技术领域
[0001] 本发明涉及电磁环境效应试验领域，更具体地说，它涉及一种系统级雷电间接效应与HIRF辐射敏感度综合试验装置及测试方法。
相关背景技术
[0002] 雷电与HIRF防护验证是民用飞机电磁环境适航的刚性要求。欧美等国已建立了较为完善的飞机雷电与HIRF适航取证体系，并在飞机工业化生产和民用推广方面发挥了巨大作用。雷电与HIRF环境频谱存在交叉，雷电与HIRF环境适航取证又是相互独立的，且整改也是相互独立的，致使雷电与HIRF环境在交叉频段上的效应未知，存在安全隐患。国内外尚未对雷电与HIRF环境的综合效应开展研究。
[0003] 目前有关辐射敏感度试验方法主要集中在电磁兼容测试（EMC）领域，HIRF敏感度混响室试验方法研究相对较少，基于混响室的HIRF试验方法主要用于测试被试品的辐射敏感度。
[0004] 2015年公开的发明专利“混响室连续搅拌模式下提高电子设备辐射抗扰度测试可重复性的方法”（专利公告号：CN104297595B），给出了一种利用多次采样时间段获得的数据计算统计平均值的标准偏差，在小于3dB标准偏差的采样时间段采用混响室连续搅拌模式提高辐射敏感度试验的可重复性。2019年公开的发明专利“混响室条件下辐射敏感度测试方法及装置”（专利公告号：CN107037283B），给出了一种混响室条件下辐射敏感度测试方法及装置，以解决现有技术中在混响室条件下的测试结果与均匀场相差较大的问题。2022年公开的发明专利“一种提高混响室射频辐射敏感度校验精度的系统”（专利公告号：CN112485538B），给出了一种采用搅拌器步进模式的辐射敏感度混响室测试系统，提高了混响室校验精度。2022年公开的发明专利“一种基于干扰概率的混响室环境电磁辐射敏感度测试方法”（专利公告号：CN113295941B），给出了一种基于干扰概率的混响室环境电磁辐射敏感度测试方法，提高了测试准确度和测试效率。
[0005] 有关雷电间接效应方面的专利主要集中在防护方面，聚焦于试验方法方面的专利相对较少，雷电间接效应试验主要用来检验被试品的雷电防护性能。
[0006] 2012年公开的发明专利“一种动态飞机雷电效应测试装置”（专利公告号：CN102087322B），提出了一种在微波暗室有限空间条件下，模拟飞机在动态的飞行模式下，遇到雷击过程的动态飞机雷电效应测试装置。2013年公开的发明专利“一种低电平整机雷电间接效应扫频测量系统”（专利公开号：CN103323709A），主要提出了一种低电平整机雷电间接效应扫频试验测量系统。2015年公开的发明专利“一种用于整机雷电间接效应试验的时频域数据处理方法”（专利公开号：CN105158562A），利用扫频测试系统雷电流时域数据转换为雷电流频域数据从而获取真实雷电环境电子电气系统电缆束的瞬态响应，分析和判定雷电效应防护能力。2022年公开的发明专利“电缆束试验同时注入试验装置”（专利公告号：
CN114678819B），解决电缆束试验无法模拟机身内部的电缆的真实的排布情况的技术问题。
2022年公开的发明专利“一种通用型雷电间接效应试验中辅助设备的保护装置”（专利公告号：CN114675058B），保护辅助设备免受雷电间接效应的影响，提高辅助设备的使用寿命。
[0007] 有关雷电间接效应与HIRF辐射敏感度试验方法方面的专利都是针对单一电磁环境效应开展研究的，未见有关雷电间接效应与HIRF辐射敏感度综合试验装置及方法方面的研究。
具体实施方式
[0070] 现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。
