專利名稱：一種多頻干擾對間電磁耦合薄弱路徑的確定方法
技術領域：
本發明屬于電磁兼容技術領域，涉及一種在干擾對間尋找電磁兼容耦合薄弱通道的方法，更確切地說，是一種干擾源在多個頻點干擾敏感體的電磁耦合薄弱路徑的確定方法。
背景技術：
在電子系統的工作中，某一設備產生的電磁干擾會通過傳導發射(CE)和輻射發射(RE)的方式耦合至另一設備上，造成另一設備性能的下降，甚至無法正常工作。隨著電子系統的集成化程度和復雜性日益增加，干擾設備與敏感設備間的電磁耦合關系也日趨復雜，干擾信號可以通過多條耦合路徑到達敏感體并對敏感體產生干擾。隨著集成化程度的提高，單個系統內的敏感設備可能同時受到單個或多個設備在不同頻點處的干擾。在系統中尋找出干擾源與敏感體在不同頻點處的干擾耦合薄弱環節，對系統電磁兼容問題的整改和加固具有重要的指導意義。
發明內容
在電子系統的電磁兼容性設計和整改階段，為了能夠快速、準確、有效的實現系統電磁兼容性故障或隱患的加固，本發明通過將系統中干擾源和敏感體間的電磁耦合關系轉化為有向圖，并使用仿真和測試的方法在不同頻點處對耦合有向圖的邊進行賦值，然后對多個電磁干擾耦合有向圖采用最短路徑尋跡的方法，從中尋找出每對干擾源與敏感體在相應干擾頻點處的薄弱耦合路徑，最后將所有薄弱路徑上的頂點按照在薄弱鏈路上出現的次數進行排序，最后根據排序的順序來實現對干擾耦合路徑的整改。使用多頻干擾對間電磁耦合薄弱路徑的確定方法可以實現對某一薄弱耦合段進行整改，輕松的解決多個頻點、多個干擾對的電磁干擾問題，從而高效、準確的實現了系統電磁兼容性故障的修復和加固。本發明通過將干擾對間的電磁耦合關系轉化為有向圖，并多次采用最短路徑尋跡尋找薄弱路徑，最終得到整改鏈路和關鍵整改點，解決了以往依靠經驗逐點排查針對性不強，費時費力的問題。該方法尋找關鍵整改點的內容包括下列步驟:第一步:在干擾源和敏感體已知的情況下，根據系統的電路原理圖和工作原理圖將系統內的干擾耦合通道進行分類，獲取系統內干擾對間的電磁干擾耦合網絡；第二步:將第一步得到的電磁干擾耦合網絡轉換成電磁干擾耦合有向圖(簡稱有向圖);第三步:根據有向圖頂點的度和有向圖的分支對有向圖進行簡化；第四步:對有向圖進行賦值，得到多個賦值耦合有向圖。第五步:采用Dijkstra算法確定有向圖在不同干擾頻率條件下干擾源到敏感體間的最短耦合路徑。第六步:對所述最短耦合路徑進行整改和加固，具體為:(I)將所有最短耦合路徑上的除了干擾源和敏感體的頂點按照頂點出現的次數進行排序；(2)對出現次數最多的頂點進行整改和加固，并去除整改頂點所在的最短耦合路徑;(3)判斷出現次數次之的頂點是否在剩余的最短路徑中，若在則對該點進行整改并去除該頂點所在的最短耦合路徑。若不在則考慮下一個頂點。直到所有最短耦合路徑都進行一次整改和加固。第七步，重復第四步 第六步，直到電磁干擾耦合符合要求。本發明基于干擾源與敏感體在對應頻率處耦合薄弱路徑上頂點的重復次數來進行排序，從而確定電磁耦合通道的整改點，其優點在于:(I)針對電子設備間的電磁兼容干擾問題，在電磁干擾耦合網絡中尋找出不同頻點干擾傳輸的薄弱路徑，對系統電磁兼容性的整改更具有針對性。(2)通過將電磁耦合關系轉化為耦合有向圖，在耦合有向圖中尋找出各頻點的薄弱耦合路徑，并重點從薄弱路徑上的關鍵點進行整改和加固，可以低成本、準確、有效的解決電磁兼容問題。(3)通過對各頻點電磁薄弱環節的頂點進行排序來確定整改點，對系統電磁兼容性的加固和整改具有重要的指導意義。
