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
计量
- 文章访问数: 2022
- HTML全文浏览量: 514
- PDF下载量: 66
- 被引次数: 0
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

HTML全文

图 1 时频空间模型

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 快速S变换时频空间

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 仿真信号S变换2维时频等高图

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 仿真信号3维时频等高图

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 电磁干扰评估实验场景

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 公交卡干扰实验收发天线及卡测试实验装置

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 干扰信号1作用下的S变换时频参数测试结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 干扰信号2作用下的S变换时频参数测结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

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

下载: 导出CSV

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

下载: 导出CSV

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

下载: 导出CSV

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

下载: 导出CSV

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

下载: 导出CSV

参考文献(18)

陈琛, 黄学良, 谭林林, 等. 电动汽车无线充电时的电磁环境及安全评估[J]. 电工技术学报, 2015, 30(19): 61–67. doi: 10.3969/j.issn.1000-6753.2015.19.010

CHEN Chen, HUANG Xueliang, TAN Linlin, et al. Electromagnetic environment and security evaluation for wireless charging of electric vehicles[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(19): 61–67. doi: 10.3969/j.issn.1000-6753.2015.19.010

李伟, 魏光辉, 潘晓东, 等. 复杂电磁环境下通信装备干扰预测方法[J]. 电子与信息学报, 2017, 39(11): 2782–2789. doi: 10.11999/JEIT170107

LI Wei, WEI Guanghui, PAN Xiaodong, et al. Interference prediction method of communication equipment under complex electromagnetic environment[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2017, 39(11): 2782–2789. doi: 10.11999/JEIT170107

TETLEY W. Analytical prediction of electromagnetic environments[J]. IRE Transactions on Communications Systems, 1961, 9(2): 175–185. doi: 10.1109/TCOM.1961.1097669

JAEKEL B W. Description and classification of electromagnetic environments - revision of IEC 61000-2-5[C]. IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Detroit, USA, 2008: 1–4.

尹成友. 战场电磁环境分类与复杂性评估研究[J]. 信息对抗学术, 2007, 25(4): 4–6.

YIN Chengyou. The battlefield electromagnetic environment complexity of classification and evaluation research[J]. Information Against Academic, 2007, 25(4): 4–6.

王志刚, 王芳, 赵志强. 战场电磁环境客观复杂性分析与评估[J]. 现代防御技术, 2010, 38(3): 19–25. doi: 10.3969/j.issn.1009-086x.2010.03.005

WANG Zhigang, WANG Fang, and ZHAO Zhiqiang. The battlefield electromagnetic environment complexity of objective analysis and evaluation[J]. Modern Ddfence Technology, 2010, 38(3): 19–25. doi: 10.3969/j.issn.1009-086x.2010.03.005

顾有林, 张志, 王伟, 等. 电磁环境复杂度评估算法研究与仿真实现[J]. 系统仿真学报, 2012, 24(2): 394–397.

GU Youlin, ZHANG Zhi, WANG Wei, et al. Research and simulation implementation of electromagnetic environment complex evaluation algorithm[J]. Journal of System Simulation, 2012, 24(2): 394–397.

王伦文, 孙伟, 潘高峰. 一种电磁环境复杂度快速评估方法[J]. 电子与信息学报, 2010, 32(12): 2942–2947.

WANG Lunwen, SUN Wei, and PAN Gaofeng. An evaluating quickly method for electromagnetic environment complexity[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2010, 32(12): 2942–2947.

ZEDDAM A, AVRIL G, and TLICH M. Electromagnetic environment and telecommunications: Towards a cognitive electromagnetic compatibility[J]. Comptes Rendus Physique, 2009, 10(1): 4–12. doi: 10.1016/j.crhy.2009.02.001

董志勇, 栗强. 基于层次分析法的人为电磁环境复杂程度评估[J]. 指挥控制与仿真, 2008, 30(5): 106–112. doi: 10.3969/j.issn.1673-3819.2008.05.030

DONG Zhiyong and LI Qiang. Complexity evaluation of artificial electromagnetism environment based on AHP[J]. Command Control &Simulation, 2008, 30(5): 106–112. doi: 10.3969/j.issn.1673-3819.2008.05.030

代合鹏, 苏东林. 电磁环境复杂度定量分析方法研究[J]. 微波学报, 2009, 25(3): 25–27.

DAI Hepeng and SU Donglin. Study of the complexity evaluationon electromagnetism environment[J]. Journal of Microwaves, 2009, 25(3): 25–27.

王志刚, 何俊. 战场电磁环境复杂性定量评估方法研究[J]. 电子信息对抗技术, 2008, 25(2): 50–53. doi: 10.3969/j.issn.1674-2230.2008.02.013

WANG Zhigang and HE Jun. The research of battlefield electromagnetic environment complexity quantitative evaluation method[J]. Electronic Information Warfare Technology, 2008, 25(2): 50–53. doi: 10.3969/j.issn.1674-2230.2008.02.013

YIN Baiqiang, HE Yigang, LI Bing, et al. An adaptive SVD method for solving the pass-region problem in S-transform time-frequency filters[J]. Chinese Journal of Electronics, 2015, 24(1): 115–123. doi: 10.1049/cje.2015.01.019

YAO Wenxuan, TANG Qiu, TENG Zhaosheng, et al. Fast S-transform for time-varying voltage flicker analysis[J]. IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement, 2014, 63(1): 72–79.

尹柏强, 何怡刚, 朱彦卿. 一种广义S变换及模糊SOM网络的电能质量多扰动检测和识别方法[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(4): 866–872.

YIN Baiqiang, HE Yigang, and ZHU Yanqing. Detection and classification of power quality multi-disturbances based on generalized S-transform and fuzzy SOM neural network[J]. Proceedings of the Chinese Society of Electrical Engineering, 2015, 35(4): 866–872.

朱明哲, 姬红兵, 董青峰. 广义S变换及其在复杂辐射源信号分析中的应用[J]. 电子与信息学报, 2013, 35(10): 2432–2436. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.01311

ZHU Mingzhe, JI Hongbing, and DONG Qingfeng. Generalized S-transform and its application to analysis of complex emitter signals[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2013, 35(10): 2432–2436. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.01311

李文臣, 张政超, 陆静, 等. 电磁环境复杂度等级评估模型[J]. 中国电子科学研究院学报, 2012, 7(4): 427–430. doi: 10.3969/j.issn.1673-5692.2012.04.023

LI Wenchen, ZHANG Zhengchao, LU Jing, et al. Evaluation model of electromagnetic environment complexity classification[J]. Journal of China Academy of Electronics and Information Technology, 2012, 7(4): 427–430. doi: 10.3969/j.issn.1673-5692.2012.04.023

王健, 张江明, 王瑞, 等. 论电磁环境的相对性与" 接地气”的复杂度评估[J]. 电子与信息学报, 2016, 38(5): 1249–1255. doi: 10.11999/JEIT150947

WANG Jian, ZHANG Jiangming, WANG Rui, et al. Relativity of electromagnetic environment and down-to-earth complexity evaluation[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2016, 38(5): 1249–1255. doi: 10.11999/JEIT150947

施引文献

资源附件(0)

访问统计