本發明屬于電磁兼容試驗，涉及一種電磁兼容試驗數據自動采集與分析方法和系統。

背景技術：

1、電磁兼容是電子電氣設備設計與生產中的重要技術要求，旨在確保設備在電磁環境中能夠正常運行，并且不會對其他設備產生不可接受的電磁干擾。隨著電子設備的廣泛應用以及通信、工業控制、汽車、醫療等領域對設備穩定性和可靠性的要求不斷提高，電磁兼容試驗的重要性愈發凸顯。

2、傳統的電磁兼容試驗主要依賴人工操作進行數據采集和分析，不僅耗時費力，而且容易受到人為因素的影響，導致數據準確性和分析效率難以滿足現代化需求。因此，電磁兼容試驗數據自動采集與分析方法是現代電磁兼容技術發展的必然趨勢。通過集成先進的硬件采集設備、自動化控制系統和智能數據分析工具，可以顯著提升電磁兼容試驗的效率和準確性，減少人工操作的負擔，并為設備設計與生產提供強有力的技術支持，隨著技術的不斷進步，將在未來的電磁兼容試驗中發揮越來越重要的作用。

3、但現有的電磁兼容試驗數據自動采集與分析技術存在諸多技術問題，例如復雜環境下電磁兼容性試驗信號采集的精確性問題；高頻干擾信號對目標信號的破壞性問題；傳統信號特征提取方法局限于某單一維度(如時間域或頻率域)，無法全面反映目標信號在復雜場景中的多維度特性，導致后續評估結果的可靠性不足；電磁兼容試驗中信號頻率成分復雜，頻譜功率密度的分布可能呈現高頻段動態范圍大、低頻段細節復雜的特點，傳統建模方法難以同時兼顧高頻和低頻信號的描述精度和適應性；電磁兼容性評估的量化分析需要從頻譜功率密度中提取全面信息，然而，頻譜分布的不均勻性和極值點的存在容易造成評分結果失真或波動性較大，缺乏魯棒性。

技術實現思路

1、為解決現有技術中存在的不足，本發明提供一種電磁兼容試驗數據自動采集與分析方法和系統。

2、本發明采用如下的技術方案。

3、本發明第一方面提出一種電磁兼容試驗數據自動采集與分析方法，包括：

4、自動采集電磁兼容試驗數據作為輸入信號并通過基于頻率加權因子的信號增強、干擾信號抑制和時域加權提取出目標信號；

5、分別基于時間權重函數、變化速率權重函數提取目標信號的幅值分量、變化速率分量，將幅值分量、變化速率分量組合得到復數特征值并對復數特征值進行時間積分，得到目標信號的特征向量分量；

6、根據目標信號的頻率特性將頻率空間劃分為低頻段和高頻段，并基于目標信號的特征向量分量分段計算目標信號各頻率點的功率密度；

7、基于目標信號各頻率點的功率密度進行電磁兼容性的量化分析，得到電磁兼容性評分。

8、優選地，所述通過基于頻率加權因子的信號增強、干擾信號抑制和時域加權提取出目標信號，具體公式如下：

9、

10、其中，s′(t)表示t時刻的目標信號；

11、表示信號增強項；s(t)表示t時刻的輸入信號，t∈[0,t]，t是輸入信號的總持續時間；表示頻率加權因子；f表示信號的頻率；f0表示參考頻率；

12、表示干擾信號抑制項；n表示干擾信號的數量；tanh()表示使用雙曲正切函數；di表示第i個干擾信號的幅值；

13、cos2(ω·t)表示時域加權項；cos2()表示余弦平方函數；ω表示目標信號的主頻角速度。

14、優選地，所述分別基于時間權重函數、變化速率權重函數提取目標信號的幅值分量、變化速率分量，將幅值分量、變化速率分量組合得到復數特征值并對復數特征值進行時間積分，得到目標信號的特征向量分量，具體如下：