圖1本發明提供的多頻干擾對間電磁耦合薄弱路徑的確定方法流程圖；圖2多頻干擾對間電磁稱合有向圖不意圖；圖3不同頻點干擾對間的最短耦合路徑；圖4多頻干擾對間電磁耦合有向圖的化簡；圖5實施例中某系統工作原理圖；圖6實施例中某系統的電磁干擾稱合有向圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。在以往的電子設備排故和整改中，往往通過逐點排查的方法來實現設備故障的定位，然后采取相應的電磁兼容整改措施，從而實現設備電磁兼容性的加固。但傳統的方法往往找不到電磁干擾的薄弱環節，常常在非主要的耦合路徑采取電磁加固的措施，這樣不僅耗時、耗力、耗財，還導致設備在使用階段容易出現電磁兼容性故障，難以進行維護和抗干擾能力弱的問題。采用多頻干擾對電磁耦合薄弱路徑的確定方法來實現系統的電磁兼容性加固，可以準確地定位不同頻率的干擾源和敏感體之間的主要電磁干擾耦合通道，可以同時解決系統多個頻點的電磁兼容性問題。明確電磁干擾耦合的主要途徑對電磁故障的排查和設備電磁兼容性的維護具有重要的意義。單個干擾對的耦合網絡在某個頻點的干擾能量在傳遞的過程中可能包含的損耗有:濾波器損耗Lf、線纜損耗L1、線纜間耦合A1、天線-線纜耦合Atl、天線-孔縫耦合Ata、天線間耦合Ata等，將各損耗量用dB進行表示，則該鏈路在該頻點上的總損耗量為:L=Lf+L1+A1+Atl+Ata+Atr
當某耦合路徑是耦合網絡中所有路徑干擾能量損耗最小的路徑時，即是干擾能量從干擾源到敏感體的耦合有向圖中最短的路徑，對該路徑上的關鍵設備采取電磁兼容措施可以有效的解決系統在該干擾頻點的電磁兼容問題。對于多頻干擾對，不同頻率的干擾對之間都存在一條電磁耦合薄弱環節，通過對每對耦合薄弱環節進行整改，特別是對各薄弱環節上的重復薄弱點進行整改對電子設備系統的設計和維護有重要的指導意義。本發明提供的多頻干擾對電磁耦合薄弱路徑的確定方法的流程如圖1所示，主要包括以下步驟:第一步:根據電子系統的工作原理圖將系統內干擾耦合通道進行分類，獲取系統內的電磁干擾耦合網絡；在《電磁兼容性工程設計手冊》第56頁中，圖3-1-3表示了系統內部的干擾耦合關系，并將系統內的電磁干擾傳播方式主要分為:天線-天線，天線-線纜，機殼-機殼，線-線，共阻抗六類。在系統的工作原理圖和電路原理圖中，根據電磁干擾傳播的分類方法，從系統的工作原理圖中找出可能的干擾耦合路徑，并按照圖3-1-3所示，畫出系統內部干擾源到敏感體的耦合網絡圖。第二步:在第一步獲得耦合網絡的基礎上，將耦合網絡轉化為有向圖。具體轉化步驟為:( I)將I禹合網絡中的設備端口 映射為有向圖的頂點。(2)根據耦合網絡的耦合關系和能量傳輸方向將各頂點連接起來，并在有向圖中標明信號的傳播方向。從而實現了系統耦合網絡圖向有向圖的轉化。某系統的多干擾耦合有向圖如圖2所示，其中各頂點的標號代表電子系統中各設備的端口標號。在該耦合有向圖中有兩個起點(節點I和節點6)和兩個終點(節點15和節點16)，即表示在電子系統中有兩個干擾源(節點I和節點6)和兩個敏感體(節點15和節點16)。第三步:根據圖論的知識計算出有向圖中各個頂點的度，并標出有向圖的分支，根據頂點的度和有向圖的分支實現有向圖的簡化，具體簡化步驟為:(I)刪除有向圖中頂點度為O的頂點，即去除系統中不干擾任何其他設備，也不會被其他設備所干擾的設備，如圖3a所示，刪除圖中不與任何節點相連的節點A4 ;其中節點Al為干擾源，節點A3為敏感體。(2)刪除有向圖中與源點和終點不連通的子圖，即去除系統中干擾能量不通過的設備，如圖3b所示，刪除圖中由節點B4，B7, B8形成的不參與干擾能量傳輸的子圖；其中節點BI，節點B9為干擾源，節點B3為敏感體。(3)刪除有向圖中分支的頂點，即去除系統中不在干擾源到敏感體路徑上的設備，如圖3c所示，刪除圖中的節點C7 ;其中節點Cl，節點C4為干擾源，節點C3為敏感體。