基于測(cè)量數(shù)據(jù)的電磁兼容性能參數(shù)建模的研究

摘要：隨著電磁兼容測(cè)試的不斷深入，將會(huì)產(chǎn)生越來越多的測(cè)試數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析從而提取出有意義的信息，對(duì)于系統(tǒng)電磁兼容分析與維護(hù)具有十分重要的意義。該文研究了對(duì)電磁兼容測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的方法，探討了電磁兼容數(shù)據(jù)建模技術(shù)，提出了歸納電子系統(tǒng)電磁參數(shù)的變化規(guī)律的方法，為增強(qiáng)系統(tǒng)電磁兼容維護(hù)與保障的針對(duì)性提供了技術(shù)手段。
關(guān)鍵詞：電磁兼容；測(cè)試數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)建模；數(shù)據(jù)挖掘

0 引言
    隨著社會(huì)信息化水平發(fā)展的不斷提高，各行各業(yè)對(duì)電子系統(tǒng)電磁兼容性能的認(rèn)識(shí)不斷深入，重視程度也不斷提高。但是，現(xiàn)實(shí)中許多電子系統(tǒng)存在比較嚴(yán)重的電磁兼容問題，已經(jīng)嚴(yán)重影響到其性能的發(fā)揮。導(dǎo)致問題產(chǎn)生的一個(gè)重要原因就是在系統(tǒng)的使用過程中，隨著使用年限的不斷增加，有些設(shè)備老化導(dǎo)致有害電磁輻射超標(biāo)，抗干擾閾值降低等情況；有些設(shè)備的組件經(jīng)過多次維修，導(dǎo)致電磁兼容能力降低；有些因?yàn)榄h(huán)境變化特別是電磁環(huán)境的不斷復(fù)雜化，造成電磁兼容性能設(shè)計(jì)不完善之處凸現(xiàn)。因此歸納綜合電子系統(tǒng)電磁參數(shù)及電磁兼容性變化規(guī)律就顯得尤為重要。
    數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中的、人們事先不知道的但又是潛在有用的信息和知識(shí)。對(duì)電磁兼容測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，能有效提取出某些性能參數(shù)的變化規(guī)律，歸納總結(jié)其數(shù)據(jù)模型。本文對(duì)模型建立過程及具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了闡述。

1 參數(shù)模型建立過程
    電磁兼容測(cè)試數(shù)據(jù)主要指系統(tǒng)進(jìn)行電磁兼容測(cè)試產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)和其經(jīng)過整理得到的數(shù)據(jù)，如發(fā)射設(shè)備的峰值功率、雜散電平、功率大于設(shè)定門限的諧波數(shù)量等。在對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模的過程中，從不同的研究角度可以得到不同的結(jié)論。例如在研究參數(shù)特性的時(shí)候，可以進(jìn)行某個(gè)參數(shù)和另一參數(shù)的相關(guān)分析，研究參數(shù)之間變化的相關(guān)規(guī)律；可以建立多元回歸模型研究某個(gè)參數(shù)隨幾個(gè)參數(shù)之間的變化規(guī)律。
對(duì)電磁兼容性能參數(shù)建模的過程是通過電磁兼容測(cè)量取得原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，對(duì)數(shù)據(jù)的類型和結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理，對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘完成數(shù)據(jù)規(guī)律分析，描述出設(shè)備參數(shù)的變化曲線，再經(jīng)過多次數(shù)據(jù)的修正，完成參數(shù)變化規(guī)律的數(shù)據(jù)模型。其中最常見的數(shù)據(jù)挖掘方法是統(tǒng)計(jì)分析方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和機(jī)器學(xué)習(xí)中研究的方法。具體建模過程如圖1所示。

2 電磁參數(shù)建模的統(tǒng)計(jì)分析方法
    上面簡單介紹了電磁參數(shù)建模的過程，針對(duì)分析問題的不同，建立的模型也各有差異。在這一節(jié)，根據(jù)假設(shè)研究某功率放大器放大倍數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律。通過統(tǒng)計(jì)分析方法介紹數(shù)據(jù)挖掘在電磁參數(shù)建模中的應(yīng)用。其中回歸分析是本次試驗(yàn)中所用到的具體的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法。
2．1 回歸分析
    通過回歸分析，可以將相關(guān)變量之間不確定、不規(guī)則的數(shù)量關(guān)系一般化、規(guī)范化，從而可以根據(jù)自變量的某個(gè)給定值推斷出因變量的可能值(或估計(jì)值)?；貧w分析包括多種類型，根據(jù)所涉及變量的多少，可分為一元回歸和多元回歸；根據(jù)變量變化的表現(xiàn)形式不同，分為直線回歸和曲線回歸。
    線性回歸分析的任務(wù)是根據(jù)若干個(gè)觀測(cè)值(xi，yi)(i=1，2，…，n)找出描述兩個(gè)變量x，y之間關(guān)系的直線回歸方程：
   
