本發(fā)明涉及一種使用多高斯脈沖的線纜傳導敏感度時域測試方法，屬于電磁敏感度測試領域。線纜傳導敏感度時域測試使用多高斯脈沖作為寬帶時域測試信號，選擇多種多高斯脈沖注入被試品，利用其頻譜的多樣性測量出被試品的敏感頻點，極大地提高了測試效率，具有廣闊的運用前景。

背景技術：

線纜傳導敏感度測試在電磁兼容性試驗中占據(jù)關鍵的地位。大型復雜電子系統(tǒng)中線纜數(shù)量巨大、種類繁多、分布廣泛，因此各種線纜會從實際工作環(huán)境中拾取電磁能量，當外界電磁場照射到線纜時，線纜就會收集電磁能量，將噪聲耦合進入線纜中。耦合進線纜的噪聲可能會產生瞬態(tài)電流和電壓傳導耦合到與線纜相連的終端電子設備或系統(tǒng)中，使終端電子設備或系統(tǒng)中的電路出現(xiàn)敏感，這對較為敏感的電子器件和電路可能會造成毀滅性的破壞。大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：目前大型電子設備電磁兼容性問題最為普遍的誘因就是設備中互連線纜耦合實際工作環(huán)境中的電磁干擾信號，因此對設備中的互連線纜進行全方面的線纜敏感度試驗是十分必要和緊迫的，對提高設備的可靠性更是至關重要的。

目前電磁兼容性試驗中對線纜敏感度考核的項目主要包括頻域掃描式的傳導注入敏感度試驗(cs114等)及特定形式脈沖信號耦合注入的時域敏感度試驗(靜電放電、浪涌等)，對天線端子非線性效應考核試驗(cs103/cs104/cs105)。隨著電子裝置的功能越來越多、裝載的電子器件越來越多，線纜數(shù)量、種類、長度、捆扎方式、布局越來越復雜。上述的線纜傳導敏感性試驗方法在效率和不更改被試品狀態(tài)等方面逐漸不能滿足大型復雜設備的電磁兼容性測試需求。例如在實施頻域掃描式的敏感度試驗時，如嚴格按照設備分系統(tǒng)級國軍標中所規(guī)定的測試頻段、步進要求及測試步驟實施試驗，單次測試往往耗時1～2小時。使用此實驗對含有大量復雜線纜的裝置進行測試，將會耗費不可估量的時間成本，大大延誤設備的研制周期。同時在現(xiàn)有的試驗中cs114注入信號為單頻點采用頻域掃描的方式對被試品進行測試，這樣相鄰測試頻點之間的頻帶是否有敏感頻點就難以測出，可能會出現(xiàn)漏頻點情況。

時域電磁干擾檢測的概念最早由e.l.bronaugh提出，依據(jù)目前公開發(fā)表的文獻分析，實驗室的研究樣機可以做到在18ghz以下頻段內滿足cispr關于電磁干擾接收機的要求。2012年9月，德國r&s公司推出一款時域emi測試接收機esr，可以在10hz-7ghz范圍內進行傳導和輻射騷擾測試，該esr具有基于fft的時域掃描功能，可以極快的速度進行電磁騷擾測量，為用戶節(jié)省了寶貴的時間。此外，這種測試方法非常適于汽車、移動通信、醫(yī)療、電力和照明等行業(yè)。在2012年apemc會議上，時域電磁干擾接收機作為一個專門的主題被推出，供大家討論。德國慕尼黑工業(yè)大學p.russer教授作了題為“emcmeasurementsinthetime-domain”的匯報，引領了時域電磁干擾測試方面的一次巨大變革。

