摘  要： EMI的定位測試是電磁兼容測試的一個(gè)重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的干擾源定位測試方法相對大型的電子設(shè)備而言效率和準(zhǔn)確度都有限。本文提出一種基于空間譜估計(jì)技術(shù)的EMI定位方法，該方法使用二維空間平滑算法對電磁干擾信號進(jìn)行DOA（波達(dá)方向）估計(jì)從而精確定位電磁干擾源。在MATLAB平臺上編寫了相關(guān)程序進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該方法不僅可以區(qū)分不同頻率的干擾而且可以定位同頻的干擾，可以為實(shí)際應(yīng)用提供參考。

　　關(guān)鍵詞： EMI；干擾源定位；二維空間平滑；DOA（波達(dá)方向）

0 引言

　　在電磁兼容現(xiàn)場測量中，對電磁干擾源進(jìn)行快速定位可以幫助工程師快速地排除電磁干擾問題。傳統(tǒng)的關(guān)于輻射源定位方法是使用輻射信號的頻率這一信息，根據(jù)所找到的超標(biāo)點(diǎn)頻率去尋找頻率相同的輻射源，但是在一個(gè)大型的電子設(shè)備或者系統(tǒng)中往往可能有多個(gè)位置產(chǎn)生相似頻率的干擾，因此使用這種方法定位干擾源可能會出現(xiàn)誤差[1]。

　　在基于自適應(yīng)干擾抵消系統(tǒng)的虛擬暗室中使用信號的相關(guān)性定位電磁輻射干擾源。其使用兩個(gè)探頭，一個(gè)放在EUT（受試設(shè)備）附近的遠(yuǎn)場天線或者電流卡鉗，一個(gè)作為近場探頭[2]。用兩個(gè)探頭同時(shí)接收EUT輻射出的信號，通過雙通道的同步接收機(jī)對接收到的兩個(gè)信號進(jìn)行處理，并通過研究兩個(gè)信號的相關(guān)性實(shí)現(xiàn)干擾源的識別定位。但是基于信號相關(guān)性的定位方法需要不斷地移動(dòng)接收天線，而且在不同地點(diǎn)接收到的同一輻射信號也有變化，這都會影響定位的準(zhǔn)確性。本文提出一種基于空間譜估計(jì)技術(shù)的電磁干擾定位方法，該方法使用二維空間平滑對電磁信號進(jìn)行DOA（波達(dá)方向）估計(jì)以精確定位電磁干擾源[3]。二維空間平滑算法可以分辨出不同來向的相干信號，且具有很高的定位精度，適合用于EMC現(xiàn)場測量的電磁干擾源定位。

1 基本原理

　　1.1 MUSIC算法

　　假設(shè)EMC現(xiàn)場測量空間中入射到M元陣列的EUT輻射信號和干擾信號共計(jì)p個(gè)[4]，則陣列接收信號的協(xié)方差矩陣為：

　　由于假設(shè)的干擾信號及EUT輻射信號與噪聲是不相關(guān)的加性高斯白噪聲，因此在式（1）中的第一項(xiàng)是滿秩矩陣，s是對角陣，包含了干擾信號和EUT輻射信號的特征值。?滓2和Un是協(xié)方差矩陣對應(yīng)的特征值和特征向量。故：

　　由于U=[Us，Un]是酉矩陣，其不同特征值對應(yīng)特征向量之間正交。因此：

　　UsHUn=0（8）

　　由式（6）和式（8）知，陣列輸出的方向矩陣A與協(xié)方差矩陣的干擾信號和EUT輻射信號特征向量組成的子空間矩陣Us相同。表示為：

　　噪聲特征值對應(yīng)的特征向量與信源的方向正交。得到空間譜估計(jì)形式為：

　　對PMusic（θ）譜峰θ域?qū)?yōu)，所求的θ即為入射信號的DOA的估計(jì)。

　　1.2 二維空間平滑算法

　　MUSIC不能對空間中相關(guān)的信號進(jìn)行估計(jì)，且只能對信號進(jìn)行一維的定位[5]。本文使用二維空間平滑算法對電磁干擾信號進(jìn)行定位[6]。如圖1所示的M×N的均勻矩形陣列，分成若干個(gè)重疊大小為m×n的均勻矩形子陣列。

