幅度概率分布（APD）统计参量测量方法的研究与APD测量系统的研制

论文摘要

国际无线电干扰特别委员会在2006年最新版的CISPR16-1 Ed.2国际标准中将APD统计参量测量列为了一种电磁骚扰的标准测量方法。本文的主要工作是研制一台符合CISPR建议指标要求的具有自主知识产权的APD专用测量仪表,并搭建APD自动测试系统平台。该测量仪与测试平台已在国家无线电监测中心投入试用,取得了预期的效果,填补了该领域国内的空白。文章第一章结合EMC学科的特点,全面回顾了APD测量方法理论和应用方面的发展历史和进展,追踪了该领域技术的最新动态。第二章通过电路理论和统计信号处理理论,对EMI测量接收装置的电路响应、随机信号概率模型、APD统计参量测量的关键指标等进行了推导和讨论。第三章和第四章分别介绍了具有自主知识产权的BJTUAPD V1.0测量仪的硬件和软件系统的设计。第五章给出了仪器校准和验证的结果。全文创新点表现如下:1.对接收机检波器前级电路响应进行了理论推导和数值仿真,建立了检波器的非线性仿真模型,分析指出了传统检波测量的不足之处（第二章）;2.对服从典型概率分布的随机信号的APD特性进行了推导与数值分析,并初步讨论了噪声建模与拟合方法,对电气化铁路弓网脉冲噪声建立了数值仿真模型（第二章）;3.建立了APD测量采样率与测量不确定度的数值关系（第二章）;4.研制成功了统计参量测量通用硬件平台,属国内首创（第三章）;5.在通用硬件平台上开发了BJTUAPD V1.0测量仪,各项性能指标都达到或优于CISPR的建议原则,形成了具有完全自主知识产权的软件IP核（第四章）;6.软硬件设计中采用了一系列新颖或者独创的技术,如SIMO-FIFO、高效倍频APD处理单元、双端口RAM、高精度长定时器、标准串行总线等,有效地解决了处理速度、测量盲等待等关键技术难题,允许与各种控制器进行灵活的连接,并为系统性能的升级和功能扩展创造了条件（第三、四章）;7.搭建了完整的APD测试系统平台,并编制了自动测量系统软件WinAPD,提供了完善的测量流程控制功能和友好的用户界面。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 序
• 1 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 统计参量测量概述
• 1.2.2 APD测量方法的研究历史与应用领域
• 1.2.3 APD测量标准的发展
• 1.3 APD测试仪表的发展历史与现状
• 1.3.1 早期的APD测量装置
• 1.3.2 当前的发展现状
• 1.4 本文的主要内容安排
• 1.4.1 APD统计参量测量的相关理论研究
• 1.4.2 APD测量实现中的关键技术研究
• 2 APD统计测量理论
• 2.1 EMI测量的射频信号处理
• 2.1.1 EMI测量接收机的结构
• 2.1.2 APD测量系统的射频前端
• 2.1.3 对射频前端的脉冲响应分析
• 2.2 传统的检波式EMI测量
• 2.2.1 对检波器函数的分析方法
• 2.2.2 CISPR规定的检波器函数
• 2.2.3 检波测量的缺陷与不足
• 2.3 统计信号检测与基本分布的APD性质
• 2.3.1 高斯正态（Gauss）随机信号
• 2.3.2 多维高斯随机信号
• 2.3.3 瑞利（Rayleigh）随机信号
• 2.3.4 莱斯（Rician）随机信号
• 2.3.5 随机信号模型小结
• 2.4 APD分布数据的表示方法
• 2.4.1 CISPR对APD测量数据的表示
• 2.4.2 为确定噪声模型的表示方法
• 2.5 APD测量的实现方法讨论
• 2.5.1 时域采样技术
• 2.5.2 关于采样速率的确定
• 2.5.3 APD统计电路实现方案
• 2.6 噪声系统建模仿真举例
• 2.6.1 应用背景介绍
• 2.6.2 电气化铁道电火花骚扰数学模型
• 2.6.3 仿真模型的构建
• 2.6.4 仿真结果
• 2.7 小结
• 3 APD测量仪的硬件设计
• 3.1 研制APD测量仪表的技术条件
• 3.2 APD测量装置硬件组成概述
• 3.3 对数放大级
• 3.3.1 对数放大实现信号压缩原理
• 3.3.2 三类基本的对数放大电路
• 3.3.3 对数级电路的关键元器件
• 3.3.4 对数放大级的电路实现
• 3.4 模/数转换级
• 3.4.1 A/D转换器的分类与原理
• 3.4.2 模/数转换电路设计要点
• 3.4.3 模/数级的电路硬件组成
• 3.5 APD统计级
• 3.5.1 可编程逻辑器件概述
• 3.5.2 采用FPGA的电路硬件组成
• 3.6 测量核心板综述
• 3.7 控制与传输级（控制板）
• 3.7.1 控制板与核心板的连接
• 3.7.2 控制板与上位机的连接
• 3.7.3 控制板的硬件结构
• 3.8 APD测量仪的电源模块
• 3.9 硬件平台的EMC设计
• 3.9.1 系统级EMC措施
• 3.9.2 电路级EMC措施
• 3.9.3 PCB板级EMC措施
• 3.9.4 硬件EMC设计小结
• 4 APD测量系统的软件设计
• 4.1 APD测量系统软件概述
• 4.2 具有自主知识产权的IP核
• 4.2.1 APD测量仪IP核概述
• 4.2.2 单输入-多输出缓冲队列（SIMO-FIFO）
• 4.2.3 APD统计逻辑
• 4.2.4 双端口RAM
• 4.2.5 集成的接口
• 4.3 IP核的IIC总线
• 4.3.1 IIC总线的特点
• 4.3.2 IIC传输时序和总线协议
• 4.3.3 IIC的实现
• 4.4 IP核的SPI接口
• 4.4.1 SPI总线接口的特点
• 4.4.2 SPI总线的传输时序
• 4.4.3 SPI的实现
• 4.5 控制器程序软件
• 4.5.1 主程序流程
• 4.5.2 IP协议栈
• 4.5.3 控制指令翻译器
• 4.5.4 软硬结合的定时器
• 4.5.5 通过IIC/SPI的存储器访问
• 4.6 自动测试系统软件WinAPD
• 4.6.1 APD测量流程
• 4.6.2 人机界面
• 4.6.3 WinAPD测量步骤
• 4.7 软件系统小结
• 5 APD测量仪的验证与校准
• 5.1 APD测量仪的直流校准
• 5.2 APD测量仪的幅度校准
• 5.3 随机噪声APD分布验证
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B
• 附录 C
• 附录 D
• 附录 E
• 附录 F
• 附录 G
• 英文缩略语表
• 作者简历
• 学位论文数据集