15、

16、其中，fx表示目標信號的特征向量第x維分量；

17、表示復數特征值；

18、表示t時刻目標信號s′(t)的幅值分量；表示時間權重函數；p表示時間權重函數的衰減控制參數；

19、表示t時刻目標信號s′(t)的變化速率分量；ln(1+tq)表示導數權重函數；ln()表示自然對數函數；q表示導數權重函數的非線性調節參數；

20、j表示虛數單位；t表示積分時間窗口長度。

21、優選地，所述根據目標信號的頻率特性將頻率空間劃分為低頻段和高頻段，包括：

22、目標信號的頻率小于頻率分段閾值的部分歸入低頻段，目標信號的頻率大于或等于頻率分段閾值的部分歸入高頻段。

23、優選地，所述分段計算目標信號各頻率點的功率密度包括：對于低頻段，采用基于多項式的加權和非線性修正的方式計算目標信號各頻率點的功率密度，具體如下：

24、

25、其中，p(fk)表示目標信號第k個頻率點的功率密度；

26、fk表示目標信號第k個頻率點的頻率值；

27、fx表示目標信號的特征向量第x維分量；

28、x表示目標信號的特征向量的維度數量；

29、∣·∣表示取絕對值；

30、表示非線性修正因子。

31、優選地，所述分段計算目標信號各頻率點的功率密度包括：對于高頻段,采用指數衰減和對數壓縮的方式計算目標信號各頻率點的功率密度，具體如下：

32、

33、其中，p(fk)表示目標信號第k個頻率點的功率密度；

34、ln()表示自然對數函數，用于對數壓縮；

35、fk表示目標信號第k個頻率點的頻率值；

36、fx表示目標信號的特征向量第x維分量；

37、x表示目標信號的特征向量的維度數量；

38、∣·∣表示取絕對值；

39、表示指數衰減項；

40、a表示高頻調整參數。

41、優選地，所述基于目標信號各頻率點的功率密度進行電磁兼容性的量化分析，具體如下：

42、

43、其中，e表示電磁兼容性評分；

44、nf表示總頻率點數量；

45、p(fk)表示第k個頻率點的功率密度；

46、fk表示目標信號第k個頻率點的頻率值；

47、δ表示頻率加權指數；

48、ln()表示自然對數；

49、η表示調節指數抑制強度的參數；

50、b表示冪指數平滑系數。

51、本發明第二方面提出一種電磁兼容試驗數據自動采集與分析系統，包括：

52、目標信號計算模塊，用于自動采集電磁兼容試驗數據作為輸入信號并通過基于頻率加權因子的信號增強、干擾信號抑制和時域加權提取出目標信號；

53、特征向量分量計算模塊，用于分別基于時間權重函數、變化速率權重函數提取目標信號的幅值分量、變化速率分量，將幅值分量、變化速率分量組合得到復數特征值并對復數特征值進行時間積分，得到目標信號的特征向量分量；

54、頻率點功率密度計算模塊，用于根據目標信號的頻率特性將頻率空間劃分為低頻段和高頻段，并基于目標信號的特征向量分量分段計算目標信號各頻率點的功率密度；

55、量化分析模塊，用于基于目標信號各頻率點的功率密度進行電磁兼容性的量化分析，得到電磁兼容性評分。

56、本發明第三方面提出一種終端，包括處理器及存儲介質；所述存儲介質用于存儲指令；所述處理器用于根據所述指令進行操作以執行所述方法的步驟。

57、本發明第四方面提出計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執行時實現所述方法的步驟。

58、與現有技術相比，本發明的有益效果至少包括：

59、1、本發明為了在復雜電磁兼容性試驗場景中，自動化地采集得到高質量的目標信號，為電磁兼容性試驗的后續環節提供準確、穩定的數據輸入，通過多重優化手段剔除多源干擾，基于頻率加權因子的信號增強、干擾信號抑制和時域加權實現非線性增強、頻率加權、干擾分離和時域修正的多維優化，得到目標信號，降低了對人工干預的依賴，能夠實時、精準地從混合的輸入信號中提取目標信號，顯著提升了試驗的效率和準確性。具體的：

