一种基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰客观复杂度评估方法技术

一种基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰客观复杂度评估方法，包括以下步骤：(1)对实时采集到的空间电磁信号进行快速S变换，获得信号快速度S变换二维时频矩阵；(2)计算快速S变换二维时频矩阵内评估对象与干扰信号的时域占用度TP、频率占用度FP和能量占用度EP；(3)根据时频空间模型，计算出电磁干扰客观复杂度C＝TP*FP*EP；(4)根据客观复杂度值查找定级标准从而确定电磁干扰客观复杂度类型。本发明专利技术与现有技术相比，采用快速S变换方法，克服了傅里叶变换的一维局限性，可以同时快速提取时域占用度、频率占用度和能量占用度三个评估参数，采用时频空间模型能有效解决多评估参数同步整体评估问题。

An objective complexity evaluation method for electromagnetic interference based on fast S transform time-frequency space model

An objective complexity evaluation method of electromagnetic interference based on fast S-transform time-frequency space model is proposed, which includes the following steps: (1) Fast S-transform is used to acquire the fast S-transform 2-D time-frequency matrix of the signal from the real-time collected space electromagnetic signals; (2) Computing the time-frequency matrix of the fast S-transform 2-D time-frequency matrix to evaluate the object and the interference signal. Domain occupancy TP, frequency occupancy FP and energy occupancy EP; (3) According to the time-frequency space model, the objective complexity C = TP * FP * EP of electromagnetic interference is calculated; (4) According to the objective complexity value, the objective complexity type of electromagnetic interference is determined. Compared with the prior art, the method of fast S-transform overcomes the one-dimensional limitation of Fourier transform, and can extract three evaluation parameters, namely, time-domain occupancy, frequency occupancy and energy occupancy, simultaneously. The time-frequency space model can effectively solve the problem of multi-evaluation parameters synchronization and overall evaluation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰客观复杂度评估方法
本专利技术属于电磁信号处理领域，具体涉及一种基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰客观复杂度评估方法。
技术介绍
电磁干扰是影响电子设备通讯正常工作的主要原因之一。近年来，由于复杂电磁环境及同频电磁干扰引起的电子设备故障频发，电磁干扰造成的热效应和强电场效应可使局部电子设备产生误动作，部分电子设备功能失效，严重时可使电子设备意外起火，造成恶性事故。面对日益复杂的应用电磁环境，如何正确评估电子设备所处电磁环境复杂程度，有效防护电磁干扰成为当前研究的热点。尽管影响电磁环境复杂度的影响因素很多，且难以从时域、频域、能量域和空域进行准确表征，但目前的文献研究结果表明电磁环境的复杂性与时频特征及能量分布密切相关。现有的研究文献分别从单个指标入手，提取相关独立参数，根据国军标独立参数分布百分比从而确定相应的电磁环境复杂度等级。但是，该方法忽略了评估对象的整体性，评估参数缺乏相应整体模型，不能确切描述干扰对象与评估对象在时间、频率和功率上的相互关系。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有复杂电磁环境评估存在评估参数同步提取和定性与定量评估难题，提供一种基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰客观复杂度评估方法，该方法通用性强，采用快速S变换时频空间模型能有效提取时频评估特征参数，整体评估参数能精确反映电磁干扰强度；该方法实现简单，不需要多种参数测量设备，在单信号采集条件下，能实现多评估参数的提取与实时评估。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰客观复杂度评估方法，包括以下步骤：(1)对实时采集到的空间电磁信号进行快速S变换，获得信号快速度S变换二维时频矩阵；(2)根据S变换二维时频矩阵计算快速S变换二维时频矩阵内评估对象与干扰信号的时域占用度TP、频率占用度FP和能量占用度EP；(3)根据时域占用度、频率占用度和能量占用度构成的时频空间模型，计算出电磁干扰客观复杂度C＝TP*FP*EP；(4)根据客观复杂度值查找定级标准从而确定电磁干扰客观复杂度类型。按上述方案，所述步骤(1)中，快速S变换是指以高斯函数为窗函数的信号短时傅里叶变换快速度算法，算法表达式为式中，为实时采集到的空间电磁信号x(t)的傅里叶变换，为高斯窗函数的傅里叶变换，t为时间，f'为采样频率，f为频率，τ为时移因子，i为虚数；所述步骤(2)中，时域占用度TP是指式中，t1、t2分别为有效起始时间、有效终止时间([t1,t2]为有效时间段)，f1、f2分别为所评估的起始频率、终止频率([f1,f2]为所评估的起终止频率范围)，S(t,f)为快速S变换二维时频矩阵，S0为参考时频矩阵平面；频率占用度FP是指能量占用度EP是指式中，max[S(t,f)]为S变换时频矩阵所有行列中的最大值。