技術實現(xiàn)要素：

1、目的：本發(fā)明的目的在于提供一種使用多高斯脈沖的線纜傳導敏感度時域測試方法。電子設備在工作過程中所處的電磁環(huán)境信號形式復雜多樣，多以時域寬帶信號形式存在，所以選擇時域寬帶信號作為測試信號可以在不改變被試設備狀態(tài)的條件下最大限度模擬被試品的真實工作環(huán)境，激發(fā)出其真實工作環(huán)境下可能出現(xiàn)的電磁敏感現(xiàn)象。本發(fā)明使用多高斯脈沖作為寬帶時域測試信號，利用多高斯脈沖頻譜寬、頻譜分布范圍跟隨脈沖間距改變的特點，依次將測試信號注入被試品激發(fā)被試品的敏感響應，通過綜合分析被試品的敏感情況與輸入測試信號的頻譜，精確測量出被試品的敏感頻點分布范圍。線纜傳導敏感度時域測試可以彌補傳統(tǒng)測量方法的不足，提高測試效率，也大大縮短了測試時間。

2、技術方案：本發(fā)明的傳導敏感度時域測試系統(tǒng)使用全底脈寬為0.5ns的單高斯脈沖、雙高斯脈沖和高斯偶脈沖作為測試信號，通過選擇不同形式不同間距的多高斯脈沖來確定被試品的敏感頻點分布范圍,要求測量的范圍為0～800mhz。傳導敏感度時域測試系統(tǒng)由時域脈沖形成電路，注入探頭，被試品，信號采集和數(shù)據(jù)分析四個部分組成。脈沖形成電路可以根據(jù)要求產生不同間距的單高斯脈沖、雙高斯脈沖和高斯偶脈沖。測試信號通過注入探頭耦合到被試品上，被試品對注入的信號產生敏感響應，注入探頭應保證在測試范圍內的注入平坦度，保證測試信號可以完整注入。信號采集和數(shù)據(jù)分析部分采集被試品的敏感響應，提取相應的特征信息，判斷被試品是否產生敏感并根據(jù)敏感頻點定位算法選擇下一個測試脈沖，驅動脈沖形成電路產生新的測試脈沖。經(jīng)過以上硬件運行，系統(tǒng)可以根據(jù)敏感頻點的定位算法逐步確定被試品的敏感頻點的分布范圍。

本發(fā)明設計了完整的敏感頻點定位流程，該流程用于分析被試品的敏感響應信號，提取敏感信息，判斷被試品是否發(fā)生敏感，結合敏感頻點定位算法進一步選擇生成合適的測試脈沖注入被試品，逐步確定敏感頻點的分布范圍。數(shù)據(jù)處理流程的核心是基于時域高斯脈沖信號的敏感頻點定位算法。

一種使用多高斯脈沖的線纜傳導敏感度時域測試方法，特征在于：具體包括以下內容：

(一)分析多高斯脈沖頻譜

使用多高斯脈沖作為敏感頻點時域測試信號，首先要分析多高斯脈沖的頻譜分布規(guī)律，觀察多高斯脈沖的頻譜分布與脈沖間距的關系；

高斯單脈沖時域表達式為：其中a為幅度，μ和σ²為高斯函數(shù)的期望和標準方差，相同分布的高斯脈沖與呈高斯函數(shù)分布的信號能量分布基本相同，兩者的頻率分布也近似，所以使用高斯函數(shù)的頻譜來近似高斯脈沖的頻譜分布，高斯單脈沖頻譜表達式為：式中b為頻譜幅度，該式表明選取合適的閾值，高斯單脈沖的頻譜分布可以近似的看作成高斯分布；

利用上述分析結果，結合傅里葉變換的時移特性，可以得到多高斯脈沖的頻譜分布情況；假設雙高斯脈沖的間距為t，則幅度譜表達式為：雙高斯脈沖在-3db內的頻譜分量能夠有效地注入被試品，為有效測試頻帶，有效測試頻帶邊界ωbd與脈沖間距t的關系表達式為：本方法使用的測試信號為全底脈寬為0.5ns的多高斯脈沖，此時脈沖的形狀參數(shù)σ≈1.4×10^-11；由于σ≈1.4×10^-11同時有ω≤800mhz，所以有雙高斯脈沖的有效測試頻帶邊界與脈沖間距的關系可以簡化為cosωbdt＝0；雙高斯脈沖的有效測試頻帶邊界ωbd存在多個解，敏感頻點定位算法綜合分析雙高斯脈沖的有效測試頻帶分布，先選取合適的脈沖間距使雙高斯脈沖的有效測試頻帶僅為[0，ωbd0]，通過改變雙高斯脈沖的間距可以實現(xiàn)對[0，ωbd0]區(qū)域掃描，確定被試品在低頻區(qū)域的敏感頻點分布；