第四步:利用仿真和測試的方法獲取系統各設備端口間在不同干擾頻點處的干擾損耗量，并用損耗量對有向圖進行賦值。在電磁干擾耦合網絡中，設端口 i到端口 j在頻率f下的電磁干擾損耗量為Lij,則對應的有向圖中頂點i到j的一條邊的數值就為Lij,且方向為i — j。其中損耗量Lij可以采用仿真或者測試的方法得到；對于電磁波在空間耦合(天線-天線，天線-線纜，機殼-機殼，線-線)的損耗量可以采用電磁場仿真軟件FEKO建立相應的模型計算出設備端口之間的隔離度，從而得到任意兩個端口之間的電磁波損耗量；對于干擾信號在系統工作鏈路上的損耗可以使用ADS軟件建立相應的電路仿真模型得出干擾信號在工作鏈路上的衰減量。測試則可采用矢量網絡分析儀、測試接收機等儀器得到端口之間的損耗量。通過仿真和測試建立每一個干擾頻點處的賦值有向圖。第五步:基于Dijkstra算法(戴克斯特拉算法)的最短路徑尋跡，尋找出有向圖中每對干擾對之間的最短路徑。所謂最短路徑是指在有向圖中尋找從一個頂點到另一個頂點的通路中長度最短的通道。其中通道長度為賦值有向圖中一個頂點到另一個頂點耦合路徑上所涉及的邊的和。設D = < V，A >是帶賦值的有向圖,其中V表示頂點集，A表示邊集，對D的每一條邊a =< Vi, Vj >都指定一個實數的權Md = H<v^1；;) = ，其中Vi, Vj表示有向圖的第i個和第j個頂點，< Vi, Vj >表示頂點Vi到頂點Vj的邊，'V,表示邊a的數值。如果< V- V- A，則令'=在帶賦值的有向圖D中，給定一個稱為始點的節點'和
一個稱為終點的節點'，p(vp是從vs到'的通路中長度最小的通路，并稱P(\)的數值為從Vs到Vj的距離,表示為P(Vj) = d(vs, Vj)。T(V)表示任意一個節點V到節點VS的距離的上界，λ (Vj)表示從vs到Vj的最短路徑上Vj的前一個點的下標。Si表示進行到第i步時，已經被標號的頂點的集合。Di jkstra最短尋跡算法求解步驟如下:(I)開始(i=0)令 S0 = {vj，P (vs) = O, λ (vs) = O,對每一個 V 關 Vs,令 T (V)=+ 令k=s ;k表示上一次最短路徑的頂點值；
(2)如果Si = V,尋找完畢,算法終止,這時,對每個V e Si, d (vs, V) =P(V);否則轉入(3)進行迭代計算，V表示有向圖的任意一個頂點；(3)考查每個使(vs, Vj) e八且&電民的點Vj。如果T (Vj) > P (vk) +wkJ,則把 T (Vj)修改為 P (Vk) +wkj，把 λ (Vj)修改為 k;否則轉入⑷；(4)令7h) =I，Γ(ν;)表示第i步時，到Vj的最短距離。如果Tiyj) < +00，則把的T標號變成P標號P(Vj) = Tivj)，令h = ^,.u 丨，^ = I,，把i換成i+Ι，轉入⑵；否則終止，這時對每一個V e Si, d(vs, V)=P (V),而對每一個V S d(vs，v) = T (V),獲得最短路徑。迭代終止時，根據各點的λ (V)值，就可以得到從始點Vs到終點Vj的最短路徑，其中P保存了最短路徑的數值。依次使用Dijkstra算法確定每一個賦值有向圖中，干擾源到敏感體間的最短路徑。圖2中所示有向圖在不同頻率點處獲得最短路徑如圖4所示，其中節點I和節點6表示干擾源，節點15和節點16表示敏感體。圖4中各類線型的耦合路徑表示不同的頻率條件下的最短耦合路徑。