专利名称：一种同频多干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法
技术领域：
本发明属于电磁兼容技术领域，涉及一种在同频的多干扰源和多敏感点间寻找电磁兼容耦合薄弱路径的方法，更确切地说，是一种在同频点处多干扰设备对间的电磁耦合薄弱路径的确定方法。
背景技术：
在多个电子设备的协同工作中,某一设备产生的电磁干扰会通过传导发射(CE)和辐射发射(RE)方式耦合至另一设备上，造成另一设备性能的下降，甚至无法正常工作。随着电子系统的集成化程度和复杂性日益增加，干扰设备与敏感设备间的电磁耦合关系也日趋复杂，干扰信号可以通过多条耦合路径到达敏感体并对它产生干扰。随着集成化程度的增加，单个系统内的干扰源可能来自多个设备，同时会对系统中的多个敏感体产生干扰。在系统中寻找出多干扰源与多敏感体之间的干扰耦合薄弱环节，对系统电磁兼容问题的整改和加固具有重要的指导意义。
发明内容
在电子系统的设计和整改阶段，为了能够快速、准确、有效的实现系统电磁兼容故障或隐患的加固，本发明通过将系统中的多个干扰源和多个敏感点间的电磁耦合关系转化为有向图，并使用仿真和测试对耦合有向图的边进行赋值，然后在同一个赋值耦合有向图中多次采用最短路径寻迹的方法在电磁耦合网络中寻找出每个干扰源与敏感体之间最易产生干扰的耦合路径，最后从每个干扰源到敏感体的薄弱路径中提取出相同的干扰耦合路段，并针对重复耦合的薄弱路段进行重点整改，从而高效、准确的实现了系统电磁兼容性故障的修复和加固。本发明通过将多干扰对间的耦合关系转化为有向图，并采用最短路径寻迹的方法，解决了以往依靠经验逐点排查针对性不强，费时费力的问题。该方法寻找关键耦合路径的内容包括下列步骤:第一步:在干扰源和敏感点已知的情况下，根据系统的电路原理图和工作原理图将系统内的干扰耦合路径进行分类，获取系统内多干扰对间的电磁干扰耦合网络；第二步:将第一步得到的系统多干扰对之间的电磁干扰耦合网络(简称耦合网络)转换成电磁干扰I禹合有向图(简称有向图);第三步:根据有向图顶点的度和有向图的分支，对有向图进行化简；第四步:利用仿真和测试的方法获取系统各设备端口间在干扰频点处的干扰能量损耗值，并利用损耗值对有向图的边进行赋值。第五步:采用Dijkstra算法确定有向图中每对干扰源到敏感点间的最短路径。第六步:对第五步中得到的最短路径进行整改和加固措施，具体为:(I)对于每一个敏感点，在最短路径中找到所有干扰源到该敏感点的重叠部分，并对重叠部分进行整改和加固；
(2)对于每一个干扰源，在最短路径中找到该干扰源到所有敏感点的重叠部分，并对重叠部分进行整改和加固；(3)对没有重叠路段的最短路径，考虑该最短路径上的每一个节点进行整改和加固。第七步，重复第四步 第六步，直到电磁干扰耦合符合要求。本发明基于同频点处干扰源到敏感点的耦合网络中不同路径电磁能量损耗大小不同，通过对多干扰对的耦合路径进行寻优，找出每一对干扰对间能量损耗最小的耦合路径，并对有重叠的耦合路段进行重点整改，其优点在于:(I)针对电子设备间的电磁兼容干扰问题,在电磁干扰f禹合网络中寻找出干扰对间能量损耗最小的路径，对系统电磁兼容性的整改更具有针对性。(2)通过将电磁耦合网络转化为耦合有向图，在耦合有向图中寻找出多干扰对间的薄弱耦合路径，并对各薄弱耦合路径的重叠路段进行重点整改，可以低成本、准确、有效的解决电磁兼容问题。(3)采用同频多干扰对间电磁耦合薄弱路径的确定方法，可以在多干扰对的电磁干扰耦合网络中寻找出主要的薄弱路径，可以快速解决多个干扰对之间的电磁干扰问题。(4)通过对所有薄弱路径的重叠路段进行重点整改，可以采取少量的措施解决多干扰对间的电磁干扰问题，去除系统电磁兼容的薄弱环节。
