傳統(tǒng)的電子設(shè)備電磁兼容測量一般在微波暗室中進(jìn)行，但這種測量具有很多的局限性。首先微波暗室無法完全模仿電子設(shè)備的工作環(huán)境，其次大型的電子設(shè)備無法搬進(jìn)微波暗室中測量。針對上述情況，需要對設(shè)備的電磁兼容進(jìn)行現(xiàn)場測量。在現(xiàn)場測量中，廣播、電視、基站等潛在的輻射源會嚴(yán)重干擾測量精度，甚至?xí)鯡MC的測量極限值。EUT（受試設(shè)備）的輻射信號會被淹沒在復(fù)雜的環(huán)境噪聲中，環(huán)境噪聲還可能含有與受試設(shè)備同頻的信號分量。這會導(dǎo)致測量誤差大，測量時(shí)間長，或誤將環(huán)境信號當(dāng)成受試設(shè)備的的輻射信號等嚴(yán)重影響。這就需要合適的處理方法濾除設(shè)備測量現(xiàn)場的噪聲信號，從而對設(shè)備的電磁輻射進(jìn)行精確的測量。

    早期的電磁兼容現(xiàn)場測量采用分時(shí)測量方法，即先將EUT關(guān)閉進(jìn)行掃描產(chǎn)生電磁環(huán)境曲線，選出幅值較高或比較敏感的頻率點(diǎn)寫入電磁環(huán)境列表。其次打開EUT，再進(jìn)行測試并將結(jié)果記錄下來，此時(shí)記錄的是包含了電磁環(huán)境和EUT發(fā)射的信號。最后對混合信號分析，剔除與電磁環(huán)境電平相同的頻率點(diǎn)。分時(shí)測量存在測量時(shí)間的不同、環(huán)境噪聲不同的問題。隨著自適應(yīng)濾波的發(fā)展，參考文獻(xiàn)[1]提出了虛擬暗室，并且在2005年獲得了專利。美國軍方采用了以該專利為基礎(chǔ)的CASSPER系統(tǒng)。加拿大容向科技的CASSPER系統(tǒng)是基于時(shí)域的自適應(yīng)濾波。參考文獻(xiàn)[2]對時(shí)域的虛擬暗室作了實(shí)驗(yàn)，證明該系統(tǒng)在背景噪聲中含有與EUT信號幅度值相同或相近成分時(shí)，測試效果不理想。虛擬暗室在使用時(shí)受到諸多的限制，如參考通道不能有EUT的輻射信號，環(huán)境不能含有與EUT設(shè)備同頻的信號等，這些都限制了其應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[3]提出了基于波束形成的干擾對消的方法，該方法不需要參考通道依然具有良好的濾波效果。參考文獻(xiàn)[4-5]提出了基于空域?yàn)V波的電磁輻射測量方法，但該方法在處理相干信號時(shí)較慢，且會出現(xiàn)偽峰導(dǎo)致波達(dá)方向估計(jì)誤差從而導(dǎo)致濾波性能下降。

    本文根據(jù)空域?yàn)V波原理，在多維空間譜估計(jì)算法上引入空間平滑算法，再根據(jù)波束形成技術(shù)對干擾信號形成空域?yàn)V波，改善虛擬暗室在現(xiàn)場中的不足。本文介紹了空域?yàn)V波原理并仿真驗(yàn)證方法的有效性。其能有效改善虛擬暗室在同頻信號下的測量和去除相干信號的性能。

1 基本原理

1.1 波達(dá)方向估計(jì)

    MUSIC算法在估計(jì)相干信源時(shí)，Rs秩虧損使得信號特征向量擴(kuò)展到噪聲特征向量中，繼而導(dǎo)致信號空間和噪聲空間不正交，最終波達(dá)方向估計(jì)出現(xiàn)誤差?？臻g平滑技術(shù)是對副相干或者強(qiáng)相干信號的有效處理方法。

    將M個(gè)陣元的線性均勻陣列分成相互交錯(cuò)的p個(gè)子陣。其中每個(gè)子陣包含的m個(gè)陣元滿足M=m+p-1。信號源個(gè)數(shù)為N。如圖1所示，取第一個(gè)子陣為參考子陣，那么每個(gè)子陣的輸出矢量為：

    對第k個(gè)子陣，有：

    當(dāng)滿足m>N且p>N時(shí)，前向空間平滑數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣R^f是滿秩的。即可以通過特征分解求得相應(yīng)的信號子空間和噪聲子空間，進(jìn)而求出干擾信號和EUT輻射信號的來向。