采用同樣的分析方法，高斯偶脈沖幅度譜表達式為：與雙高斯脈沖計算方法相同，得到高斯偶脈沖有效測試頻帶的邊界值與脈沖間距t的關系表達式為：cosωbet＝0；由此可見脈沖間距相同的雙高斯脈沖和高斯偶脈沖的有效測試頻帶臨界點相同，兩者結合能夠完整的覆蓋要求測試的0～800mhz頻譜范圍，并且測試頻帶可隨著脈沖間距的改變逐漸調節(jié)，最終得到精確的敏感頻點范圍。

(二)設計敏感頻點定位流程

通過上面對高斯單脈沖、雙高斯脈沖、高斯偶脈沖的頻譜分析，可以發(fā)現(xiàn)單高斯脈沖的頻譜可以完整覆蓋0～800mhz范圍，使用該信號可以探測出被試品在該范圍內是否存在敏感頻點分布，而雙高斯脈沖和高斯偶脈沖頻譜分布分別覆蓋要探測范圍的低頻和高頻區(qū)域，并且隨著脈沖間距t的改變脈沖分布范圍也在逐漸改變，利用這一規(guī)律可以綜合使用兩種脈沖實現(xiàn)對要檢測頻譜范圍的掃描，逐步縮小敏感頻點可能存在的頻段，最終結合敏感頻點的定位算法確定敏感頻點的分布范圍；

測試開始首先選擇初始檢測脈沖并驅動脈沖形成電路的電控模塊產生脈沖，將脈沖通過探頭注入到被試品中，監(jiān)測被試品的響應并判斷此時被試品是否出現(xiàn)敏感，根據(jù)當前測試狀態(tài)和被試品的敏感測試情況進一步選擇合適的脈沖測試被試品，最終通過分析各個脈沖之間的頻譜差異確定被試品的敏感頻點分布范圍。

(三)使用labview實現(xiàn)定位流程

所述的傳導敏感度時域測試方法中數(shù)據(jù)處理部分在labview程序中實現(xiàn)，信號通過數(shù)據(jù)采集設備傳輸?shù)絧c端，在labview程序調取敏感響應數(shù)據(jù)，采集敏感信息，并根據(jù)相應的敏感情況結合當前測試狀態(tài)和敏感頻點定位流程選擇下一組測試脈沖，并指示脈沖形成模塊生成相應的測試脈沖繼續(xù)下一步測試。

所述的敏感頻點定位流程，首先使用有效頻帶完整覆蓋0～800mhz的單高斯脈沖進行測試，若被試品出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，則說明被試品在測試范圍內存在敏感頻點，否則不存在敏感頻點，即結束測試；若存在敏感頻點，則進行第二次測試，即選擇脈沖間距為0.5ns的雙高斯脈沖測試被試品，如果出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，則說明敏感頻點分布在0～500mhz范圍，否則分布在500～800mhz范圍；若第二次測試出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，則第三次測試選擇脈沖間距為1.0ns的雙高斯脈沖測試被試品，如果出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，說明敏感頻點分布在0～250mhz，否則分布在250～500mhz；如第二次測試未出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，第三次測試選擇脈沖間距為1.0ns的高斯偶脈沖測試被試品，如果出現(xiàn)敏感現(xiàn)象說明敏感頻點分布在500～750mhz，否則分布在750～800mhz；以此類推，選擇合適的間距和形式的多高斯脈沖逐漸縮小敏感頻點可能存在的范圍，最終得到精確的結果。

