一种基于测试数据的强电磁设备传导干扰的单端口等效通用建模方法技术

本发明专利技术公开一种基于测试数据的强电磁设备传导干扰的单端口等效通用建模方法，步骤包括：1)获取频域测试数据；2)利用测试数据的频谱信息反演测试数据的时域信息，为电磁干扰模型提供输入；3)建立电路内阻抗模型；4)对电路内阻抗模型进行无源优化，得到优化的电路内阻等效电路模型；本发明专利技术利用基于频域谱的时域波形重建技术，利用最小相位方法重建阻抗的相位信息，进而反演其电路的时域波形，最终可以解决实际系统中输入获得困难等方面的问题。决实际系统中输入获得困难等方面的问题。决实际系统中输入获得困难等方面的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于测试数据的强电磁设备传导干扰的单端口等效通用建模方法


[0001]本专利技术涉及电磁兼容性领域，具体是一种基于测试数据的强电磁设备传导干扰的单端口等效通用建模方法。

技术介绍

[0002]随着军事装备的更新换代，在现代战争中水下单平台作战系统的应用具有至关重要的影响。在作战平台中的电子装备的功率的日渐提升、频谱带宽的逐渐增大、电子设备的数量持续增加等方面因素的影响，作战平台的电磁环境越来越复杂，设备之间的电磁干扰问题变得难以解决。设备自身的电磁干扰问题能否得到良好的解决必将成为解决作战能力问题首先需要考虑的问题。因此能够很好将电磁干扰问题在应用中得到解决，使作战平台发挥出最大的战斗能力，必须消除各种大功率电子设备干扰源、高敏感度和灵敏度设备之间因为电磁干扰所产生的影响，保证设备正常运行的电磁兼容性。
[0003]因此需要针对水下作战平台中的柴油发电机组、永磁推进系统、电磁发射系统等大功率设备建立电磁干扰的准确计算方法，预测作战平台内的设备所处的电磁环境，进而分析敏感设备的干扰响应，为抑制电磁干扰、解决电磁兼容问题奠定基础。此外，在实际的电磁干扰建模方法当中，还要充分考虑到因为复杂的工作环境而造成的干扰源提取数据困难等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于测试数据的强电磁设备传导干扰的单端口等效通用建模方法，包括以下步骤：
[0005]1)利用
‑
频谱分析仪等标准仪表，获取频域测试数据。
[0006]2)利用测试数据的频谱信息反演测试数据的时域信息，作为传导干扰单端口等效模型的激励源；
[0007]所述测试数据的时域信息复倒谱如下所示：
[0008][0009]l
min
[n]＝2ε[n]‑
δ[n]ꢀꢀꢀ
(2)
[0010]式中，l
min
[n]为加窗滤波函数。ε[n]、δ[n]分别为阶跃、冲激函数。
[0011]其中，实倒谱x
c
[n]如下所示：
[0012][0013]式中，X(e
jω
)表示测试数据的离散时域信息x[n]的傅里叶变换。ω表示频率信息。
[0014]测试数据的幅度谱对数和相位信息满足下列关系：
[0015][0016][0017]式中，arg|X(e
jω
)|表示信号的相位信息，ln|X(e
jω
)|表示信号的幅度谱对数，θ表示相位信息。
[0018]3)建立传导干扰单端口等效模型的内阻抗模型。
[0019]所述传导干扰单端口等效模型的内阻抗模型如下所示：
[0020][0021]式中，留数r
n
和极点p
n
为实数或共轭复数对。d和e为实数。f(s)为电路内阻抗模型输出函数。s为模型输入。N为留数的数量。
[0022]确定电路内阻抗模型中留数r
n
、极点p
n
、实数d、实数e的步骤包括：
[0023]3.1)记为初始极点，引入辅助函数σ(s)，n＝1、2、
…
、N。
[0024]其中，辅助函数σ(s)与电路内阻抗模型输出函数f(s)的关系如下：
[0025][0026][0027]式中，是未知函数σ(s)的留数。函数σ(s)的d+se项为1。
[0028]3.2)建立待求参数r
n
、d和e的线性方程，即：
[0029][0030]3.3)将测试数据f(s
k
)及对应频点s
k
代入式(9)，得到线性方程。k＝1、2、
…
、P。线性方程矩阵形式如下所示：
[0031]Ax＝b
ꢀꢀꢀ
(10)
[0032]其中，系数矩阵A
P
×
(2N+2)
第k行元素如下所示：
[0033][0034]解向量x和已知向量b分别如下所示：
[0035][0036]b＝[f(s1) f(s2)
ꢀ…ꢀ
f(s
k
)
ꢀ…ꢀ
f(s
p
)]T
ꢀꢀꢀ
(13)
[0037]3.4)记第i和i+1极点或留数为一组共轭复数对，即：
[0038][0039]式中，r'和r”为留数的实部和虚部；p'和p”为留数的实部和虚部；
[0040]3.5)根据公式(14)，更新矩阵A中对应的元素，使矩阵x的留数为r'和r”。其中，矩阵A更新后的元素如下所示：
[0041][0042]3.6)令参数(σf)(s)表示参数并将参数(σf)(s)和参数σ(s)写成零极点形式，得到：
[0043][0044][0045]式中，z
n
和分别是(σf)(s)和σ(s)的零点。
[0046]3.7)根据公式(16)
‑
(17)，更新电路内阻抗模型输出函数f(s)，得到：
[0047][0048]3.8)根据公式(17)和公式(18)建立方程(19)，即：
[0049][0050]3.9)将方程(19)右边写成行列式形式，得到：
[0051][0052]3.10)构建矩阵H，即：
