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小波分析及其在雷達電磁兼容研究中的應用
作者:  日期:2016-10-21  瀏覽次數:1969次  來源:
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       應用小波分析的多分辨特性,分析雷達電子設備之間的電磁干擾狀況,對雷達電子設備中具有不同時頻特性的干擾源做出EMC測試分析。
       為了評價電子設備和分系統的電磁兼容性,研究和制定了一系列電磁兼容的國際標準,目前國際上權威的電磁兼容性標準有美國的FCC標準、CISPR標準等。由于設備種類的不同,標準所規定的干擾限值也有差異。在EMI分析中,通常都是把干擾的時域波形利用傅立葉分析方法轉換到頻域中進行分析。因此兼容兼容干擾測量與評價中所使用的數學分析方法和測量儀器都基于傅里葉分析。
       然而在很多實際問題中,人們特別關心局部時域信號在局部頻域中的對應特性,如在電力系統故障信號分析中,人們關注故障電流(電壓)等的突發時刻及其對應的頻譜特征,以期望能及時判斷出故障類型和故障發生的時刻。對于這樣的突變信號的時頻分析,傅里葉分析是無能為力的,因此人們需要短時序的局部化分析方法。
       傅里葉分析師電磁兼容診斷測試的理論基礎,因此傅里葉分析理論在實時信號處理中的不足必然反映到電磁兼容測量中。嚴格來講,EMI檢測信號是非平穩隨機過程,EMI檢測到的干擾信號并非來自一個干擾源,因此在EMC測試中,根據標準傅里葉變換的結果只能從宏觀上判斷設備是否符合電磁兼容要求,但不能給出設備中哪個部件是引起干擾的主要因素。通常一個設備包含許多不同的部件,并且這些部件的工作時序也不一樣,對系統造成干擾的程度也不相同,若能找出引起干擾的主要部件,則對EMC診斷具有重大的意義。
       小波分析發揚了傅里葉分析的優點,克服其某些缺點,并且被廣泛應用于眾多領域,從以上分析看,小波分析是解決EMC診斷問題的較理想的數學工具。小波分析應用于電磁兼容診斷的基本思想是用不同尺度下小波變換尋找感興趣的頻率。這些頻率可能來自某個子系統、部件或元件的EMI,如微處理器電路中的晶振頻率及其諧波,用不同位移因子尋找某些頻率的發生時間,已確定是系統的哪個部件產生了超過標準的電磁輻射。
       雷達電子設備的電磁兼容測試
       為了達到系統電磁兼容的目的,需要盡量削弱干擾源,抑制干擾傳播途徑,降低每個設備的敏感度。因為,在雷達設計和制造過程中,進行電磁干擾的預測分析,是實現電磁兼容的關鍵,也為進一步防止和控制電磁干擾提供了依據。
       考慮了一種雷達常見的電磁干擾情況,即由電氣設備的靜電放電引起的EMI,并應用多分辨小波對這種EMI進行了時頻分析。
       靜電放電是指帶電體周圍的場強超過周圍介質的絕緣擊穿場強時,由于介質電離而使帶電體上的電荷全部消失的現象。帶靜電的物體進行放電時會產生放電電流,導致產生短暫的強度很大的電磁場(靜電放電模擬器)。放電時產生短暫的放電電流和相應的電磁場可能引起電氣、電子設備的電路發生故障,甚至損壞。
       靜電放電干擾是一種有害的干擾源。當帶靜電的設備放電時會產生放電電流,引起短暫的強電磁場,它可以直接穿透設備,或者通過縫隙、輸入輸出電纜耦合到敏感電路,損壞電氣設備。大多數半導體器件很容易受靜電放電干擾而損壞,特別是大規模集成電路器件更為脆弱。因此,靜電放電EMI是電磁兼容研究的重要內容之一。
       ESD放電也廣泛存在于設備或系統中,與其他干擾在一起,形成EMI干擾。由于ESD的持續時間極短,頻譜范圍極廣,在頻譜分析中很難與其他干擾區分出來。靜電放電的電流脈沖是一個振蕩衰減波,因此可用衰減振蕩函數作為放電模擬信號。
       利用傅立葉變換進行頻譜分析是目前電磁兼容性EMI測量分析的基本理論和方法,廣泛應用于電磁兼容測試和電磁兼容預測分析,但由于電磁干擾信號是一種頻帶很寬的信號,并且信號的構成非常復雜,屬于非平穩隨機信號,因而傅里葉分析在數學上的一些局限性使用它在進行電磁兼容預測測試診斷、瞬變信號、突變信號的提取上遇到很大的困難。本文泰思特小編分析了由雷達電氣設備的靜電放電引起的電磁干擾的機理,利用小波分析在分析時頻信號時所具有的良好的局部性質,根據多分辨思想,對淹沒在噪聲中的靜電放電干擾信號進行了時頻分解,將干擾信號劃分為多個頻帶,進行頻譜分析,準備判斷出放電干擾發生的時刻,從窄帶干擾中提取出放電信號,從而對設備中的放電干擾源作出了正確的EMC分析,為進一步抑制干擾源提供了依據。
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