本方法所應用的一種線纜傳導敏感度時域測試系統(tǒng)，包括時域脈沖成形模塊、注入探頭模塊、被試品和信號監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理模塊四部分，其中時域脈沖形成模塊是測試脈沖信號生成器，能夠按照數(shù)據(jù)處理模塊的脈沖形式和間距要求，生成全底脈寬為0.5ns的多高斯脈沖，該模塊與注入探頭模塊相連，將生成的測試信號傳輸給注入探頭模塊；注入探頭模塊保證在0～800mhz測試范圍內測試信號的頻譜分量最大衰減為10db,與被試品相連，將測試信號完整的注入被試品，準確的激發(fā)被試品的敏感現(xiàn)象；被試品在接收到測試信號時，對信號的某些頻譜分量產生敏感響應，并將響應信號傳遞給信號監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理模塊；信號監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理模塊對被試品敏感響應進行監(jiān)測，提取和分析響應信號的敏感特性，得到被試品的敏感信息后存儲響應信息，并根據(jù)敏感頻點定位算法判斷下一組測試脈沖，同時該模塊與脈沖形成模塊相連，將需要生成的測試脈沖信息傳遞給時域脈沖形成模塊，控制時域脈沖形成模塊生成新的測試脈沖繼續(xù)進行下一組測試。

3、優(yōu)點：本發(fā)明提出的一種使用多高斯脈沖的線纜傳導敏感度時域測試方法，優(yōu)點在于：

①使用多高斯脈沖作為測試信號不存在漏頻點的情況，能夠很好地模擬設備在實際工作中所面臨的復雜電磁環(huán)境；

②多高斯脈沖形式多樣，能夠全面地反映干擾信號可能存在的形式；

③多高斯脈沖屬于寬帶時域信號，測試頻譜寬，測試效率高，能夠相對全面的考核被試品的敏感頻點分布情況；

④通過labview實現(xiàn)自動化測試，操作更加簡單；

⑤極大地提高了測試效率，節(jié)約了測試時間。

附圖說明

圖1時域測試系統(tǒng)框圖。

圖2a-1、圖2a-2為單高斯脈沖波形及頻譜。

圖2b-1、圖2b-2為雙高斯脈沖波形及頻譜。

圖2c-1、圖2c-2為高斯偶脈沖波形及頻譜。

圖3數(shù)據(jù)處理流程圖。

圖4敏感頻點定位流程圖。

圖5敏感頻點定位程序前面板。

圖6敏感頻點定位程序框圖。

圖7a被試品前面板。

圖7b被試品程序框圖。

圖8被試品測試結果。

具體實施方式

下面將結合圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本發(fā)明搭建的一種線纜傳導敏感度時域測試系統(tǒng)，如圖1所示，包括時域脈沖成形模塊、注入探頭模塊、被試品和信號監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理模塊四部分，其中時域脈沖形成模塊是測試脈沖信號生成器，能夠按照數(shù)據(jù)處理模塊的脈沖形式和間距要求，生成全底脈寬為0.5ns的多高斯脈沖，該模塊與注入探頭模塊相連，將生成的測試信號傳輸給注入探頭模塊；注入探頭模塊保證在0～800mhz測試范圍內測試信號的頻譜分量最大衰減為10db,與被試品相連，將測試信號完整的注入被試品，準確的激發(fā)被試品的敏感現(xiàn)象；被試品在接收到測試信號時，對信號的某些頻譜分量產生敏感響應，并將響應信號傳遞給信號監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理模塊；信號監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理模塊對被試品敏感響應進行監(jiān)測，提取和分析響應信號的敏感特性，得到被試品的敏感信息后存儲響應信息，并根據(jù)敏感頻點定位算法判斷下一組測試脈沖，同時該模塊與脈沖形成模塊相連，將需要生成的測試脈沖信息傳遞給時域脈沖形成模塊，控制時域脈沖形成模塊生成新的測試脈沖繼續(xù)進行下一組測試。

一種使用多高斯脈沖的線纜傳導敏感度時域測試方法，其具體步驟為：

步驟一：對多高斯脈沖的頻譜進行傅里葉變換，得到不同多高斯脈沖的頻譜分布特點，建立時域高斯脈沖信號的形態(tài)和頻域覆蓋頻帶間的關聯(lián)數(shù)學模型，如圖2a-1、圖2a-2、圖2b-1、圖2b-2、圖2c-1、圖2c-2所示。高斯單脈沖時域表達式為：