[0053][0054]式中，P是包含初始极点的对角矩阵，U是元素为1的列向量，是包含σ(s)留数的行向量。
[0055]其中，对角矩阵P、行向量分别如下所示：
[0056][0057][0058]当矩阵P中极点和行向量中对应留数是共轭复数时，矩阵P、列向量U、列向量的子矩阵分别如下所示：
[0059][0060]式中，和为列向量的元素；
[0061]3.11)根据矩阵H的特征多项式(20)求解矩阵H的特征值。
[0062]3.12)判断相邻两次迭代的留数r
n
、极点p
n
、实数d、实数e的误差是否小于阈值，若是，则结束迭代，否则，以矩阵H的特征值更新极点并返回步骤3.1)。
[0063]4)对电路内阻抗模型进行无源优化，得到优化的电路内阻等效电路模型。
[0064]对电路内阻抗模型进行无源优化的步骤包括：
[0065]4.1)对电路内阻抗模型进行线性化，得到：
[0066]Δy
fit
＝MΔx
ꢀꢀꢀ
(25)
[0067]式中，Δy
fit
为向量y
fit
的增量。向量y
fit
是函数f(s)的列向量；参数x包括参数r
n
、p
n
、d、e；M为Δy
fit
和Δx的线性化矩阵；
[0068]4.2)建立参数x和向量g
fit
的线性关系式，即：
[0069]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于测试数据的强电磁设备传导干扰的单端口等效通用建模方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用所述频谱分析仪获取频域测试数据。2)利用测试数据的频谱信息反演测试数据的时域信息，作为传导干扰单端口等效模型的激励源；3)建立传导干扰单端口等效模型的内阻抗模型；4)对内阻抗模型进行无源优化，得到优化的电路内阻等效电路模型；5)将时域信息输入到优化的电路内阻等效电路模型中，得到差模、共模电压或电流信息。2.根据权利要求1所述的一种基于测试数据的强电磁设备传导干扰的单端口等效通用建模方法，其特征在于，所述测试数据的时域信息复倒谱如下所示：l
min
[n]＝2ε[n]
‑
δ[n]
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，l
min
[n]为加窗滤波函数；ε[n]、δ[n]分别为阶跃、冲激函数；其中，实倒谱x
c
[n]如下所示：式中，X(e
jω
)表示测试数据的离散时域信息x[n]的傅里叶变换；ω表示频率信息。3.根据权利要求2所述的一种基于测试数据的强电磁设备传导干扰的单端口等效通用建模方法，其特征在于，测试数据的幅度谱对数和相位信息满足下列关系：建模方法，其特征在于，测试数据的幅度谱对数和相位信息满足下列关系：式中，arg|X(e
jω
)|表示信号的相位信息，ln|X(e
jω
)|表示信号的幅度谱对数，θ表示相位信息。4.根据权利要求2所述的一种基于测试数据的强电磁设备传导干扰的单端口等效通用建模方法，其特征在于，所述电路内阻抗模型如下所示：式中，留数r
n
和极点p
n
为实数或共轭复数对；d和e为实数；f(s)为电路内阻抗模型输出函数；s为模型输入；N为留数的数量。5.根据权利要求4所述的一种基于测试数据的强电磁设备传导干扰的单端口等效通用建模方法，其特征在于，确定电路内阻抗模型中留数r
n
、极点p
n
、实数d、实数e的步骤包括：
1)记为初始极点，引入辅助函数σ(s)，n＝1、2、
…
、N；其中，辅助函数σ(s)与电路内阻抗模型输出函数f(s)的关系如下：其中，辅助函数σ(s)与电路内阻抗模型输出函数f(s)的关系如下：式中，是未知函数σ(s)的留数；函数σ(s)的d+se项为1。2)建立待求参数r
n
、d和e的线性方程，即：3)将测试数据f(s
k
)及对应频点s
k
代入式(9)，得到线性方程；k＝1、2、
…
、P；线性方程矩阵形式如下所示：Ax＝b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)其中，系数矩阵A
P
×
(2N+2)
第k行元素A
k
如下所示：解向量x和已知向量b分别如下所示：b＝[f(s1) f(s2)
ꢀ…ꢀ
f(s
k
)
ꢀ…ꢀ
f(s
p
)]
T
ꢀꢀꢀꢀ
(13)4)记第i和i+1极点或留数为一组共轭复数对，即：式中，r'和r”为留数的实部和虚部；p'和p”为留数的实部和虚部；5)根据公式(14)，更新矩阵A中对应的元素，使矩阵x的留数为r'和r”；其中，矩阵A更新后的元素如下所示：6)令参数(σf)(s)表示参数并将参数(σf)(s)和参数σ(s)写成
零极点形式，得到：零极点形式，得到：式中，z
n
和分别是(σf)(s)和σ(s)的零点；7)根据公式(16)
‑
(17)，更新电路内阻抗模型输出函数f(s)，得到：8)根据公式(17)和公式(18)建立方程(19)，即：9)将方程(19)右边写成行列式形式，得到：10)构建矩阵H，即：式中，P是包含初始极点的对角矩阵，U是元素为1的列向量，是包含σ(s)留数的行向量；其中，对角矩阵P、行向量分别如下所示：
当矩阵P中极点和行向量中对应留数是共轭复数时，矩阵P、列向量U、列向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘其凤，徐寅翔，黄琛，李永明，朱学贵，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：