    根據(jù)多個(gè)自變量的最優(yōu)組合建立回歸方程來預(yù)測(cè)因變量的回歸分析稱為多元回歸分析，其模型為：
   
    回歸方程的顯著性檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)β是否幾乎全部近似為0。如果成立，則表明使用線性模型描述是不恰當(dāng)?shù)摹?br />     其大致步驟如下：
    (1)將輸入自變量作為橫坐標(biāo)，輸出量即測(cè)試值作為縱坐標(biāo)，描繪出測(cè)試曲線。
    (2)對(duì)所描繪的曲線進(jìn)行分析，確定公式的基本形式。如果數(shù)據(jù)點(diǎn)基本成一條直線，則可以用一元線性回歸方法確定直線坐標(biāo)。如果數(shù)據(jù)點(diǎn)描繪的是曲線，則要根據(jù)曲線的特點(diǎn)判斷曲線屬于何種函數(shù)類型。可對(duì)比已知的數(shù)學(xué)函數(shù)曲線加以對(duì)比、區(qū)分。如果測(cè)試曲線很難判斷屬于何種類型，則可以按多項(xiàng)式回歸處理。
    (3)確定擬合方程中的常量。可根據(jù)一系列測(cè)試數(shù)據(jù)確定方程中的常量。
    (4)檢驗(yàn)所確定的方程穩(wěn)定性和顯著性，用測(cè)試數(shù)據(jù)中的自變量代入擬合方程計(jì)算出函數(shù)值，看與實(shí)際測(cè)試值是否一致。差別的大小通常用標(biāo)準(zhǔn)差來表示，進(jìn)行方差分析，F(xiàn)檢驗(yàn)等。如果所確定的公式基本形式有錯(cuò)誤，此時(shí)應(yīng)建立另外形式的公式。
    在進(jìn)行研究分析的時(shí)候，考慮某功率放大器放大倍數(shù)的變化情況。假設(shè)經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到此功率放大器的放大倍數(shù)情況如表1所示。

2．2 建模與仿真
    根據(jù)表1所給的數(shù)據(jù)，運(yùn)用回歸分析的方法對(duì)放大器的增益參數(shù)進(jìn)行建模，在置信水平為95％的條件下按照回歸分析的步驟得到其隨工作時(shí)間的變化曲線，如圖2所示。

    由圖2可以看出當(dāng)用三次多項(xiàng)式作為其數(shù)據(jù)模型時(shí)能比較好的擬合所給的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行參數(shù)估計(jì)和模型匯總得到各參數(shù)的基本情況如表2所示。

    根據(jù)表2的數(shù)據(jù)及F檢驗(yàn)法的判斷標(biāo)準(zhǔn)可知此方程回歸效果顯著，由此可根據(jù)此方程得到因變量增益的預(yù)測(cè)值和置信區(qū)間，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

3 結(jié)語
    回歸模型是分析測(cè)試數(shù)據(jù)很重要的工具，可以得出的是參數(shù)之間的變化關(guān)系，也許單獨(dú)某對(duì)參數(shù)之間的變化關(guān)系不足以提供有意義的信息，還可以建立多元回歸模型來研究多個(gè)參數(shù)和某個(gè)參數(shù)之間的變化關(guān)系。由于回歸分析在非線性分析中的局限性，在以后的工作中將著重研究人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在此方面的應(yīng)用。參數(shù)模型建立的方法并不是固定的，隨著研究點(diǎn)的不同，模型的選擇也不同。通過所建立模型，可以不需要進(jìn)行實(shí)際測(cè)量來預(yù)測(cè)電子系統(tǒng)未來的電磁兼容狀況，有效指導(dǎo)系統(tǒng)的電磁兼容性分析和保障。