電磁輻射信號采集與處理系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信號采集與處理系統(tǒng)及方法，特別涉及一種電磁輻射信號采集與處理系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當前，隨著電氣化鐵路的飛速發(fā)展，列車大量采用電力電子設(shè)備、無線通信設(shè)備及其他數(shù)字化設(shè)備，使得鐵路的電磁環(huán)境十分復(fù)雜。這些電磁敏感設(shè)備都工作在列車運行時的電磁環(huán)境中，極易受到列車電磁噪聲的影響而導(dǎo)致其不能正常工作，乃至威脅行車安全。從電磁輻射傳遞能量的角度出發(fā)，接觸網(wǎng)正常工作時是不可能向其周圍空間形成有效的能量輻射。其主要輻射干擾信號是弓網(wǎng)離線時電弧帶來的輻射干擾，離線電弧是一個電場、磁場、熱場、流場變化的綜合作用過程，因此，它嚴重依賴于測試，單純的理論分析和建模仿真不能完全模擬真實的電磁環(huán)境，數(shù)據(jù)測試是十分重要的一個環(huán)節(jié)。
[0003]目前現(xiàn)有的測試系統(tǒng)及方法是在鐵路沿線布置天線和頻譜分析儀采集信號，然后再上傳到計算機進行處理。由于牽引車輛通過測試點后，噪音不會達到其最大值，但當車輛離開很遠后卻可能出現(xiàn)最大值，因此測試時設(shè)置應(yīng)始終處于激活狀態(tài)，不要當列車接近測試地點時還不啟動。同時，野外測試的誤差因素很多，需要大量測試數(shù)據(jù)才能得出結(jié)論，現(xiàn)有的設(shè)備通過人工操作采集噪聲最大值，因此測試時列車通過采集點一次僅可以記錄一組數(shù)據(jù)。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有鐵路電磁輻射測試的方法主要存在以下幾個問題:(I)采集數(shù)據(jù)時需要人工操作，對操作要求高；(2)鐵路沿線用電設(shè)備較多，電磁環(huán)境復(fù)雜，采集的數(shù)據(jù)存在較大的干擾；(3)采集設(shè)備不夠數(shù)字化，無法在短時間內(nèi)進行多次采集。(4)采集數(shù)據(jù)的保存和提取也比較麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的電磁輻射信號采集與處理系統(tǒng)在使用過程中存在諸多問題而提供的一種電磁輻射信號采集與處理系統(tǒng)及方法。
[0006]本發(fā)明提供的電磁輻射信號采集與處理系統(tǒng)包括有數(shù)個頻譜分析儀、數(shù)據(jù)采集卡、GPIB卡和計算機，其中數(shù)個頻譜分析儀并列設(shè)置后分別與數(shù)據(jù)采集卡和GPIB卡連接，數(shù)據(jù)采集卡和GPIB卡并列設(shè)置后分別與計算機相連。
[0007]頻譜分析儀用于對干擾信號的頻譜測量。
[0008]頻譜分析儀分別連接有柱狀天線、雙錐天線和對數(shù)天線，其中柱狀天線用于采集頻率在9k-30MHz范圍內(nèi)的低頻磁場輻射信號；雙錐天線用于采集頻率在30M-300MHZ范圍內(nèi)的中頻電場輻射信號；對數(shù)天線用于采集頻率在300M-1GHZ范圍內(nèi)的高頻電場輻射信號。
[0009]數(shù)據(jù)采集卡用于完成對頻譜分析儀所測量信號的采集，提供三十二路十八bit模擬輸入，用于完成對頻譜分析儀所測頻譜的輸入；提供四路十六bit同步模擬輸出、三十二路數(shù)字輸入輸出端口及十六路多功能數(shù)字輸入輸出端口，用于多通道測量信號數(shù)據(jù)的輸出；提供兩路計數(shù)器和PXI_TRIG、MSIB同步觸發(fā)，用于多通道自動化測試測量應(yīng)用。
[0010]GPIB卡用于完成計算機對頻譜分析儀的控制，接口規(guī)格為PXI，所有基于GPIB-32.DLL編寫的程序在不需要任何修改與編譯的情況下直接使用
[0011]本發(fā)明提供的電磁輻射信號采集與處理方法，其方法如下所述:
[0012]第一步:在計算機上對采集設(shè)備的參數(shù)進行設(shè)置，通過GPIB卡控制前端采集設(shè)備;
[0013]第二步:當前置參數(shù)設(shè)置完成之后，系統(tǒng)開始對信號進行采集和保存，各組天線采集不同頻率的信號，通過數(shù)據(jù)線傳遞到頻譜分析儀上，頻譜分析儀將接收到的電流信號傳換成數(shù)字信號提供給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡再把采集數(shù)據(jù)傳遞給計算機，在計算機上完成最后數(shù)據(jù)的顯示及保存，具體的操作步驟在計算機程序上完成，具體如下:
[0014](I)、創(chuàng)建一個項目并完成前置參數(shù)的設(shè)定，通過計算機編輯菜單中的選項卡界面，完成對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，同時提供不同天線類型和天線修正系數(shù)文件路徑，用于減小干擾響應(yīng)帶來的誤差，在頻譜分析儀進行測量時，設(shè)置GPIB卡地址和數(shù)據(jù)采集卡設(shè)備號，確保系統(tǒng)通信正常，完成自校準功能；
[0015](2)、運行信號采集程序來控制頻譜分析儀進行掃描，將采集的數(shù)據(jù)繪制成頻譜圖進行顯示，并生成數(shù)據(jù)文本文檔，其子菜單中包含:運行、連續(xù)運行、節(jié)點窗口、輸出頻譜數(shù)據(jù)和刪除節(jié)點四個選項，頻譜圖選擇線性和對數(shù)兩種方式顯示；
[0016](3)、系統(tǒng)對采集到的信號進行頻譜分析，程序利用Iabview軟件自帶的測量模塊對采集信號進行測量，包括幅值與電平測量模塊、頻譜測量模塊、信號的瞬態(tài)與時間特性測量模塊，同時以節(jié)點的形式在excel文件中保存；
[0017]第三步:為使采集到的信號數(shù)據(jù)反應(yīng)所測實際情況，將保存到計算機的數(shù)據(jù)調(diào)出，通過Iabview軟件所自帶的一些濾波模塊和去噪聲模塊或使用MatlabScript編程方式，將相應(yīng)的算法代碼添加入程序，來完成對數(shù)據(jù)的處理，在編寫源程序時，添加了軟件中函數(shù)/信號處理/濾波器/高級FIR濾波模塊，用來完成對所測信號的濾波，此模塊針對鐵路沿線電磁環(huán)境復(fù)雜的特點，能夠有效的去除白噪聲和一些隨機噪聲對采集數(shù)據(jù)的影響；
[0018]在利用MatlabScript編程方式時，加入天線誤差系數(shù)，使采集數(shù)據(jù)更加接近真實情況，根據(jù)不同采集信號，依靠不同特點的自適應(yīng)遞推運算，來選擇相對簡單且易于實現(xiàn)的最小均方誤差(LMS)算法，所述的經(jīng)驗公式主要是借鑒小波閾值去噪算法以及自適應(yīng)濾波算法兩種的基本公式，根據(jù)電磁輻射信號的頻譜特點，將其編寫成matlab程序在軟件中對采集數(shù)據(jù)進行計算和頻譜圖形的生成。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]1、本發(fā)明在現(xiàn)有的鐵路電磁輻射測試方法和測試設(shè)備上，實現(xiàn)了多路采集和快速采集，提高了測量的速度。
[0021]2、在計算機上將采集數(shù)據(jù)進行了去噪處理，并加入了天線的系數(shù)設(shè)定，使得最終的頻譜波形更準確，提高了測量的精度。
[0022]3、本發(fā)明執(zhí)行計算機對測試設(shè)備的控制，同時完成了采集信號的管理和采集波形的顯示，實現(xiàn)了對采集信號的現(xiàn)場實時處理。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明所述采集與處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的軟件操作流程圖。
[0025]圖3為本發(fā)明的電磁輻射采集與處理系統(tǒng)顯示頻譜圖。
[0026]1、頻譜分析儀2、數(shù)據(jù)采集卡3、GPIB卡4、計算機
[0027]5、柱狀天線 6、雙錐天線 7、對數(shù)天線。
【具體實施方式】
[0028]請參閱圖1、圖2和圖3所示:
[0029]本發(fā)明提供的電磁輻射信號采集與處理系統(tǒng)包括有四個頻譜分析儀1、數(shù)據(jù)采集卡2、GPIB卡3和計算機4，其中四個頻譜分析儀I并列設(shè)置后分別與數(shù)據(jù)采集卡2和GPIB卡3連接，數(shù)據(jù)采集卡2和GPIB卡3并列設(shè)置后分別與計算機4相連。
[0030]頻譜分析儀I用于對干擾信號的頻譜測量。
[0031]頻譜分析儀I分別連接有柱狀天線5、雙錐天線6和對數(shù)天線7，其中柱狀天線5用于采集頻率在9k-30MHz范圍內(nèi)的低頻磁場輻射信號；雙錐天線6用于采集頻率在30M-300MHZ范圍內(nèi)的中頻電場輻射信號；對數(shù)天線7用于采集頻率在300M_lGHz范圍內(nèi)的高頻電場輻射信號。
[0032]數(shù)據(jù)采集卡2用于完成對頻譜分析儀I所測量信號的采集，提供三十二路十八bit模擬輸入，用于完成對頻譜分析儀I所測頻譜的輸入；提供四路十六bit同步模擬輸出、三十二路數(shù)字輸入輸出端口及十六路多功能數(shù)字