[0071] 如图1所示，一种系统级雷电间接效应与HIRF辐射敏感度综合试验测试方法，包括以下步骤：
[0072] 步骤101，确定开展试验的HIRF的试验频率范围，进行试验前校准；
[0073] 步骤102，确定开展雷电间接效应实验的雷电波形、等级及数量参量对瞬态信号发生器进行性能验证；
[0074] 步骤103，开展HIRF辐射敏感度试验，在HIRF试验同一频率作用周期内，注入雷电间接效应电流，观测并记录电子电气系统雷电与HIRF综合效应下的试验结果；
[0075] 步骤104，开展雷电与HIRF综合效应研究，评估电子电气系统雷电与HIRF综合防护效果。
[0076] 需要说明的是，根据HIRF辐射敏感度试验确定试验参数，主要参数有试验频段、场强和扫描速率等。根据HIRF辐射敏感度试验参数进行试验前校准，确保加载受试设备后混响室满足场均匀性要求。
[0077] 根据雷电间接效应试验要求确定雷电试验参数，主要参数有试验等级和波形等。根据试验参数对发生器进行性能验证，确保试验参数达到试验等级要求的范围。
[0078] 同时进行雷电间接试验和HIRF辐射敏感度试验，即在HIRF试验频点测试驻留时间内，同时对线缆束开展雷电间接效应试验，观测并记录受试电子电气系统的试验结果，获取雷电与HIRF的综合效应，并以此来评估电子电气系统在雷电与HIRF环境下的综合防护性能。
[0079] 具体试验步骤包括以下步骤；
[0080] 步骤1：搭建测试平台；
[0081] 步骤2：在100MHz‑18GHz范围进行混响室HIRF试验场强校准；
[0082] 步骤3：对瞬态信号发生器进行性能验证；
[0083] 步骤4：待测设备通电，选择工作模式，保持待测设备进入稳定工作状态；
[0084] 步骤5：设置HIRF辐射敏感度试验的初始频率并开始试验，与此同时启动瞬态信号发生器，在每个HIRF试验频点驻留时间内注入雷电信号，HIRF试验频点驻留时间满足雷电间接效应试验要求；
[0085] 步骤6：对于单次回击试验，至少施加10个瞬态信号，施加的单次回击瞬态信号之间的最长时间间隔不超过1min；
[0086] 步骤7：对于多次回击试验，至少施加10个多次回击瞬态信号，施加的多次回击瞬态信号之间的最长时间间隔不超过5min；
[0087] 步骤8：对于多重脉冲组试验，每隔3s施加一组多重脉冲组，至少连续施加5min；
[0088] 步骤9：改变瞬态信号发生器输出极性，重复步骤5至步骤8；
[0089] 步骤10：对每个受试电缆，重复步骤5至步骤9；
[0090] 步骤11：改变HIRF敏感度试验的频率，重复步骤5至步骤10，直到HIRF敏感度试验的终止频率；
[0091] 步骤12：对待测设备的每个工作模式，重复步骤4至步骤11；
[0092] 步骤13：通过试验监测陪试设备观测并记录雷电与HIRF综合作用下的受试设备情况，完成系统级雷电与HIRF综合防护性能的测试验证。
[0093] 飞机内的射频产品（如GPS、移动终端等）在复杂的电磁环境中可能会出现性能下降甚至失效的情况。目前的测试方法可能无法完全覆盖所有可能的电磁环境影响，特别是当涉及到雷电间接效应与HIRF（高强度辐射场）的综合效应时，因此在上述雷电间接效应与HIRF辐射敏感度综合试验装置的测试方法下，不仅可以测试获得射频产品在给定的电磁环境下仍能正常工作的屏蔽层的厚度，还可以帮助确定射频产品的最佳屏蔽层厚度，确保射频产品在雷电间接效应与HIRF环境下的可靠性和稳定性。
[0094] 在本发明的一个实施例中，提供了一种应用上述测试方法的射频产品的屏蔽层测试，并旨在获得该射频产品的最佳屏蔽层，如图2所示，一种系统级雷电间接效应与HIRF辐射敏感度综合试验测试方法，包括以下步骤：