图1多干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法的流程图；图2多干扰对电磁干扰耦合有向图示意图；图3a、3b、3c是多干扰对电磁干扰耦合有向图化简示意图；图4是实施例中某系统工作原理图；图5是实施例中图4所示系统的电磁干扰耦合有向图。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。在以往的电子设备排故和整改中，往往通过逐点排查的方法来实现设备故障的定位，然后采取相应的电磁兼容整改措施，从而实现设备电磁兼容性的加固。但传统的方法往往找不到电磁干扰的薄弱环节，通常只能在非主要的耦合路径上采取电磁加固的措施，这样不仅耗时、耗力、耗财，还导致设备在使用阶段容易出现电磁兼容性故障，难以进行维护和抗干扰能力弱的问题。采用本发明提供的多干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法来实现系统的电磁兼容性加固，可以准确地定位电磁干扰的主要耦合路径，可以更高效率的解决系统的电磁兼容性问题。明确电磁干扰耦合的主要途径对设备电磁兼容性故障的排查和性能的维护具有重要的意义。单个干扰对的耦合网络在某个频点的干扰能量在传递的过程中可能包含的损耗有:滤波器损耗Lf、线缆损耗L1、线缆间耦合A1、天线-线缆耦合Atl、天线-孔缝耦合Ata、天线间耦合Ata等，将各损耗量用dB进行表示，则该链路在该频点上的总损耗量为:L=Lf+L1+A1+Atl+Ata+Atr
当某耦合路径是耦合网络中所有路径干扰能量损耗最小的路径时，即是干扰能量从干扰源到敏感点的耦合有向图中路径最短的路径，对该路径上的相应设备采取电磁兼容措施可以有效的解决系统的电磁兼容问题。对于多干扰对，每对干扰对之间都存在一条电磁耦合薄弱路径，通过对每对耦合薄弱路径进行整改，特别是对各薄弱环节上的重叠路段进行整改，对电子系统的设计和维护具有重要的指导意义。本发明提供的多干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法的流程如图1所示，主要包括以下步骤:第一步:根据系统的工作原理图将系统内干扰耦合路径进行分类，获取系统内的电磁干扰耦合网络；在《电磁兼容性工程设计手册》第56页中，图3-1-3表示了系统内部的干扰耦合关系，并将系统内的电磁干扰传播方式主要分为:天线-天线，天线-线缆，机壳-机壳，线-线，共阻抗六类。在系统的工作原理图和电路原理图中，根据电磁干扰传播的分类方法，从系统的工作原理图中找出可能的干扰耦合路径，并按照图3-1-3所示，画出系统内部多个干扰源到多个敏感点的干扰耦合网络图。第二步:在第一步获得耦合网络的基础上，将耦合网络转化为有向图。具体的转化步骤为:( I)将I禹合网络中的设备端口 映射为有向图的顶点。(2)根据耦合网络的耦合关系和能量传输方向将各顶点连接起来，并在有向图中标明信号的传播方向。从而实现了系统耦合网络图向有向图的转化。某系统的多干扰耦合有向图如图2所示，其中各顶点的标号代表电子系统中各设备的端口标号。在该耦合有向图中有三个起点(1，2和3)和两个终点(14和15)，即表示在电子系统中有三个干扰源(1，2和3)和两个敏感点(14和15)。第三步:根据图论的知识计算出有向图中各个顶点的度，并标出有向图的分支，根据顶点的度和有向图的分支实现有向图的简化，具体简化步骤为:(I)删除有向图中顶点度为0的顶点，即去除系统中不干扰任何其他设备，也不会被其他设备所干扰的设备，如图3a所示，删除图中不与任何节点相连的节点A4 ;其中Al为干扰源，A3为敏感点。