[发明专利]一种基于时域FFT的电磁干扰接收机窗函数的设计方法

说明书

本发明属于电子测试测量仪器领域，具体涉及基于时域FFT的电磁干扰接收机所必须的信号加窗技术的优化设计方法。一种基于时域FFT的电磁干扰接收机窗函数的设计方法，将主瓣之外的频率范围全部认为是阻带，利用不等式约束汉宁窗和目标优化窗，使目标优化窗的主瓣逼近汉宁窗，使优化后目标窗函数满足CISPR 16‑1‑1频谱模板以及通带约束的条件下在目标优化窗的旁瓣区域求阻带极小值，最后得到等高的阻带，使旁瓣均匀分布在整个区域，以获得平均最低的旁瓣。本发明可以在满足CISPR频谱模板的条件下得到比经典汉宁窗函数更低的旁瓣。

技术领域

本发明属于电子测试测量仪器领域，具体涉及基于时域FFT的电磁干扰接收机所必须的信号加窗技术的优化设计方法。

背景技术

近年来，随着模数转换和数字信号处理技术的发展，形成了基于时域测量架构的新型EMI(Electro-Magnetic Interference)测量技术。该技术通过对宽带中频信号进行时域直采，以及基于时域FFT的并行滤波，免除了频域测量架构中本振逐点调谐的过程，突破小分析带宽的限制，大幅提高EMI信号的测量速度，同时增强对瞬态干扰信号的检测能力。国际无线电干扰特别委员会(CISPR)对应这一发展趋势，已于2010年11月在CISPR16-1-1标准3.1版本中将“基于时域FFT的EMI测量接收机”列为“标准”测量设备。

基于时域FFT的电磁干扰接收机技术是通过对接收到的时域信号分段后分别进行FFT变换作为频域谱。在对接收信号的分段FFT处理中会产生截断效应。截断效应会引起频谱失真，包括频谱泄露和频谱间干扰。频谱泄露使频谱变模糊，进而使频谱分辨率降低；频谱间干扰会把强信号谱的旁瓣误认为是另一信号的谱线，从而造成虚假信号，这样会使频谱分析产生较大的偏差。给分段信号加窗函数能有效的降低频谱泄露和频谱间干扰，提高频谱分辨率，进而增加时域电磁干扰接收机测量和测试外界信号的精度，因此加窗函数技术是时域电磁干扰接收机的关键技术之一。

CISPR16-1-1标准对时域电磁干扰接收机频谱分辨率有严格的要求，必须满足CISPR所规定的频谱模板。经典窗函数，比如汉宁窗、布莱克曼窗、汉明窗等，虽然满足CISPR的频谱模板，但这些窗函数频谱的旁瓣很高，对截断效应引起的频谱间干扰和频谱泄露改善有限。

发明内容

本发明旨在针对上述问题，提出一种优化设计窗函数的方法，在满足CISPR频谱模板的前提下，可以有效降低频谱间干扰和频谱泄露，进而提高基于时域FFT的电磁干扰接收机的频谱分辨率。

本发明的技术方案在于：

一种基于时域FFT的电磁干扰接收机窗函数的设计方法，将主瓣之外的频率范围全部认为是阻带，利用不等式约束汉宁窗和目标优化窗，使目标优化窗的主瓣逼近汉宁窗，使优化后目标窗函数满足CISPR 16-1-1频谱模板以及通带约束的条件下在目标优化窗的旁瓣区域求阻带极小值，最后得到等高的阻带，使旁瓣均匀分布在整个区域，以获得平均最低的旁瓣。

一种基于时域FFT的电磁干扰接收机窗函数的设计方法，所述的利用不等式约束汉宁窗和目标优化窗，使目标优化窗的主瓣逼近汉宁窗，使目标窗函数满足CISPR 16-1-1频谱模板以及通带约束的条件下在目标优化窗的旁瓣区域求阻带极小值的数学表达式如下所示：

其中，为窗函数系数X进行DFT变换；N为窗函数点数，且为正整数；μ为频率点；X_hanning为汉宁窗系数，X为优化后的汉宁窗系数，ω_mainlobe为主瓣所处频带；ω_transband为过渡带所处频带；ω_stopband为阻带所处频带；C₁为通带逼近约束允许误差，0.01≤C₁≤0.05；C₂为过渡带逼近约束允许误差，0.01≤C₂≤0.05；t为约束中间变量，利用matlab的cvx工具箱进行求解，获得优化后目标窗函数。