其中最短耦合路徑有:干擾源I在頻率條件下對敏感體15和敏感體16的最短耦合路徑(如圖4實線所示)；干擾源I在頻率f2條件下對敏感體16的最短耦合路徑(如圖4點虛線所示)；干擾源6在頻率f3條件下對敏感體15的最短耦合路徑(如圖4長虛線所示)；干擾源6在頻率f4條件下對敏感體16的最短耦合路徑(如圖4點直線所示)。第六步:對所述最短耦合路徑進行整改和加固，具體為:(I)將所有最短耦合路徑上除了干擾源和敏感體的頂點按照頂點出現的次數進行排序；(2)對出現次數最多的頂點進行整改和加固，并去除整改頂點所在的最短耦合路徑;(3)判斷出現次數次之的頂點是否在剩余的最短路徑中，若在則對該點進行整改并去除該頂點所在的最短耦合路徑。若不在則考慮下一個頂點。直到所有最短耦合路徑都進行一次整改和加固。第七步，通過采用屏蔽、接地、濾波等電磁兼容措施，對電磁干擾耦合薄弱路徑上進行排序的關鍵點進行整改和加固后，再次進行判斷系統是否滿足干擾耦合要求，若不滿足則采用本發明提出的方法繼續尋找最短路徑，重復第四步 第六步，直到電磁干擾耦合符合要求。實施例對某飛機電子系統進行聯調試驗的時候發現油量表受到短波電臺和火控系統的干擾，經分析發現短波電臺有兩個頻點對油量表產生了干擾，而火控系統也有兩個頻點對油量表產生了干擾，并且四個頻點相互不一致。短波電臺、火控系統、油量表的工作原理圖如圖5所不,通過對火控系統和短波電臺干擾油量表的可能鏈路進行分析，可以得到以下的主要干擾路徑:I)火控系統的雜散信號通過電源線串擾進入公用電源對油量表產生了干擾；2)火控系統的雜散信號通過線纜間的耦合對油量表產生了干擾；3)短波電臺的干擾信號通過孔縫間的耦合對油量表產生了干擾；4)短波電臺的干擾信號通過電源線串擾進入公用電源對油量表產生了干擾；5)短波電臺的干擾信號通過天線與孔縫間的耦合對油量表產生了干擾；6)短波電臺的干擾信號通過天線與線纜C的耦合對油量表產生了干擾；7)短波電臺的干擾信號通過天線與電源線的耦合對油量表產生了干擾；其中電磁耦合網絡中的數字的含義為:D1:火控與線纜A的連接端口 ；D2:火控與電源線A的連接端口 ；D3:電源A與電源線A連接的端口 ；D4:電源A與總電源線的連接端口 ；D5:電源B與總電源線的連接端口 ；D6:電源B與電源線B的連接端口 ；D7:短波電臺和電源線B的連接端口 ；D8:線纜B與短波電臺的連接端口 ；D9:線纜B與天線的連接端口 ；DlO:電源C與總電源線的連接端口 ；D11:電源線C與電源C的連接端口 ；D12:油量表和電源線C的連接端口 ；D13:油量表和線纜C的連接端口 ；D14:油量表的孔縫；D15:短波機箱孔縫；由圖5形成的耦合有向圖如圖6所示，通過仿真計算和測試在不同頻率條件下對耦合有向圖的邊進行賦值。其中D16是火控干擾源，D17是短波干擾源，D18是油量表的敏感點。由于敏感設備只有一個，同時油量表在4個頻點處受到干擾，因此分別使用4次Dijkstra最短路徑尋跡算法來獲取相應頻率下干擾源到敏感體的最短路徑，求得的結果如下:在頻率4處，火控到油量表的最短耦合路徑為:D16 —Dl — D13 —D18(火控一線
纜A—線纜C—油量表)。在頻率f2處，火控到油量表的最短耦合路徑為:D16 — D2 — D3 — D4 — DlO — D13 — D18 (火控一電源線A —電源A —總電源一電源C —
電源線C—油量表)。在頻率f3處，短波到油量表的最短耦合路徑為:D17 — D8 — D9 — D13 — D18 (短