　　假設(shè)K個(gè)遠(yuǎn)場窄帶信源s（t）照射到這個(gè)矩形陣列上，信號的俯仰角用陣列的第（m，n）個(gè)陣元的輸出為：

　　式中：

　　將圖1所示的M×N的均勻矩形陣列分成若干個(gè)M0×N0的均勻矩形子陣，如圖2所示。

　　第（m，n）個(gè)子陣的接收信號向量為：

　　第（m，n）個(gè)子陣的協(xié)方差矩陣為：

　　定義所有子陣的協(xié)方差矩陣的平均值為二維空間平滑協(xié)方差矩陣：

　　上式中Ms=M-M0+1，Ns=N-N0+1

　　按照MUSIC的方法對得到的協(xié)方差矩陣進(jìn)行處理，估計(jì)出空間電磁干擾信號的來向。

2 實(shí)驗(yàn)仿真

　　設(shè)接收陣列為6×6的二維等距平面矩形陣列，在x軸方向和y軸方向上，陣元之間的距離均為d=400 mm。設(shè)空間中有三個(gè)不同體制下的信號，其中一個(gè)為EUT的單頻輻射信號，另外兩個(gè)均是電磁兼容現(xiàn)場測量現(xiàn)場的環(huán)境干擾信號或者是受試系統(tǒng)的其他部分發(fā)出的超標(biāo)干擾源。所使用的均為窄帶信號，其數(shù)學(xué)形式為：

　　其中，A0=2A1=A2，f0=200 MHz，f1=10 MHz。n（t）是空間中的白噪聲和各個(gè)陣元上的加性噪聲，信噪比為20 dB。其中電磁信號的水平方位角和俯仰角為[30，40]，[20，50]，[60，10]。使用MATLAB軟件平臺對二維空間平滑算法性能進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，取子陣為4×4的均勻矩形陣，在快拍數(shù)為500的情況下運(yùn)用改進(jìn)的空間平滑技術(shù)對空間中同頻信號和不相關(guān)信號的估計(jì)結(jié)果如圖3和圖4所示。

3 結(jié)束語

　　實(shí)驗(yàn)仿真表明，通過二維空間平滑算法可以精確估計(jì)出空間中電磁信號的DOA，利用電磁干擾信號的DOA可以對大型系統(tǒng)或者電子設(shè)備的干擾源進(jìn)行定位。較傳統(tǒng)的頻率定位法和相關(guān)性定位方法，該測試方法不僅定位方便而且可以對相干信號進(jìn)行定位，因此可以應(yīng)用于大型系統(tǒng)或電子設(shè)備的EMI測試中。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 容向系統(tǒng)科技有限公司.CASSPER系統(tǒng)技術(shù)文檔[Z]．2005．

　　[2] SCHMIDT R．Multiple emitter location and signal parameter estimation [J]． IEEE Trans on AP，1986，34（3）：276-280．

　　[3] SHAN T J， WAX M， KAILATH T． On spatial smoothingfor direction-of-arrival estimation of coherent signals[J]． IEEE Trans on ASSP， 1985，33（4）：806-811．

　　[4] 劉夢南.預(yù)測試中的噪聲抑制與消除技術(shù)[J]．安全與電磁兼容，2003（6）：34-41．

　　[5] 程君佳，田書林，李力．電磁干擾源的相關(guān)性定位測試方法研究[J]．中國測試技術(shù)，2007，33（2）：42-44．

　　[6] 魏小麗，陳建，林琳．基于空間平滑算法的二維相干源DOA估計(jì)[J]．吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，38（5）：1160-1164．