[0095] 步骤201，对射频产品的屏蔽层设置初始厚度，采用系统级雷电间接效应与HIRF辐射敏感度综合试验装置模拟不同电磁环境，对射频产品进行系统级雷电间接效应与HIRF辐射敏感度综合试验；
[0096] 选择一个合适的初始厚度作为射频产品的屏蔽层厚度，并使用系统级雷电间接效应与HIRF辐射敏感度综合试验装置对射频产品进行测试，具体操作如下：
[0097] 步骤一、设定射频产品的初始屏蔽层厚度；
[0098] 步骤二、使用综合试验装置进行测试，包括：确定HIRF辐射敏感度试验的试验频段、场强和扫描速率等参数；
[0099] 步骤三、进行试验前校准，确保加载受试射频产品后混响室满足场均匀性要求；
[0100] 步骤四、确定雷电间接效应试验参数，雷电间接效应试验参数包括试验等级和波形等；
[0101] 步骤五、对瞬态信号发生器进行性能验证，进行性能验证的内容包括：在每个HIRF测试频点驻留时间内，同时对目标电缆束进行雷电间接效应试验，通过试验监测陪试设备观测并记录雷电与HIRF综合作用下的受试射频产品的情况。
[0102] 步骤202，调整射频产品的屏蔽层的初始厚度，获取射频产品在不同电磁环境下的历史测试数据和历史环境数据，历史测试数据包括综合试验装置的雷电数据、电磁场强度、电磁场频率和试验监测陪试设备观测到的射频产品的性能数据，历史环境数据包括混响室内部的环境温度和环境湿度；
[0103] 需要说明的是，雷电数据包括雷电波形、等级及数量；
[0104] 步骤203，通过将历史测试数据编码成电磁特征，将历史环境数据编码成环境特征，将电磁特征和环境特征输入防护策略模型中，防护策略模型输出防护策略，防护策略包括增加或减少射频产品的屏蔽层厚度；
[0105] 防护策略模型包括特征拼接层、特征处理层和策略输出层，其中输入电磁特征和环境特征到特征拼接层，然后输出拼接特征；输入拼接特征到特征处理层，特征处理层输出处理特征到策略输出层，策略输出层输出每个可选的防护策略的Q值，选择Q值最大的防护策略作为防护策略模型的输出。
[0106] 特征拼接层的计算公式为：
[0107]
[0108] 其中， 表示拼接特征， 表示电磁特征， 表示环境特征， 表示向量拼接；
[0109] 特征处理层的计算公式为：
[0110]
[0111] 其中， 表示处理特征， 表示拼接特征， 表示特征处理层的权重矩阵， 表示特征处理层的偏置项， 表示Sigmoid激活函数；
[0112] 策略输出层的计算公式为：
[0113]
[0114] 其中， 表示射频产品初始厚度对应的防护策略的Q值， 表示处理特征，表示策略输出层的权重矩阵， 表示策略输出层的偏置项， 表示 函数；
[0115] 防护策略模型的状态包括电磁特征和环境特征；
[0116] 电磁特征包括雷电波形、等级及数量、电磁场强度和电磁场频率和试验监测陪试设备观测到的射频产品的性能数据；
[0117] 环境特征包括混响室内部的环境温度和湿度；
[0118] 状态由电磁特征和环境特征拼接构成；
[0119] 防护策略模型的动作空间为组合射频产品的每个可调整的厚度来生成动作空间，一个动作表示增加或减少射频产品的屏蔽层厚度。
[0120] 需要说明的是，动作空间是连续的，允许在一定范围内自由调整厚度，该范围为人为设定的，例如0.5mm之内的任意厚度增减。
[0121] 根据每次调整屏蔽层厚度后射频产品的性能变化来计算奖励：
[0122] 奖励函数的计算公式为：
[0123]
[0124] 其中， 表示在状态s和采取动作a状态下获得的奖励值，表示当前状态，表示采取的动作， 表示正向奖励值， 表示负向奖励值， 表示射频产品在状态s和采取动作a状态下测得的性能，表示性能阈值；
