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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

引用本文: 尹柏强, 王署东, 何怡刚, 佐磊, 李兵, 程珍. 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[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(1): 195-201. doi: 10.11999/JEIT180256 shu
Citation:  Baiqiang YIN, Shudong WANG, Yigang HE, Lei ZUO, Bing LI, Zhen CHENG. Electromagnetic Environment Complex Evaluation Algorithm Based on Fast S-transform and Time-frequency Space Model[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2019, 41(1): 195-201. doi: 10.11999/JEIT180256 shu

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

    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
  • 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)

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。

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  • 图 1  时频空间模型

    图 2  快速S变换时频空间

    图 3  仿真信号S变换2维时频等高图

    图 4  仿真信号3维时频等高图

    图 5  电磁干扰评估实验场景

    图 6  公交卡干扰实验收发天线及卡测试实验装置

    图 7  干扰信号1作用下的S变换时频参数测试结果

    图 8  干扰信号2作用下的S变换时频参数测结果

    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10~100~100~10
    210~2010~2010~20
    320~3020~3020~30
    轻度复杂430~4030~4030~40
    540~5040~5040~50
    中度复杂650~6050~6050~60
    760~7060~7060~70
    870~8070~8070~80
    重度复杂980~9080~9080~90
    1090~10090~10090~100
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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Cm
    一般复杂10 < C ≤ 0.1 Cm ≥ 2.7
    20.1 < C ≤ 0.82.7 > Cm ≥ 2.4
    30.8 < C ≤ 2.72.4 > Cm ≥ 2.1
    轻度复杂42.7 < C ≤ 6.42.1 > Cm ≥ 1.8
    56.4 < C ≤ 12.51.8 > Cm ≥ 1.5
    中度复杂612.5 < C ≤ 21.61.5 > Cm ≥ 1.2
    721.6 < C ≤ 34.31.2 > Cm ≥ 0.9
    834.3 < C ≤ 51.20.9 > Cm ≥ 0.6
    重度复杂951.2 < C ≤ 72.90.6 > Cm ≥ 0.3
    1072.9 < C ≤ 1000.3 > Cm
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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
    中心频率(MHz)持续时间(s)带宽(MHz)接收功率(dB)
    公交卡信号13.56601.25–20
    干扰信号113.56600.70–30
    干扰信号2高斯噪声(0~400)600~400–70
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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 (%)
    TPFPEP
    干扰1100 563016.8
    干扰2100100<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Cm
    tP1 (s)tP2 (s)fP1 (MHz)fP2 (MHz)SP1 (dBm)SP2 (dBm)
    干扰10~600~6013.5613.56–20–300.90
    干扰20~600~6013.560~400–20–700.01
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  • 通讯作者:  尹柏强, yinbaiqiang123@163.com
  • 收稿日期:  2018-03-21
  • 录用日期:  2018-08-13
  • 网络出版日期:  2018-09-04
  • 刊出日期:  2019-01-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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