其中，a為幅度，μ和σ²為高斯函數(shù)的期望和標準方差。由于相同分布的高斯脈沖與呈高斯函數(shù)分布的信號能量分布基本相同，兩者的頻率分布也近似，所以使用高斯函數(shù)的頻譜來近似高斯脈沖的頻譜分布，高斯單脈沖頻譜表達式為：

通過選取合適的閾值，高斯單脈沖的頻譜分布可以近似的看作成高斯分布。

只使用高斯單脈沖不能達到定位敏感頻點的要求，需要使用多高斯脈沖完成敏感頻點定位。利用上述分析結果，結合傅里葉變換的時移特性，可以得到多高斯脈沖的頻譜分布情況。假設雙高斯脈沖的間距為t，則幅度譜表達式為：

雙高斯脈沖的幅度在-3db內的頻譜分量能夠有效地注入被試品，其有效測試頻帶的邊界值ωbd與脈沖間距t的關系表達式為：系統(tǒng)使用的測試信號為全底脈寬為0.5ns的多高斯脈沖，所以脈沖的形狀參數(shù)σ≈1.4×10^-11。由于σ≈1.4×10^-11同時有ω≤800mhz，所以有那么雙高斯脈沖的有效測試頻帶邊界與脈沖間距的關系可以簡化為：

cosωbdt＝0

雙高斯脈沖的有效測試頻帶邊界ωbd與脈沖間距t成反比，且有多個解，隨著雙高斯脈沖間距的變化，在0～800mhz可能會存在多個有效測試頻帶。在設計敏感頻點定位算法時，首先要考慮的是雙高斯脈沖的有效測試頻帶[0，ωbd0]。與此同時也要考慮隨著脈沖間距的變化,有效測試頻帶會增加[ωbd1,ωbd2]中的一部分或者全部，綜合分析雙高斯脈沖的這兩個頻帶情況，才能準確的定位到敏感頻點。

采用同樣的分析方法，高斯偶脈沖幅度譜表達式為：

與雙高斯脈沖計算方法相同，得到高斯偶脈沖有效測試頻帶的邊界值ωbe與脈沖間距t的關系表達式為：

cosωbet＝0

由此可見脈沖間距相同的雙高斯脈沖和高斯偶脈沖的有效測試頻帶臨界點相同，兩者結合能夠完整的覆蓋要求測試的0～800mhz頻譜范圍，并且測試頻帶可隨著脈沖間距的改變逐漸調節(jié)，最終得到精確的敏感頻點范圍。

步驟二：通過對多高斯脈沖的頻譜分析設計出敏感頻點定位流程。多高斯脈沖中的單高斯脈沖頻譜可以完整覆蓋0～800mhz范圍，使用該信號可以探測出被試品在該范圍內是否存在敏感頻點分布，雙高斯脈沖和高斯偶脈沖頻譜的有效測試頻帶邊界相同，可以綜合使用兩種脈沖并調節(jié)脈沖的間隔完成對敏感頻點范圍的探測。數(shù)據(jù)處理流程圖如圖3所示，測試開始首先選擇初始檢測脈沖并驅動脈沖形成電路的電控模塊產生脈沖，將脈沖通過探頭注入到被試品中，監(jiān)測被試品的響應并判斷此時被試品是否出現(xiàn)敏感，根據(jù)當前測試狀態(tài)和被試品的敏感測試情況進一步選擇合適的脈沖測試被試品，最終通過分析各個脈沖之間的頻譜差異確定被試品的敏感頻點分布范圍。

在敏感頻點定位算法中可以通過(1)選取不同類型的多高斯脈沖，(2)調整脈沖的間距實現(xiàn)對測試頻帶的掃描，定位出被試裝置的敏感頻點。在實際測試過程中，需要根據(jù)測試頻帶的覆蓋要求，選擇生成合適的多高斯脈沖對被試品進行測試。因此可將多高斯脈沖的有效測試頻帶邊界值和脈沖間距的對應關系生成對照表如表1所示，脈沖間距的調節(jié)步長選為0.5ns。通過分析對照表可以設計出敏感頻點的定位流程。