[0125] 需要说明的是，状态s为上述拼接特征 ；
[0126] 这样设计奖励的目的在于根据射频产品的性能变化来调整其屏蔽层厚度，以确保射频产品在雷电间接效应和HIRF综合作用下能够正常工作；
[0127] 防护策略模型的训练方法包括以下步骤：
[0128] 步骤一、随机初始化防护策略模型，初始化 网络，其参数与防护策略模型相同；
[0129] 步骤二、选择一个初始状态 ；
[0130] 步骤三，在每个时间步t，选择一个动作 ，执行动作 ，得到下一个状态 、即时奖励 和是否触发终止条件done，终止条件是射频产品不再进行测试；
[0131] 将经验 存入经验池，一个经验是一个四元组为或 ；
[0132] 步骤四，更新Q值的计算公式为：
[0133]
[0134] 其中， 表示状态 下 网络最大的输出；表示学习率；
[0135] 根据 和 求loss，梯度下降法更新防护策略模型；
[0136]
[0137] 表示状态 和动作 下防护策略模型的输出Q值；
[0138] 是折扣因子，是一个介于0和1之间的值，用于平衡即时奖励和未来奖励的权重，缺省值为0.6；
[0139] 步骤五，每隔固定个网络更新次数，更新 网络，使其参数与当前的防护策略模型的参数相同；
[0140] 步骤六，直至 网络收敛或者更新次数达到设定值之后，终止步骤。
[0141] 如图3所示，一种系统级雷电间接效应与HIRF辐射敏感度综合试验装置，包括：
[0142] 混响室，用于提供HIRF辐射敏感度试验的试验场所。
[0143] 信号源，用于输出试验信号；
[0144] 功率放大器，用于对输入的试验信号进行功率放大；
[0145] 定向耦合器，用于对功率放大器的正反向输出功率进行耦合输出；
[0146] 发射天线，用于向混响室内注入电磁能量；
[0147] 接收天线，用于接收混响室内的信号；
[0148] 接收机，用于测量接收天线上接收到的信号场强和混响室的场强校准及试验测试监测数据；
[0149] 功率计，用于测量定向耦合器的耦合输出，获取功率放大器的正反向输出功率以及监测功率放大器的功率；
[0150] 瞬态信号发生器，用于产生雷电间接效应试验所需的试验信号；
[0151] 雷电注入探头，用于将雷电信号耦合注入到试验电缆束中；
[0152] 雷电流监测探头，用于监测试验电缆束中的雷电流注入信号；
[0153] 雷电压检测环和探头，用于检测试验电缆束中的雷电压注入信号；
[0154] 试验监测陪试设备，用于显示、记录和监测受试系统在试验过程中的电磁敏感性情况。
[0155] 在本发明的一个实施例中，信号源输出端通过功率放大器接入定向耦合器的输入端，定向耦合器的输出端连接发射天线，功率计与定向耦合器的监测端相连接，接收天线输出端连接接收机输入端。信号源、功率放大器、定向耦合器、功率计和接收机位于混响室外，发射天线位于混响室工作区域外且朝向混响室角落或搅拌器，接收天线位于混响室工作区域内；
[0156] 雷电间接效应测试装置，瞬态信号发生器输出端连接雷电注入探头输入端，雷电注入探头内夹着测试电缆，雷电压检测环和探头夹在雷电注入探头上，其输出端连接数字示波器电压接收端，雷电流监测探头卡在电缆束上，其输出端连接数字示波器电流接收端。信号发生器和数字示波器位于混响室外，雷电压检测环和探头、雷电流监测探头和雷电注入探头位于混响室工作区域内，雷电流监测探头距离被试品电缆端口约5‑15cm，雷电注入探头距离雷电流监测探头5‑50cm。
[0157] 上面对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。