(2)删除有向图中与源点和终点不连通的子图，即去除系统中干扰能量不通过的设备，如图3b所示，删除图中由节点B4，B7，B8形成的不参与能量传输的子图；其中BI，B9为干扰源，B3为敏感点。(3)删除有向图中不在源点和终点连通路径上的顶点，即去除系统中不在干扰源到敏感设备路径上的设备，如图3c所示，删除图中的节点C7 ;其中Cl，C4为干扰源，C3为敏感点。第四步:利用仿真和测试的方法获取系统各设备端口间在干扰频点处的干扰能量损耗值，并利用损耗值对有向图进行赋值。在电磁干扰耦合网络中，设端口 i到端口 j在频率f下的损耗值为Lu，则对应的有向图中顶点i到顶点j的一条边的数值就为Lu，且方向为i — j。其中损耗值Lij可以采用仿真或者测试的方法得到；对于电磁波在空间耦合(天线-天线，天线-线缆，机壳-机壳，线-线)的损耗可以采用电磁场仿真软件FEKO建立相应的模型计算出设备端口之间的隔离度，从而得到任意两个端口之间的损耗值；对于干扰信号在系统工作链路上的损耗可以使用ADS软件建立相应的电路仿真模型得出干扰信号在工作链路上的损耗值。测试则可采用矢量网络分析仪、测试接收机等仪器得到端口之间的损耗值。第五步:基于Dijkstra算法(戴克斯特拉算法)的最短路径寻迹,寻找出有向图中每对干扰对之间的最短路径。所谓最短路径是指在有向图中寻找从一个顶点到另一个顶点的通路中长度最短的路径。其中路径长度为赋值有向图中，一个顶点到另一个顶点耦合路径上所涉及的边的和。设D = < V，A >是带赋值的有向图，其中V表示顶点集，A表示边集，对D的每一条边a =< Vi，Vj >都指定一个实数的权= v.) = wvv> ,其中Vi，Vj表示有向图
的第i个和第j个顶点，< Vi, Vj >表示顶点Vi到顶点Vj的边，表示边a的数值。如果< VpVj A，则令"=+Gr。在带赋值的有向图D中，给定一个称为始点的节点Vs和一
个称为终点的节点'，P(vP是从vs到'的通路中长度最小的通路，并称P(\)的数值为从Vs到Vj的距离,表示为P(Vj) = d(vs, Vj)。T(V)表示任意一个节点V到节点Vs的距离的上界，A (Vj)表示从Vs到 ' 的最短路径上 ' 的前一个点的下标。Si表示进行到第i步时，已经被标号的顶点的集合。Di jkstra最短寻迹算法求解步骤如下:(I)开始(i=0)令 S0 = {vj，P (vs) = 0，入(Vs) = 0,对每一个 v 关 Vs,令 T (V)=+ 令k=s ;k表示上一次最短路径的顶点值；(2)如果Si = V,寻找完毕，算法终止，这时，对每个V G SilCKvs, v) =P(V);否则转入(3)进行迭代计算，V表示有向图的任意一个顶点；(3)考查每个使(vs，Vj) G A且^芒Si的点Vj。如果T (Vj) > P (vk) +wkJ,则把 T (Vj)修改为 P (Vk) +wkj，把 A (Vj)修改为 k;否则转
A⑷；(4)令八1 ) = gsn{r(V/)}，Hv;;)表示第i步时，到Vj的最短距离。如果< +tx，则把V』、的T标号变成P标号K' ) = !tv)，令、--Si ^ ^丨，* = 4，把i换成i+1，转入⑵；否则终止，这时对每一个V G Si, d (vs, v)=P(V),而对每一个V ^ Si, d(vs, V) = T(V),获得最短路径。迭代终止时，根据各点的\ (v)值，就可以得到从Vs到终点的最短路径，其中P保存了最短路径的数值。依次使用Di jkstra算法确定有向图中每一个干扰源到每一个敏感点间的最短路径。第六步:对第五步中得到的最短路径进行整改和加固措施，具体为:
(I)对于每一个敏感点，在最短路径中找到所有干扰源到该敏感点的重叠部分，并对重叠部分进行整改和加固；(2)对于每一个干扰源，在最短路径中找到该干扰源到所有敏感点的重叠部分，并对重叠部分进行整改和加固；(3)对没有重叠路段的最短路径，考虑该最短路径上的每一个节点进行整改和加固。第七步，再次进行判断设备是否仍被干扰，即电磁干扰耦合是否满足要求，若不满足要求则采用本发明提出的方法继续寻找最短路径，重复第四步 第六步，直到电磁干扰率禹合符合要求。实施例某系统包含了火控、超短波、短波和处理机等设备，在进行系统联调试验的时候发现处理机和超短波均受到频率为200MHz的干扰信号。经分析发现200MHz的干扰信号来源于火控和短波电台。通过图4所示的工作原理图对火控和短波电台干扰处理机和超短波设备的可能干扰链路进行分析，可以得到主要的干扰路径如下所示:I)火控的杂散信号通过电源线串扰进入公用电源，对超短波产生干扰；2)火控的杂散信号通过线缆向空间进行辐射，被超短波天线接收从而产生干扰；3)火控的杂散信号通过线缆间的耦合，对处理机产生了干扰；4)火控的杂散信号通过电源线串扰进入公用电源，对处理机产生干扰；5)火控的杂散信号通过线缆向空间进行辐射，被处理机天线接收从而产生干扰；6)短波电台的谐波信号通过电源线串扰进入公用电源，对超短波产生干扰；7)短波电台的谐波信号通过天线向空间进行辐射，对超短波产生了干扰；8)短波电台的谐波信号通过电源线串扰进入公用电源，对处理机产生干扰；9)短波电台的谐波信号通过短波天线和处理机线缆的耦合，对处理机产生了干扰；10)短波电台的谐波信号通过天线向空间进行辐射，对处理机产生了干扰；其中，数字的含义为:D1:火控与线缆A的连接端口 ；D2:火控与电源线A的连接端口 ；D3:电源A与电源线A连接的端口 ；D4:电源A与总电源线的连接端口 ；D5:电源B与总电源线的连接端口 ；D6:电源B与电源线B的连接端口 ；D7:短波电台和电源线B的连接端口 ；D8:线缆B与短波电台的连接端口 ；D9:线缆B与天线A的连接端口 ；D10:线缆C与天线B的连接端口 ；D11:线缆C与超短波的连接端口 ；D12:超短波和电源线C的连接端口 ；D13:电源线C与电源C的连接端口 ；D14:电源C与总电源线的连接端口 ；D15:电源D与总电源的连接端口 ；D16:电源线D与电源D的连接端口 ；D17:处理机和电源线D的连接端口 ；D18:处理机和线缆D的连接端口 ；D19:线缆D与天线C的连接端口 ；D20:处理机和线缆E的连接端口 ；通过仿真计算和实测对耦合有向图的边进行赋值，得到赋值后的有向图如错误！未找到引用源。所示:其中D21是火控干扰源，D22是短波干扰源，D23是超短波的敏感点，D24是处理机的敏感点；分别使用四次Dijkstra最短路径寻迹算法，求得的结果如下:火控到处理机的最短耦合路径为:D21 — Dl — D20 — D24 (火控一线缆A —线缆E —处理机)。火控到超短波的最短耦合路径为:D21 — Dl — DIO —Dll — D23(火控一线缆A —天线B —线缆C —超短波)。短波到处理机的最短耦合路径为:D22 — D8 — D9 — D20 — D24 (短波一线缆B —天线A—线缆E—处理机)。短波到超短波的最短耦合路径为:D22 — D8 — D9 — DlO — Dll — D23 (短波一线