表1

根據(jù)傳導敏感度時域測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程和對多高斯脈沖有效測試頻帶的分析，可以設計出完整的敏感頻點定位流程，敏感頻點定位流程圖如圖4所示。在測試過程中首先使用有效頻帶完整覆蓋0～800mhz的單高斯脈沖進行測試，若被試品出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，則說明被試品在測試范圍內存在敏感頻點，否則不存在敏感頻點，即結束測試。若存在敏感頻點，則進行第二次測試，即選擇脈沖間距為0.5ns的雙高斯脈沖測試被試品，如果出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，則說明敏感頻點分布在0～500mhz范圍，否則分布在500～800mhz范圍。若第二次測試出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，則第三次測試選擇脈沖間距為1.0ns的雙高斯脈沖測試被試品，如果出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，說明敏感頻點分布在0～250mhz，否則分布在250～500mhz。如第二次測試未出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，第三次測試選擇脈沖間距為1.0ns的高斯偶脈沖測試被試品，如果出現(xiàn)敏感現(xiàn)象說明敏感頻點分布在500～750mhz，否則分布在750～800mhz。以此類推，選擇合適的間距和形式的多高斯脈沖逐漸縮小敏感頻點可能存在的范圍，最終得到精確的結果。敏感頻點分布的所有可能情況及相應的測試流程及敏感情況在表2中列出，其中分布頻帶表示敏感頻點的分布范圍，測試信號順序則表示敏感頻點分布在此范圍時多高斯脈沖的注入順序和相應的被試品敏感情況(括號內的數(shù)字代表脈沖的間距單位為ns，y代表此時被試品出現(xiàn)敏感，n表示此時被試品無敏感)?？梢钥闯鲈摱ㄎ凰惴▽⑿枰獪y量的0～800mhz范圍分布不相等的121個子頻帶，每個子頻帶的寬度即為敏感頻點分布在此范圍內時的測量精度，測量結束時，敏感頻點定位算法確定出敏感頻點分布在哪一子頻帶內。

表2

步驟三：將上述敏感頻點定位流程寫入labview程序，實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)處理和脈沖選擇。首先將采集到的被試品響應傳輸給pc端，使用labview調取數(shù)據(jù)并進行敏感特征提取，判斷被試品是否發(fā)生敏感，最后存儲測試信號和敏感響應信息。通過結合當前測試脈沖和被試品敏感信息，labview程序使用上述敏感頻點定位算法選擇下一組測試脈沖。敏感頻點定位程序的前面板和程序框圖如圖5和圖6所示，程序分為采樣參數(shù)控制，數(shù)據(jù)處理和指令狀態(tài)顯示區(qū)域三個部分，能夠實現(xiàn)采集被試品敏感響應，存儲采樣數(shù)據(jù)，判斷當前測試狀態(tài)，選擇下一測試脈沖和實時顯示敏感頻點分布范圍等功能。該labview程序提供測試者與測試系統(tǒng)交互的界面，能夠根據(jù)測試者的要求調整系統(tǒng)參數(shù)，并在pc端實現(xiàn)自動測試，大大縮短了測試時間，節(jié)約了測試資源。

實施例1

下面以三角波作為模擬測試信號驗證該設計思想的可行性，試驗中使用labview建立一個vi作為被試品，被試品的前面板和程序框圖如圖7a和b所示。當測試信號頻譜包含4mhz時，被試品輸出幅度為2的正弦波，否則輸出幅度為1的正弦波，即被試品的敏感頻點為4mhz。

表3

測試使用的使用數(shù)據(jù)采集卡采集一個周期的三角波信號注入被試品，信號的頻率與對應的單周期信號截止頻率如表3所示，選取的變化步長為0.1mhz。則測試結果如圖8所示，依次注入頻率為2mhz，1mhz，1.5mhz，1.3mhz和1.1mhz的信號，得到的最終測試結果為敏感頻點在3.8～4.1mhz范圍內，與預期結果相符。