基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰复杂度评估方法

尹柏强; 王署东; 何怡刚; 佐磊; 李兵; 程珍

doi:10.11999/JEIT180256

基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰复杂度评估方法

doi: 10.11999/JEIT180256

尹柏强^{1, 2, ,},
王署东¹,
何怡刚^{1, 2},
佐磊¹,
李兵¹,
程珍¹

1.
合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009
2.
武汉大学电气工程学院武汉 430072

基金项目: 国家自然科学基金(61501162, 51577046)，无损检测技术教育部重点实验室(南昌航空大学)开放基金(JZ2015SJSY0018)，国家自然科学基金重点项目(51637004)，国家重点研发计划项目(2016YFF0102200)

详细信息

作者简介:
尹柏强：男，1983年生，副教授，硕士生导师，研究方向为复杂电磁环境模拟、分析与评估

王署东：男，1992年生，硕士生，研究方向为复杂信号分析与处理

何怡刚：男，1966年生，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为复杂电磁环境分析与评估、智能电网技术、射频识别技术等

佐磊：男，1982年生，博士，副研究员，硕士生导师，主要研究方向为设备状态监测与评估、智能感知技术及应用等

李兵：男，1973年生，博士，副研究员，硕士生导师，主要研究方向为可靠性预测、物联网技术应用等

程珍：女，1988年生，博士，讲师，硕士生导师，主要研究方向为复杂信号分析与处理

通讯作者:
尹柏强　yinbaiqiang123@163.com

中图分类号: TN97
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出版历程
- 收稿日期: 2018-03-21
- 修回日期: 2018-08-13
- 网络出版日期: 2018-09-04
- 刊出日期: 2019-01-01

Electromagnetic Environment Complex Evaluation Algorithm Based on Fast S-transform and Time-frequency Space Model

Baiqiang YIN^{1, 2
, ,},
Shudong WANG¹,
Yigang HE^{1, 2},
Lei ZUO¹,
Bing LI¹,
Zhen CHENG¹

1.
School of Electrical and Automation Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
2.
School of Electrical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61501162, 51577046), The Key Laboratory of Nondestructive Testing (Nanchang Hang Kong University) Opening Foundation, Ministry of Education (JZ2015SJSY0018), The State Key Program of National Natural Science Foundation of China (51637004), The National Key Research and Development Plan (2016YFF0102200)

摘要

摘要:
针对复杂电磁环境电磁干扰复杂度定性与定量评估问题，该文提出一种基于快速S变换时频空间模型的复杂度评估方法。利用快速S变换方法同步提取时域占用度、频域占用度和能量占用度等评估指标，给出了具体计算方法。在此基础上建立快速S变换时频空间评估模型，将时域、频域和能量域3维向量的F范数和均方根作为电磁环境主观复杂度和客观复杂度评估指标，克服了传统电磁干扰复杂度评估独立参数定级不能全面反映电磁干扰整体特性的局限性。仿真结果表明，采用该模型能有效同步提取时频及能量评估特征参数，时频空间评估模型能精确反映整体电磁干扰特征；实验测试结果验证了本文所提评估方法的正确性。
- 快速S变换 /
- 时频空间模型 /
- 复杂电磁环境 /
- 复杂度评估
Abstract:
For qualitative and quantitative complex evaluation problem of electromagnetic environment. This paper proposes a novel electromagnetic environment complex evaluation algorithm based on fast S-transform and time-frequency space model, which can count time-complex, frequency-complex and energy-complex simultaneously. Meanwhile, the computation methods and concept of qualitative and quantitative evaluation degree are introduced. To overcome the limitations of the traditional methods, F-norm and root-mean-square are selected as two important evaluation indicators, which have the advantage in accurate evaluation. Simulation results show that the proposed method is accurate and effective to reflect the intensity degree of electromagnetic interference; Meanwhile, the interference experiment of bus card confirms the correctness of the time-frequency space model. The experimental test results verify the correctness of the mentioned evaluators.
- Fast S-transfrom /
- Time-frequency space /
- Complexity electromagnetic environment /
- Complex evaluation

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图 1 时频空间模型

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图 2 快速S变换时频空间

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图 3 仿真信号S变换2维时频等高图

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图 4 仿真信号3维时频等高图

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图 5 电磁干扰评估实验场景

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图 6 公交卡干扰实验收发天线及卡测试实验装置

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图 7 干扰信号1作用下的S变换时频参数测试结果

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图 8 干扰信号2作用下的S变换时频参数测结果

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表 1 传统电磁环境复杂度的定级标准(%)

定性等级	定量等级	时间	频率	空域
一般复杂	1	0～10	0～10	0～10
	2	10～20	10～20	10～20
	3	20～30	20～30	20～30
轻度复杂	4	30～40	30～40	30～40
轻度复杂	5	40～50	40～50	40～50
中度复杂	6	50～60	50～60	50～60
	7	60～70	60～70	60～70
	8	70～80	70～80	70～80
重度复杂	9	80～90	80～90	80～90
重度复杂	10	90～100	90～100	90～100

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表 2 本文电磁环境复杂度的定级标准(%)

定性等级	定量等级	客观复杂度C	主观复杂度C_m
一般复杂	1	0 < C ≤ 0.1	C_m ≥ 2.7
	2	0.1 < C ≤ 0.8	2.7 > C_m ≥ 2.4
	3	0.8 < C ≤ 2.7	2.4 > C_m ≥ 2.1
轻度复杂	4	2.7 < C ≤ 6.4	2.1 > C_m ≥ 1.8
轻度复杂	5	6.4 < C ≤ 12.5	1.8 > C_m ≥ 1.5
中度复杂	6	12.5 < C ≤ 21.6	1.5 > C_m ≥ 1.2
	7	21.6 < C ≤ 34.3	1.2 > C_m ≥ 0.9
	8	34.3 < C ≤ 51.2	0.9 > C_m ≥ 0.6
重度复杂	9	51.2 < C ≤ 72.9	0.6 > C_m ≥ 0.3
重度复杂	10	72.9 < C ≤ 100	0.3 > C_m

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表 3 公交卡及电磁干扰信号参数表

信号样式	信号时频能量参数
信号样式	中心频率(MHz)	持续时间(s)	带宽(MHz)	接收功率(dB)
公交卡信号	13.56	60	1.25	–20
干扰信号1	13.56	60	0.70	–30
干扰信号2	高斯噪声(0～400)	60	0～400	–70

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表 4 客观复杂度评估参数及定量评价结果

信号样式	信号时频能量占用度(%)			C (%)
信号样式	T_P	F_P	E_P	C (%)
干扰1	100	56	30	16.8
干扰2	100	100	<0.01	<0.01

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表 5 主观复杂度评估参数及定量评价结果

信号样式	S变换时频模型评估参数						C_m
信号样式	t_P1 (s)	t_P2 (s)	f_P1 (MHz)	f_P2 (MHz)	S_P1 (dBm)	S_P2 (dBm)	C_m
干扰1	0～60	0～60	13.56	13.56	–20	–30	0.90
干扰2	0～60	0～60	13.56	0～400	–20	–70	0.01

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