缆B —天线A —天线B —线缆C —超短波)。结果显示，四条最短耦合路径相互重叠。从干扰源出发可以得到:与火控连接的电缆线A是主要的干扰泄漏点，短波的天线是干扰信号泄漏的薄弱器件；从敏感点出发可以得到处理机的线缆E是干扰信号进入的主要路径，短波天线A与超短波天线B之间的耦合是干扰能量进入的主要途径。根据分析结果可以重点针对线缆A、线缆E、天线A、天线B采取相应的电磁兼容措施，增加线缆A和线缆E的屏蔽效能、抑制天线A的带外发生特性、增加天线A和天线B之间的隔离度，从而实现系统电磁兼容性的加固。
权利要求
1.一种同频多干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法，其特征在于，包括下列步骤: 第一步:在干扰源和敏感点已知的情况下，获取多干扰对间的耦合网络； 第二步:将第一步得到的耦合网络转换成有向图； 第三步:根据有向图顶点的度和有向图的分支，对有向图进行简化； 第四步:对有向图的边进行赋值； 第五步:确定有向图中每对干扰源到敏感点间的最短路径； 第六步:对第五步中得到的最短路径进行整改和加固措施，具体为: (1)对于每一个敏感点，在最短路径上找到所有干扰源到该敏感点的重叠部分，并对重叠部分进行整改和加固； (2)对于每一个干扰源，在最短路径中找到该干扰源到所有敏感点的重叠部分，并对重叠部分进行整改和加固； (3)对没有重叠路段的最短路径，考虑该最短路径上的每一个节点进行整改和加固； 第七步，重复第四步 第六步，直到电磁干扰耦合符合要求。
2.根据权利要求1所述的一种同频多干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法，其特征在于:第二步中所述的转换具体为: (1)将耦合网络中的设备端口一一映射为有向图的顶点； (2)根据耦合网络的耦合关系和能量传输方向将各顶点连接起来，并在有向图中标明信号的传播方向。
3.根据权利要求1所述的一种同频多干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法，其特征在于:第三步中所述的化简，具体为: (1)删除有向图中顶点度为O的顶点； (2)删除有向图中与源点和终点不连通的子图； (3)删除有向图中不在源点和终点连通路径上的顶点。
4.根据权利要求1所述的一种同频多干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法，其特征在于:所述的赋值，具体为:利用仿真和测试的方法获取系统各设备端口间在干扰频点处的干扰能量损失值，并利用损失值对有向图进行赋值。
5.根据权利要求1所述的一种同频多干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法，其特征在于:第五步中所述的最短路径采用Dijkstra算法。
全文摘要
本发明公开了一种同频多干扰对电磁耦合薄弱路径的确定方法，属于电磁兼容技术领域。本发明通过将系统中的多个干扰源和多个敏感点间的电磁耦合关系转化为有向图，并使用仿真和测试对耦合有向图的边进行赋值，然后在同一个赋值耦合有向图中多次采用最短路径寻迹的方法在电磁耦合网络中寻找出每个干扰源与敏感体之间最易产生干扰的耦合路径，最后从每个干扰源到敏感体的薄弱路径中提取出相同的干扰耦合路段，并针对重复耦合的薄弱路段进行重点整改，从而高效、准确的实现了系统电磁兼容性故障的修复和加固，可以低成本、准确、有效的解决电磁兼容问题。
文档编号G01R31/00GK103197175SQ201310085320
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者苏航, 吴亮, 贾云峰, 苏东林, 刘焱, 魏嘉利, 胡修 申请人:北京航空航天大学