電磁輻射信號采集與處理系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種信號采集與處理系統，特別涉及一種電磁輻射信號采集與處理系統。
【背景技術】
[0002]當前，隨著電氣化鐵路的飛速發展，列車大量采用電力電子設備、無線通信設備及其他數字化設備，使得鐵路的電磁環境十分復雜。這些電磁敏感設備都工作在列車運行時的電磁環境中，極易受到列車電磁噪聲的影響而導致其不能正常工作，乃至威脅行車安全。從電磁輻射傳遞能量的角度出發，接觸網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境，數據測試是十分重要的一個環節。
[0003]目前現有的測試系統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最大值，因此測試時設置應始終處于激活狀態，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，需要大量測試數據才能得出結論，現有的設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據。
[0004]綜上所述，現有鐵路電磁輻射測試的方法主要存在以下幾個問題:(I)采集數據時需要人工操作，對操作要求高；(2)鐵路沿線用電設備較多，電磁環境復雜，采集的數據存在較大的干擾；(3)采集設備不夠數字化，無法在短時間內進行多次采集。(4)采集數據的保存和提取也比較麻煩。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是為了解決現有的電磁輻射信號采集與處理系統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。
[0006]本實用新型提供的電磁輻射信號采集與處理系統包括有數個頻譜分析儀、數據采集卡、GPIB卡和計算機，其中數個頻譜分析儀并列設置后分別與數據采集卡和GPIB卡連接，數據采集卡和GPIB卡并列設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、雙錐天線和對數天線，其中柱狀天線用于采集頻率在9k-30MHz范圍內的低頻磁場輻射信號；雙錐天線用于采集頻率在30M-300MHZ范圍內的中頻電場輻射信號；對數天線用于采集頻率在300M-1GHZ范圍內的高頻電場輻射信號。
[0009]數據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、三十二路數字輸入輸出端口及十六路多功能數字輸入輸出端口，用于多通道測量信號數據的輸出；提供兩路計數器和PXI_TRIG、MSIB同步觸發，用于多通道自動化測試測量應用。
[0010]GPIB卡用于完成計算機對頻譜分析儀的控制，接口規格為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]本實用新型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備的參數進行設置，通過GPIB卡控制前端采集設備;
[0013]第二步:當前置參數設置完成之后，系統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，通過數據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字信號提供給數據采集卡，數據采集卡再把采集數據傳遞給計算機，在計算機上完成最后數據的顯示及保存，具體的操作步驟在計算機程序上完成，具體如下:
[0014](I)、創建一個項目并完成前置參數的設定，通過計算機編輯菜單中的選項卡界面，完成對系統參數的設置，同時提供不同天線類型和天線修正系數文件路徑，用于減小干擾響應帶來的誤差，在頻譜分析儀進行測量時，設置GPIB卡地址和數據采集卡設備號，確保系統通信正常，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，將采集的數據繪制成頻譜圖進行顯示，并生成數據文本文檔，其子菜單中包含:運行、連續運行、節點窗口、輸出頻譜數據和刪除節點四個選項，頻譜圖選擇線性和對數兩種方式顯示；
[0016](3)、系統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、信號的瞬態與時間特性測量模塊，同時以節點的形式在excel文件中保存；
[0017]第三步:為使采集到的信號數據反應所測實際情況，將保存到計算機的數據調出，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，將相應的算法代碼添加入程序，來完成對數據的處理，在編寫源程序時，添加了軟件中函數/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境復雜的特點，能夠有效的去除白噪聲和一些隨機噪聲對采集數據的影響；
[0018]在利用MatlabScript編程方式時，加入天線誤差系數，使采集數據更加接近真實情況，根據不同采集信號，依靠不同特點的自適應遞推運算，來選擇相對簡單且易于實現的最小均方誤差(LMS)算法，所述的經驗公式主要是借鑒小波閾值去噪算法以及自適應濾波算法兩種的基本公式，根據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據進行計算和頻譜圖形的生成。
[0019]本實用新型的有益效果:
[0020]1、本實用新型在現有的鐵路電磁輻射測試方法和測試設備上，實現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據進行了去噪處理，并加入了天線的系數設定，使得最終的頻譜波形更準確，提高了測量的精度。
[0022]3、本實用新型執行計算機對測試設備的控制，同時完成了采集信號的管理和采集波形的顯示，實現了對采集信號的現場實時處理。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型所述采集與處理系統的結構示意圖。
[0024]圖2為本實用新型的軟件操作流程圖。
[0025]圖3為本實用新型的電磁輻射采集與處理系統顯示頻譜圖。
[0026]1、頻譜分析儀2、數據采集卡3、GPIB卡 4、計算機