電磁輻射信號(hào)采集與處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)采集與處理系統(tǒng)，特別涉及一種電磁輻射信號(hào)采集與處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，隨著電氣化鐵路的飛速發(fā)展，列車(chē)大量采用電力電子設(shè)備、無(wú)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(chē)運(yùn)行時(shí)的電磁環(huán)境中，極易受到列車(chē)電磁噪聲的影響而導(dǎo)致其不能正常工作，乃至威脅行車(chē)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(shí)是不可能向其周?chē)臻g形成有效的能量輻射。其主要輻射干擾信號(hào)是弓網(wǎng)離線時(shí)電弧帶來(lái)的輻射干擾，離線電弧是一個(gè)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)、流場(chǎng)變化的綜合作用過(guò)程，因此，它嚴(yán)重依賴于測(cè)試，單純的理論分析和建模仿真不能完全模擬真實(shí)的電磁環(huán)境，數(shù)據(jù)測(cè)試是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
[0003]目前現(xiàn)有的測(cè)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(hào)，然后再上傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。由于牽引車(chē)輛通過(guò)測(cè)試點(diǎn)后，噪音不會(huì)達(dá)到其最大值，但當(dāng)車(chē)輛離開(kāi)很遠(yuǎn)后卻可能出現(xiàn)最大值，因此測(cè)試時(shí)設(shè)置應(yīng)始終處于激活狀態(tài)，不要當(dāng)列車(chē)接近測(cè)試地點(diǎn)時(shí)還不啟動(dòng)。同時(shí)，野外測(cè)試的誤差因素很多，需要大量測(cè)試數(shù)據(jù)才能得出結(jié)論，現(xiàn)有的設(shè)備通過(guò)人工操作采集噪聲最大值，因此測(cè)試時(shí)列車(chē)通過(guò)采集點(diǎn)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(cè)試的方法主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題:(I)采集數(shù)據(jù)時(shí)需要人工操作，對(duì)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(wú)法在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)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]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的電磁輻射信號(hào)采集與處理系統(tǒng)在使用過(guò)程中存在諸多問(wèn)題而提供的一種電磁輻射信號(hào)采集與處理系統(tǒng)。
[0006]本實(shí)用新型提供的電磁輻射信號(hào)采集與處理系統(tǒng)包括有數(shù)個(gè)頻譜分析儀、數(shù)據(jù)采集卡、GPIB卡和計(jì)算機(jī)，其中數(shù)個(gè)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(jì)算機(jī)相連。
[0007]頻譜分析儀用于對(duì)干擾信號(hào)的頻譜測(cè)量。
[0008]頻譜分析儀分別連接有柱狀天線、雙錐天線和對(duì)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(chǎng)輻射信號(hào)；雙錐天線用于采集頻率在30M-300MHZ范圍內(nèi)的中頻電場(chǎng)輻射信號(hào)；對(duì)數(shù)天線用于采集頻率在300M-1GHZ范圍內(nèi)的高頻電場(chǎng)輻射信號(hào)。
[0009]數(shù)據(jù)采集卡用于完成對(duì)頻譜分析儀所測(cè)量信號(hào)的采集，提供三十二路十八bit模擬輸入，用于完成對(duì)頻譜分析儀所測(cè)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(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)的輸出；提供兩路計(jì)數(shù)器和PXI_TRIG、MSIB同步觸發(fā)，用于多通道自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量應(yīng)用。
[0010]GPIB卡用于完成計(jì)算機(jī)對(duì)頻譜分析儀的控制，接口規(guī)格為PXI，所有基于GPIB-32.DLL編寫(xiě)的程序在不需要任何修改與編譯的情況下直接使用。
[0011]本實(shí)用新型提供的電磁輻射信號(hào)采集與處理方法，其方法如下所述:
[0012]第一步:在計(jì)算機(jī)上對(duì)采集設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)GPIB卡控制前端采集設(shè)備;
[0013]第二步:當(dāng)前置參數(shù)設(shè)置完成之后，系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集和保存，各組天線采集不同頻率的信號(hào)，通過(guò)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(hào)傳換成數(shù)字信號(hào)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(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上完成最后數(shù)據(jù)的顯示及保存，具體的操作步驟在計(jì)算機(jī)程序上完成，具體如下:
[0014](I)、創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目并完成前置參數(shù)的設(shè)定，通過(guò)計(jì)算機(jī)編輯菜單中的選項(xiàng)卡界面，完成對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，同時(shí)提供不同天線類(lèi)型和天線修正系數(shù)文件路徑，用于減小干擾響應(yīng)帶來(lái)的誤差，在頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，設(shè)置GPIB卡地址和數(shù)據(jù)采集卡設(shè)備號(hào)，確保系統(tǒng)通信正常，完成自校準(zhǔn)功能；
[0015](2)、運(yùn)行信號(hào)采集程序來(lái)控制頻譜分析儀進(jìn)行掃描，將采集的數(shù)據(jù)繪制成頻譜圖進(jìn)行顯示，并生成數(shù)據(jù)文本文檔，其子菜單中包含:運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行、節(jié)點(diǎn)窗口、輸出頻譜數(shù)據(jù)和刪除節(jié)點(diǎn)四個(gè)選項(xiàng)，頻譜圖選擇線性和對(duì)數(shù)兩種方式顯示；
[0016](3)、系統(tǒng)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，程序利用Iabview軟件自帶的測(cè)量模塊對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，包括幅值與電平測(cè)量模塊、頻譜測(cè)量模塊、信號(hào)的瞬態(tài)與時(shí)間特性測(cè)量模塊，同時(shí)以節(jié)點(diǎn)的形式在excel文件中保存；
[0017]第三步:為使采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)反應(yīng)所測(cè)實(shí)際情況，將保存到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)調(diào)出，通過(guò)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(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理，在編寫(xiě)源程序時(shí)，添加了軟件中函數(shù)/信號(hào)處理/濾波器/高級(jí)FIR濾波模塊，用來(lái)完成對(duì)所測(cè)信號(hào)的濾波，此模塊針對(duì)鐵路沿線電磁環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，能夠有效的去除白噪聲和一些隨機(jī)噪聲對(duì)采集數(shù)據(jù)的影響；
[0018]在利用MatlabScript編程方式時(shí)，加入天線誤差系數(shù)，使采集數(shù)據(jù)更加接近真實(shí)情況，根據(jù)不同采集信號(hào)，依靠不同特點(diǎn)的自適應(yīng)遞推運(yùn)算，來(lái)選擇相對(duì)簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)的最小均方誤差(LMS)算法，所述的經(jīng)驗(yàn)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(hào)的頻譜特點(diǎn)，將其編寫(xiě)成matlab程序在軟件中對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和頻譜圖形的生成。
[0019]本實(shí)用新型的有益效果:
[0020]1、本實(shí)用新型在現(xiàn)有的鐵路電磁輻射測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)了多路采集和快速采集，提高了測(cè)量的速度。
[0021]2、在計(jì)算機(jī)上將采集數(shù)據(jù)進(jìn)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(zhǔn)確，提高了測(cè)量的精度。
[0022]3、本實(shí)用新型執(zhí)行計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試設(shè)備的控制，同時(shí)完成了采集信號(hào)的管理和采集波形的顯示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)處理。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型所述采集與處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本實(shí)用新型的軟件操作流程圖。
[0025]圖3為本實(shí)用新型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(jì)算機(jī)