傳統(tǒng)的電子設(shè)備電磁兼容測(cè)量一般在微波暗室中進(jìn)行，但這種測(cè)量具有很多的局限性。首先微波暗室無(wú)法完全模仿電子設(shè)備的工作環(huán)境，其次大型的電子設(shè)備無(wú)法搬進(jìn)微波暗室中測(cè)量。針對(duì)上述情況，需要對(duì)設(shè)備的電磁兼容進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中，廣播、電視、基站等潛在的輻射源會(huì)嚴(yán)重干擾測(cè)量精度，甚至?xí)鯡MC的測(cè)量極限值。EUT（受試設(shè)備）的輻射信號(hào)會(huì)被淹沒(méi)在復(fù)雜的環(huán)境噪聲中，環(huán)境噪聲還可能含有與受試設(shè)備同頻的信號(hào)分量。這會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差大，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，或誤將環(huán)境信號(hào)當(dāng)成受試設(shè)備的的輻射信號(hào)等嚴(yán)重影響。這就需要合適的處理方法濾除設(shè)備測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的噪聲信號(hào)，從而對(duì)設(shè)備的電磁輻射進(jìn)行精確的測(cè)量。

    早期的電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量采用分時(shí)測(cè)量方法，即先將EUT關(guān)閉進(jìn)行掃描產(chǎn)生電磁環(huán)境曲線，選出幅值較高或比較敏感的頻率點(diǎn)寫(xiě)入電磁環(huán)境列表。其次打開(kāi)EUT，再進(jìn)行測(cè)試并將結(jié)果記錄下來(lái)，此時(shí)記錄的是包含了電磁環(huán)境和EUT發(fā)射的信號(hào)。最后對(duì)混合信號(hào)分析，剔除與電磁環(huán)境電平相同的頻率點(diǎn)。分時(shí)測(cè)量存在測(cè)量時(shí)間的不同、環(huán)境噪聲不同的問(wèn)題。隨著自適應(yīng)濾波的發(fā)展，參考文獻(xiàn)[1]提出了虛擬暗室，并且在2005年獲得了專利。美國(guó)軍方采用了以該專利為基礎(chǔ)的CASSPER系統(tǒng)。加拿大容向科技的CASSPER系統(tǒng)是基于時(shí)域的自適應(yīng)濾波。參考文獻(xiàn)[2]對(duì)時(shí)域的虛擬暗室作了實(shí)驗(yàn)，證明該系統(tǒng)在背景噪聲中含有與EUT信號(hào)幅度值相同或相近成分時(shí)，測(cè)試效果不理想。虛擬暗室在使用時(shí)受到諸多的限制，如參考通道不能有EUT的輻射信號(hào)，環(huán)境不能含有與EUT設(shè)備同頻的信號(hào)等，這些都限制了其應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[3]提出了基于波束形成的干擾對(duì)消的方法，該方法不需要參考通道依然具有良好的濾波效果。參考文獻(xiàn)[4-5]提出了基于空域?yàn)V波的電磁輻射測(cè)量方法，但該方法在處理相干信號(hào)時(shí)較慢，且會(huì)出現(xiàn)偽峰導(dǎo)致波達(dá)方向估計(jì)誤差從而導(dǎo)致濾波性能下降。

    本文根據(jù)空域?yàn)V波原理，在多維空間譜估計(jì)算法上引入空間平滑算法，再根據(jù)波束形成技術(shù)對(duì)干擾信號(hào)形成空域?yàn)V波，改善虛擬暗室在現(xiàn)場(chǎng)中的不足。本文介紹了空域?yàn)V波原理并仿真驗(yàn)證方法的有效性。其能有效改善虛擬暗室在同頻信號(hào)下的測(cè)量和去除相干信號(hào)的性能。

1 基本原理

1.1 波達(dá)方向估計(jì)

    MUSIC算法在估計(jì)相干信源時(shí)，Rs秩虧損使得信號(hào)特征向量擴(kuò)展到噪聲特征向量中，繼而導(dǎo)致信號(hào)空間和噪聲空間不正交，最終波達(dá)方向估計(jì)出現(xiàn)誤差?？臻g平滑技術(shù)是對(duì)副相干或者強(qiáng)相干信號(hào)的有效處理方法。

    將M個(gè)陣元的線性均勻陣列分成相互交錯(cuò)的p個(gè)子陣。其中每個(gè)子陣包含的m個(gè)陣元滿足M=m+p-1。信號(hào)源個(gè)數(shù)為N。如圖1所示，取第一個(gè)子陣為參考子陣，那么每個(gè)子陣的輸出矢量為：

    對(duì)第k個(gè)子陣，有：

    當(dāng)滿足m>N且p>N時(shí)，前向空間平滑數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣R^f是滿秩的。即可以通過(guò)特征分解求得相應(yīng)的信號(hào)子空間和噪聲子空間，進(jìn)而求出干擾信號(hào)和EUT輻射信號(hào)的來(lái)向。