60、電磁兼容試驗設備采集的輸入信號號包含目標信號與干擾信號，本發明為了突出目標信號的顯著性，對輸入信號的幅值進行非線性增強，通過計算輸入信號的幅值平方并進行對數變換，以放大弱信號，同時抑制異常強信號，確保了目標信號在后續處理中的優先級，并有效避免了幅值過大可能導致的過飽和問題；

61、本發明進一步引入頻率加權因子進行調整，根據輸入信號的頻率成分，結合預設的參考頻率，計算頻率權重，用于控制目標信號在頻域中的響應強度；

62、本發明通過逐一分析干擾信號的幅度特性，利用非線性壓縮進行動態調整，每一個干擾信號根據幅度大小和時間演變特性被分配一個權重，利用雙曲正切函數對幅值進行壓縮，確保強干擾信號的貢獻被顯著抑制，干擾信號的影響會隨著時間權重的調整逐漸降低，進一步減弱對目標信號的干擾效果；

63、本發明為了全面抑制高頻段的干擾信號，通過頻率平方反比的方式對高頻干擾施加額外的權重衰減，確保了干擾信號在高頻區域的影響被顯著削弱，同時保持低頻段信號的完整性和清晰度；

64、本發明在經過非線性增強、頻率加權和干擾抑制后，進一步利用目標信號的主頻特性進行時域修正，通過對時間變量進行余弦函數加權處理，能夠在目標信號的主頻范圍內增強特性，同時有效抑制時間序列中的高頻噪聲和瞬時干擾，根據目標信號的主頻特性對信號的時間維度進行優化，確保最終提取出的處理后的目標信號具備時間穩定性和頻率一致性。

65、本發明通過上述方法將復雜電磁兼容性試驗環境中的輸入信號中的目標信號與干擾信號分離，顯著提高了目標信號的采集質量和信噪比，減少了人工干預需求，確保了后續試驗數據的準確性與穩定性。

66、2、本發明分別基于時間權重函數、變化速率權重函數提取目標信號的幅值分量、變化速率分量，將幅值分量、變化速率分量組合得到復數特征值并對復數特征值進行時間積分，得到目標信號的特征向量分量，提升了電磁兼容試驗中目標信號特征提取的精度和多維度表達能力，從而為復雜環境下的電磁兼容性評估提供高質量的輸入數據，能夠從目標信號中提取多維特征，全面描述目標信號的時間域和頻率域特性。具體的，

67、本發明為了削弱目標信號尾部的噪聲影響，引入了時間權重函數，根據時間位置動態調整權重值，在目標信號時間序列的前段賦予較高的權重，而在后段逐步衰減，遍歷目標信號時間序列，將時間權重逐點與目標信號相乘，從而形成加權后的時間域信號，突出目標信號初期的特征變化，同時減少尾部噪聲對整體特征提取結果的干擾；

68、由于目標信號的劇烈變化部分會包含重要的特征信息，通過對目標信號進行一階導數計算，提取變化速率，為了突出導數中的顯著變化部分，進一步設計導數權重函數，增強導數特性在多維特征提取中的表達能力；

69、為了同時捕捉目標信號的幅值和相位特性，在目標信號特征表示中引入復數形式，通過復數的實部和虛部，分別代表信號的幅值分量和變化速率分量，在每個時間點對目標信號進行復數形式的特征組合，生成時間序列中的復數特征值，能夠全面反映目標信號在時間域的多維度信息；

70、為了獲得目標信號在整個時間窗口內的全局特征，對復數特征值進行時間積分，積分操作遍歷整個時間序列，將所有時間點的復數特征值累加，形成信號的全局特征描述，確保了特征的全面性和穩定性。

