，形成二次极大值频谱数据作为提取的极大值点数据；(4)端点处理设归一化处理后频谱数据两端点值分别为P′(1)、P′(n)，步骤(3)提取的极大值点数据两端点值分别为env(2)、env(n-1)，端点处理后生成的极大值频谱数据端点值env(1)、env(n)计算公式分别为：env(1)＝P′(1)+0.5×|P′(1)-env(2)|env(n)＝P′(n)+0.5×|P′(n)-env(n-1)|端点处理后生成的极大值频谱数据如图6所示；(5)插值为了使生成的极大值频谱数据包络线具有平滑的效果，利用步骤(4)生成的极大值频谱数据和原始频谱数据中的频率索引，采用样条插值方式，一般采用cubic(立方插值)和spline(三次样条函数插值)方法，对生成的极大值频谱数据进行曲线拟合，获得插值处理后的频谱包络线。采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用频装备发射谱包络提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)幅度归一化：对原始的频谱数据，遍历整个频谱数据，找出频谱最大值，将每个频谱数据与该频谱最大值做差，即幅度归一化到0dB；(2)频率归一化：在幅度归一化的基础上，以频谱最大值对应的参考频率值f0为基础，将每个频率值与f0做差，即频率归一化到0Hz；(3)一次极大值计算：采用差分求解极值，首先对离散的频谱数据进行差分计算，从而得到一个差分向量，如果差分向量中相邻元素的符号相反，那么对应点就是一个极值点；若前一个差分向量元素为正，后一个差分向量元素为负的情况对应着极大值；然后抽取频谱数据中的极大值，形成一次极大值频谱数据作为提取的极大值点数据；(4)端点处理：设归一化处理后频谱数据两端点值分别为P′(1)、P′(n)，步骤(3)提取的极大值点数据两端点值分别为env(2)、env(n‑1)，端点处理后生成的极大值频谱数据端点值env(1)、env(n)计算公式分别为：env(1)＝P′(1)+0.5×|P′(1)‑env(2)|env(n)＝P′(n)+0.5×|P′(n)‑env(n‑1)|(5)插值：利用步骤(4)生成的极大值频谱数据和原始频谱数据中的频率索引，采用样条插值方式，对生成的极大值频谱数据进行曲线拟合，获得插值处理后的频谱包络线。...

【技术特征摘要】
1.一种用频装备发射谱包络提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)幅度归一化：对原始的频谱数据，遍历整个频谱数据，找出频谱最大值，将每个频谱数据与该频谱最大值做差，即幅度归一化到0dB；(2)频率归一化：在幅度归一化的基础上，以频谱最大值对应的参考频率值f0为基础，将每个频率值与f0做差，即频率归一化到0Hz；(3)一次极大值计算：采用差分求解极值，首先对离散的频谱数据进行差分计算，从而得到一个差分向量，如果差分向量中相邻元素的符号相反，那么对应点就是一个极值点；若前一个差分向量元素为正，后一个差分向量元素为负的情况对应着极大值；然后抽取频谱数据中的极大值，形成一次极大值频谱数据作为提取的极大值点数据；(4)端点处理：设归一化处理后频谱数据两端点值分别为P′(1)、P′(n)，步骤(3)提取的极大值点数据两端点值分别为env(2)、env(n-1)，端点处理后生成的极大值频谱数据端...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢大刚，刘其凤，谭辉，陈亮，李晶，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北;42