1.2 陣列信號(hào)的波束形成

    在獲得輻射信號(hào)的波達(dá)方向后，利用MVDR準(zhǔn)則確定各陣元的加權(quán)系數(shù)使陣列主波束指向輻射信號(hào)。其在干擾信號(hào)的來(lái)向上形成零點(diǎn)，且在最大程度上保證被測(cè)信號(hào)的完整性，最大化抑制干擾信號(hào)。MVDR在期望信號(hào)來(lái)向上增益為1。以M陣元的線陣為例，x_i(t)表示第i個(gè)陣元接收到的信號(hào)，ω_i表示對(duì)應(yīng)的加權(quán)值，則波束形成的輸出功率為：

式中R=E{X(t)X^H(t)}是陣列輸入?yún)f(xié)方差矩陣。

    在波束形成器輸出功率中，信號(hào)不僅在來(lái)波方向上有貢獻(xiàn)，且在對(duì)波束寬度內(nèi)的其他方向也有貢獻(xiàn)。MVDR準(zhǔn)則的波束形成就是在保持EUT輻射信號(hào)波達(dá)方向能量不變的前提下，使干擾信號(hào)和噪聲功率在波束寬度內(nèi)最小化。實(shí)際上是一個(gè)約束最佳化問(wèn)題的解：

2 仿真結(jié)果

   本節(jié)對(duì)方法的有效性進(jìn)行仿真驗(yàn)證。設(shè)接收陣列為一元線性陣列，有M個(gè)陣元，陣元間距為d。取M=8，d=200 mm。設(shè)空間中有3個(gè)不同信號(hào)，其中一個(gè)為EUT的單頻輻射信號(hào)，一個(gè)為EUT輻射信號(hào)經(jīng)地面反射的干擾信號(hào)，第3個(gè)是環(huán)境中存在的干擾信號(hào)。所使用的均為窄帶信號(hào)，其數(shù)學(xué)形式為：

其中A₀=2A₁=A₂，f₀=400 MHz，f₁=200 MHz。信號(hào)的來(lái)向分別為40°、-20°、60°，信噪比和干噪比均為10 dB。

2.1 EUT和干擾信號(hào)來(lái)向仿真

    要對(duì)背景噪聲在EUT信號(hào)來(lái)向上進(jìn)行波束形成，必須先測(cè)得信號(hào)來(lái)向和各個(gè)干擾信號(hào)的波達(dá)方向，經(jīng)典MUSIC算法是對(duì)陣列信號(hào)測(cè)向的有效算法。仿真如圖2所示，在測(cè)量EUT輻射信號(hào)和相干信號(hào)時(shí)出現(xiàn)了較嚴(yán)重的偏差。對(duì)不相干信號(hào)的估計(jì)較準(zhǔn)確，但相干信號(hào)的波達(dá)方向就分辨不出來(lái)。

    使用基于空間平滑技術(shù)的MUSIC算法估計(jì)波達(dá)方向，仿真結(jié)果如圖3所示。其較為準(zhǔn)確地測(cè)量了EUT輻射信號(hào)和相干干擾信號(hào)的來(lái)向，但是空間平滑技術(shù)是以犧牲分辨率為代價(jià)估計(jì)信號(hào)波達(dá)方向的。本文暫用空間平滑技術(shù)來(lái)估計(jì)EUT信號(hào)和干擾信號(hào)的波達(dá)方向。

2.2 MVDR準(zhǔn)則的波束形成仿真

    圖4是基于MVDR的波束形成圖，本實(shí)驗(yàn)仿真的干擾和EUT輻射信號(hào)均為單頻窄帶信號(hào)。如圖所示此時(shí)波束在干擾來(lái)向形成了精確的位置零點(diǎn)。在保證期望信號(hào)不失真的情況下波束對(duì)于背景噪聲中不相干的窄帶干擾信號(hào)有60 dB的抑制效果，對(duì)于相干窄帶干擾信號(hào)的抑制效果同樣也達(dá)到了50 dB以上。

圖5和圖6分別是陣列接收信號(hào)和根據(jù)MVDR準(zhǔn)則恢復(fù)出的EUT輻射信號(hào)，雖然干擾信號(hào)含有較強(qiáng)的與EUT輻射信號(hào)同頻的信號(hào)，但此法仍然較好地恢復(fù)出了EUT輻射信號(hào)。對(duì)于陣元接收到的加性噪聲，該算法使得噪聲下降了20 dB。

    本文提出了一種解決現(xiàn)場(chǎng)電磁兼容測(cè)量的相關(guān)信號(hào)干擾的方法。將陣列信號(hào)處理運(yùn)用到電磁兼容現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中，相較于基于雙通道的虛擬暗室，其能較好地剔除背景噪聲中與EUT輻射相干的信號(hào)。仿真驗(yàn)證其可獲得與屏蔽暗室測(cè)試結(jié)果相一致的效果?？捎脕?lái)測(cè)量大型系統(tǒng)的電磁屏蔽效能、定位干擾源等，具有良好的工程運(yùn)用前景。由于本文的干擾和輻射信號(hào)均為窄帶信號(hào)，下步將根據(jù)陣列信號(hào)處理的先進(jìn)知識(shí)對(duì)干擾和輻射進(jìn)行分析使此方法適用于更復(fù)雜的環(huán)境。

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