71、通過上述方法提取了時間域和頻率域的多維特性，提高了目標信號特征提取的精度和表達能力，為電磁兼容性試驗中復雜信號的分析提供了更全面的基礎數據。

72、3、本發明根據目標信號的頻率特性將頻率空間劃分為低頻段和高頻段，并基于目標信號的特征向量分量分段計算目標信號各頻率點的功率密度，解決了電磁兼容試驗中頻譜建模的準確性和適應性問題，分段自適應對頻譜功率密度進行精確計算，能夠為電磁兼容性評估提供可靠的數據支持。具體的，

73、本發明根據采集信號的頻率特性，將頻率空間劃分為低頻段和高頻段，通過不同的計算策略精確建模功率密度分布，包括低頻建模和高頻建模兩部分，各部分依據頻率點所屬范圍采用不同的計算路徑，實現了對電磁兼容試驗中頻譜功率密度的全面描述，提升了功率密度建模的精準性和適應性；

74、本發明引入了頻率分段閾值作為頻率范圍的劃分依據，頻率小于頻率分段閾值的部分歸入低頻段，采用基于多項式的加權和計算策略，頻率大于或等于頻率分段閾值的部分歸入高頻段，采用指數衰減和對數壓縮的方式進行建模，兼顧了低頻信號的細節描述和高頻信號的動態范圍控制；

75、本發明在低頻段的計算過程中，目標信號的特征向量分量與頻率點的多項式組合，反映低頻信號中各個特征維度對功率密度的貢獻，同時保持低頻部分功率分布的精細描述，為了避免低頻信號中的能量集中導致模型失衡，引入頻率相關的非線性修正因子對計算結果進行調整，確保低頻段功率密度分布的平滑性；

76、對于高頻段的計算，引入指數衰減項，使得高頻信號的幅度隨頻率和特征向量維度增大而衰減，抑制高頻段頻率點的尖峰值，提升魯棒性；為了進一步控制高頻段的動態范圍，應用對數壓縮，使得高頻功率密度分布均勻，同時降低了極值點對整體結果的影響。

77、上述方法采用頻率分段閾值劃分低頻段和高頻段，分別使用多項式擬合和指數衰減進行建模，確保了低頻段功率密度的精細描述，又增強了高頻段建模的魯棒性，為復雜環境下的頻譜分析提供了可靠的基礎。其平衡了高頻與低頻的差異性，使得計算結果既能準確反映低頻段的功率密度特性，又能對高頻段信號的復雜性提供有效描述，通過頻率分段的方式，各自優化低頻段的精細擬合能力和高頻段的平滑性，具備適應性和魯棒性，特別是在復雜電磁兼容試驗環境下表現尤為出色。

78、4、本發明基于目標信號各頻率點的功率密度進行電磁兼容性的量化分析，得到電磁兼容性評分，實現了對電磁兼容性水平的精確量化分析，量化電磁兼容性的評分結果兼具穩定性和適應性，能夠滿足不同測試場景對兼容性水平的精確評估需求。具體的，

79、本發明對每個頻率點的功率密度進行調整，引入頻率加權指數，控制頻率點的權重，以反映在兼容性測試中的影響程度；在頻率點加權處理之后，為進一步平滑頻譜數據，引入了一種基于對數與指數相結合的映射方式，對數用于增強高頻信號的分辨率，平滑低頻信號的過渡，指數抑制項用于對頻率點進行非線性壓縮；映射方式有效抑制了高頻段的過高影響，增強了頻率點間信號變化的連續性，特別是在信號分布不均勻的情況下，能夠顯著提高兼容性評估結果的魯棒性和準確性；逐一累加所有頻率點的平滑加權功率密度值，對累積結果應用冪次操作，使評分結果具有非線性平滑效果，將所有頻率點的貢獻歸一化，得到兼容性評分。

80、上述方法得到的電磁兼容性評分涵蓋全頻段的電磁兼容性表現，支持不同試驗場景下的靈活調整，適應各種電磁環境。