波一線纜B —天線一線纜C —油量表)。在頻率f4處，短波電臺到油量表的最短耦合路徑為:D17 — D8 — D9 — D14 — D18 (短波一線纜B —天線一油量表孔縫一油量表)。在4條最短耦合路徑中，將除了干擾源和敏感點的頂點按照出現次數進行排序可以得到的順序為:D13、D8、D9、D1、D2、D3、D4、D10、D14 ;因此線纜C是整改和加固的對象，然后剩余一條最短耦合路徑，即在頻率f4處的最短耦合路徑，對于出現次數較多的線纜B和天線進行整改和加固，實現對所有最短耦合路徑的整改和加固。通過采取上述相應的措施，使得線纜C的屏蔽效能、天線的帶外衰減、線纜B的帶外衰減增加，從而加固系統的干擾薄弱環節。
權利要求
1.一種多頻干擾對間電磁耦合薄弱路徑的確定方法，其特征在于，包括下列步驟: 第一步:在干擾源和敏感體已知的情況下，獲取系統內干擾對間的電磁干擾耦合網絡； 第二步:將第一步得到的電磁干擾耦合網絡轉換成有向圖； 第三步:根據有向圖頂點的度和有向圖的分支對有向圖進行簡化； 第四步:對有向圖進行賦值，得到多個賦值耦合有向圖； 第五步:確定有向圖在不同干擾頻率條件下干擾源到敏感體間的最短耦合路徑； 第六步:對所述最短耦合路徑進行整改和加固，具體為: (1)將所有最短耦合路徑上的除了干擾源和敏感體的頂點按照頂點出現的次數進行排序; (2)對出現次數最多的頂點進行整改和加固，并去除整改頂點所在的最短耦合路徑； (3)判斷出現次數次之的頂點是否在剩余的最短路徑中，若在則對該點進行整改并去除該頂點所在的最短耦合路徑。若不在則考慮下一個頂點。直到所有最短耦合路徑都進行一次整改和加固； 第七步，重復第四步 第六步，直到電磁干擾耦合符合要求。
2.根據權利要求1所述的一種多頻干擾對間電磁耦合薄弱路徑的確定方法，其特征在于，第二步中所述的轉換具體為: (1)將電磁干擾I禹合網絡中的設備端口映射為有向圖的頂點； (2)根據電磁干擾耦合網絡的耦合關系和能量傳輸方向將各頂點連接起來，并在有向圖中標明信號的傳播方向，從而實現了電磁干擾耦合網絡圖向有向圖的轉化。
3.根據權利要求1所述的一種多頻干擾對間電磁耦合薄弱路徑的確定方法，其特征在于，第三步中所述的有向圖的簡化，具體簡化步驟為: (1)刪除有向圖中頂點度為O的頂點； (2)刪除有向圖中與源點和終點不連通的子圖； (3 )刪除有向圖中分支的頂點。
4.根據權利要求1所述的一種多頻干擾對間電磁耦合薄弱路徑的確定方法，其特征在于，第四步中利用仿真和測試的方法獲取系統各設備端口間在不同干擾頻點處的干擾能量損失值，并用損失值對有向圖進行賦值。
5.根據權利要求1所述的一種多頻干擾對間電磁耦合薄弱路徑的確定方法，其特征在于，第五步中采用戴克斯特拉算法進行最短耦合路徑尋跡。
全文摘要
一種多頻干擾對間電磁耦合薄弱路徑的確定方法，屬于電磁兼容技術領域。本發明通過將系統中干擾源和敏感體間的電磁耦合關系轉化為有向圖，并使用仿真和測試的方法在不同頻點處對耦合有向圖的邊進行賦值，然后對多個電磁干擾耦合有向圖采用最短路徑尋跡的方法，從中尋找出每對干擾源與敏感體在相應干擾頻點處的薄弱耦合路徑，最后將所有薄弱路徑上的頂點按照在薄弱鏈路上出現的次數進行排序，最后根據排序的順序來實現對干擾鏈路上的耦合通道進行整改。從而高效、準確的實現了系統電磁兼容性故障的修復和加固，可以低成本、準確、有效的解決電磁兼容問題；對系統電磁兼容性的加固和整改具有巨大的指導意義。
文檔編號G01R31/00GK103176088SQ20131008502
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月18日 優先權日2013年3月18日
發明者蘇東林, 吳亮, 賈云峰, 蘇航, 魏嘉利, 劉焱, 馬超, 胡修 申請人:北京航空航天大學
專業數控銑床產品供應商
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