1.2 陣列信號的波束形成

    在獲得輻射信號的波達(dá)方向后，利用MVDR準(zhǔn)則確定各陣元的加權(quán)系數(shù)使陣列主波束指向輻射信號。其在干擾信號的來向上形成零點(diǎn)，且在最大程度上保證被測信號的完整性，最大化抑制干擾信號。MVDR在期望信號來向上增益為1。以M陣元的線陣為例，x_i(t)表示第i個(gè)陣元接收到的信號，ω_i表示對應(yīng)的加權(quán)值，則波束形成的輸出功率為：

式中R=E{X(t)X^H(t)}是陣列輸入?yún)f(xié)方差矩陣。

    在波束形成器輸出功率中，信號不僅在來波方向上有貢獻(xiàn)，且在對波束寬度內(nèi)的其他方向也有貢獻(xiàn)。MVDR準(zhǔn)則的波束形成就是在保持EUT輻射信號波達(dá)方向能量不變的前提下，使干擾信號和噪聲功率在波束寬度內(nèi)最小化。實(shí)際上是一個(gè)約束最佳化問題的解：

2 仿真結(jié)果

   本節(jié)對方法的有效性進(jìn)行仿真驗(yàn)證。設(shè)接收陣列為一元線性陣列，有M個(gè)陣元，陣元間距為d。取M=8，d=200 mm。設(shè)空間中有3個(gè)不同信號，其中一個(gè)為EUT的單頻輻射信號，一個(gè)為EUT輻射信號經(jīng)地面反射的干擾信號，第3個(gè)是環(huán)境中存在的干擾信號。所使用的均為窄帶信號，其數(shù)學(xué)形式為：

其中A₀=2A₁=A₂，f₀=400 MHz，f₁=200 MHz。信號的來向分別為40°、-20°、60°，信噪比和干噪比均為10 dB。

2.1 EUT和干擾信號來向仿真

    要對背景噪聲在EUT信號來向上進(jìn)行波束形成，必須先測得信號來向和各個(gè)干擾信號的波達(dá)方向，經(jīng)典MUSIC算法是對陣列信號測向的有效算法。仿真如圖2所示，在測量EUT輻射信號和相干信號時(shí)出現(xiàn)了較嚴(yán)重的偏差。對不相干信號的估計(jì)較準(zhǔn)確，但相干信號的波達(dá)方向就分辨不出來。

    使用基于空間平滑技術(shù)的MUSIC算法估計(jì)波達(dá)方向，仿真結(jié)果如圖3所示。其較為準(zhǔn)確地測量了EUT輻射信號和相干干擾信號的來向，但是空間平滑技術(shù)是以犧牲分辨率為代價(jià)估計(jì)信號波達(dá)方向的。本文暫用空間平滑技術(shù)來估計(jì)EUT信號和干擾信號的波達(dá)方向。

2.2 MVDR準(zhǔn)則的波束形成仿真

    圖4是基于MVDR的波束形成圖，本實(shí)驗(yàn)仿真的干擾和EUT輻射信號均為單頻窄帶信號。如圖所示此時(shí)波束在干擾來向形成了精確的位置零點(diǎn)。在保證期望信號不失真的情況下波束對于背景噪聲中不相干的窄帶干擾信號有60 dB的抑制效果，對于相干窄帶干擾信號的抑制效果同樣也達(dá)到了50 dB以上。

圖5和圖6分別是陣列接收信號和根據(jù)MVDR準(zhǔn)則恢復(fù)出的EUT輻射信號，雖然干擾信號含有較強(qiáng)的與EUT輻射信號同頻的信號，但此法仍然較好地恢復(fù)出了EUT輻射信號。對于陣元接收到的加性噪聲，該算法使得噪聲下降了20 dB。

    本文提出了一種解決現(xiàn)場電磁兼容測量的相關(guān)信號干擾的方法。將陣列信號處理運(yùn)用到電磁兼容現(xiàn)場測量中，相較于基于雙通道的虛擬暗室，其能較好地剔除背景噪聲中與EUT輻射相干的信號。仿真驗(yàn)證其可獲得與屏蔽暗室測試結(jié)果相一致的效果?？捎脕頊y量大型系統(tǒng)的電磁屏蔽效能、定位干擾源等，具有良好的工程運(yùn)用前景。由于本文的干擾和輻射信號均為窄帶信號，下步將根據(jù)陣列信號處理的先進(jìn)知識對干擾和輻射進(jìn)行分析使此方法適用于更復(fù)雜的環(huán)境。

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