按上述方案，所述步骤(4)中，根据客观复杂度值查找定级标准从而确定电磁干扰客观复杂度类型，电磁环境复杂度的定级标准如表1所示：表1电磁环境复杂度的定级标准(％)。本专利技术的工作原理：首先，对实时采集到的复杂电磁信号进行S变换，获得时频域信号特征；然后，根据参考时频矩阵平面S0，计算评估对象与干扰信号的时域占用度、频率占用度和能量占用度。最后，根据时频空间模型，计算时频能量占用度乘积，查表找出对应的电磁环境复杂度定性与定量结果，从而实现复杂电磁环境的定性与定量评估，为复杂电子设备在复杂电磁环境下的电磁干扰防护及决策提供理论依据。本专利技术与现有技术相比的有益效果：1、该方法实现简单，不需要多种参数测量设备，采用快速S变换方法，克服了傅里叶变换的一维局限性，在单信号采集条件下，实现多评估参数的提取与实时评估，可以同时快速提取时域占用度、频率占用度和能量占用度三个评估参数，采用时频空间模型能有效解决多评估参数同步整体评估问题，相比传统的神经网络方法计算速度更快，不仅可以对复杂电磁环境实现定量评估，而且可以实现电磁环境定性评估；2、该设计方法通用性强，适合于无屏蔽无遮掩情况下电磁对抗评估及复杂应用环境电子设备部署前的电磁环境干扰评估。附图说明图1为本专利技术基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰客观复杂度评估方法流程图；图2为本专利技术实施例时频空间模型；图3为快速S变换时频空间电磁环境复杂度评估原理图；图4为仿真信号S变换二维时频等高图；图5为仿真信号三维时频等高图；图6为干扰信号1作用下的S变换时频参数测试结果；图7为干扰信号2作用下的S变换时频参数测结果。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。参照图1，本专利技术基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰客观复杂度评估方法，包括以下步骤：(1)对实时采集到的空间电磁信号进行快速S变换，获得信号快速度S变换二维时频矩阵；快速S变换是指以高斯函数为窗函数的信号短时傅里叶变换快速度算法，其表达式为式中，为空间电磁信号x(t)的傅里叶变换，为高斯窗函数的傅里叶变换，t为时间，f'为采样频率，f为频率，τ为时移因子，i为虚数；(2)根据S变换二维时频矩阵计算快速S变换二维时频矩阵内评估对象与干扰信号的时域占用度TP、频率占用度FP和能量占用度EP；时域占用度式中，t1、t2分别为有效起始时间、有效终止时间，f1、f2分别为所评估的起始频率、终止频率，S(t,f)为快速S变换二维时频矩阵，S0为参考时频矩阵平面；频率占用度能量占用度式中，max[S(t,f)]为S变换时频矩阵所有行列中的最大值；(3)根据时域占用度、频率占用度和能量占用度构成的时频空间模型，计算出电磁干扰客观复杂度C＝TP*FP*EP；时频空间模型如图2所示；(4)根据客观复杂度值查找定级标从而确定电磁干扰客观复杂度类型；电磁环境复杂度的定级标准如表1所示。一、快速S变换的原理如下：设一维连续复杂电磁信号即空间电磁信号x(t)的小波变换定义为其中，为小波基函数，τ为时移因子，a为尺度因子。当小波基函数选用高斯窗函数时，其对应的小波变换为对式(2)两边同时乘以相位修正因子e-2πat，取a＝1/f，并对其幅值进行修正可得S变换ST(τ,f)为电磁信号x(t)经S变换后可得二维时频矩阵ST(τ,f)，其中τ轴反映了信号的时域特性，f轴反映信号的频域特性，ST幅值的大小反映了信号在该时间和频率点上的能量大小，评估原理如图3所示。由于电磁信号所涉及信号频带范围宽，信号采样点数多，在评估参数提取时，需要大量的计算。为了提高电磁信号S变换效率，减小参数提取时间，本专利技术采用快速S变换算法对实时电磁信号进行时频参数提取。假设G(f')为空间电磁信号x(t)的傅里叶变换，W(f',f)为高斯窗函数ψa,τ(t)的傅里叶变换，则有电磁信号x(t)的快速S变换则可表示为由于G(f')和W(f',f)均可由快速FFT算法来实现，因此，上述快速S变换方法可实现电磁信号的快速计算，减少信号参数提取时间，实现在线实时评估。二、时频参数分离计算方法如下：电磁信号经快速S变换后的时频矩阵能准确地反映信号的时域特征和频域特征，快速S变换后的时频矩阵的大小代表着信号在该时间点对应频率点信号的能量的大小，因此，当评估对象的工作时间和频段范围确定后，采集信号经快速S变换后的二维时频特征就能同步准确的计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰客观复杂度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对实时采集到的空间电磁信号进行快速S变换，获得信号快速度S变换二维时频矩阵；(2)根据S变换二维时频矩阵计算快速S变换二维时频矩阵内评估对象与干扰信号的时域占用度TP、频率占用度FP和能量占用度EP；(3)根据时域占用度、频率占用度和能量占用度构成的时频空间模型，计算出电磁干扰客观复杂度C＝TP*FP*EP；(4)根据客观复杂度值查找定级标准从而确定电磁干扰客观复杂度类型。

【技术特征摘要】
1.一种基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰客观复杂度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对实时采集到的空间电磁信号进行快速S变换，获得信号快速度S变换二维时频矩阵；(2)根据S变换二维时频矩阵计算快速S变换二维时频矩阵内评估对象与干扰信号的时域占用度TP、频率占用度FP和能量占用度EP；(3)根据时域占用度、频率占用度和能量占用度构成的时频空间模型，计算出电磁干扰客观复杂度C＝TP*FP*EP；(4)根据客观复杂度值查找定级标准从而确定电磁干扰客观复杂度类型。2.根据权利要求1所述的一种基于快速S变换时频空间模型的电磁干扰客观复杂度评估方法，其特征在于，所述步骤(1)中，快速S变换是指以高斯函数为窗函数的信号短时傅里叶变换快速度算法，算法表达式为式中，为实时采集到的空间电磁信号x(t)的傅里叶变换，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹柏强，何怡刚，李兵，佐磊，张慧，王署东，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42