基于FMEA分析的數模混合電路多道脈沖幅度控制算法

李娜，李莉

（大連科技學院電氣工程學院，遼寧大連 116041）

在數模混合電路設計中，多道脈沖幅度擾動的存在，導致數模混合電路多道脈沖幅度輸出穩定性不佳，因此需要構建優化的數模混合電路多道脈沖幅度控制模型，提高數模混合電路多道脈沖幅度檢測和控制能力，相關的數模混合電路多道脈沖幅度控制方法研究已經受到人們的重視[1]。

對數模混合電路多道脈沖幅度控制是實現數模混合電路抗干擾優化設計的關鍵。文獻[2]對不同的頻譜濾波參數檢測方法進行了研究，包括能量檢測、匹配濾波器檢測、序列檢測等檢測方法，并對其優劣進行了分析，為數模混合電路多道脈沖幅度控制如何選取最合適的頻譜檢測方法提供參考。文獻[3]提出了一種用于符號檢測的迭代匹配濾波（Iterative-Matched Filter,I-MF）方法，利用來自解調端反饋的軟信息，實現數模混合電路抗干擾優化設計。文獻[4]利用標準最小二乘理論推導EIV 模型的解及近似方差矩陣，建立起一整套EIV 模型參數估計和精度評定的體系。但傳統方法進行數模混合電路多道脈沖幅度控制的輸出穩定性不佳，信號輸出的抗干擾性不強。

針對上述問題，文中提出基于FMEA 分析的數模混合電路多道脈沖幅度控制算法。仿真測試分析結果顯示，文中方法在提高數模混合電路多道脈沖幅度控制能力方面具有優越性能。

1 數模混合電路多道脈沖信號和預處理

1.1 數模混合電路多道脈沖信號模型

為實現基于FMEA 分析的數模混合電路多道脈沖幅度控制，構建數模混合電路多道脈沖信號接收模型，采用三層神經網絡體系結構[5]，構建數模混合電路多道脈沖信號的波束集成分布式檢測模型，如圖1 所示。

圖1 數模混合電路多道脈沖信號檢測模型

在圖1所示的數模混合電路多道脈沖信號檢測模型中，采用變結構的輸入轉換控制方法，得到數模混合電路多道脈沖信號分布式檢測的二次規劃模型為：

其中，p為檢測的神經網絡特征函數，sf為數模混合電路多道脈沖信號參數，a(t)為數模混合電路多道脈沖幅度控制參數，結合迭代尋優，得到每一相的數模混合電路多道脈沖諾頓等效優化控制模型如下：

其中，λ為轉換控制優化參數，β為相關的數模混合電路多道脈沖管控梯度增益函數。

根據上述分析，構建數模混合電路多道脈沖多維度管控和信號檢測模型[6]，得到優化的參數識別結果如下：

其中，e為多維度管控函數，d(s)為數模混合電路的信號脈沖控制參數。采用時頻特征分析方法，得到數模混合電路多道脈沖時頻轉換模型為wg。在輸出功率增益穩態調度下，得到數模混合電路多道脈沖幅值檢測輸出表示為：

其中，r為輸出調度函數，m(a)為輸出的穩定性參數，結合小波尺度分解，構建數模混合電路多道脈沖幅度檢測的匹配濾波檢測器，提高信號檢測識別能力[7]。

1.2 數模混合電路多道脈沖信號濾波

采用均衡濾波器實現數模混合電路多道脈沖信號檢測和抗干擾抑制，結合自相關匹配方法實現數模混合電路多道脈沖信號特征提取[8]，自相關匹配閾值函數為：

其中，τ為抗干擾抑制參數，通過泰勒級數展開，得到數模混合電路多道脈沖信號的匹配濾波檢測輸出為hi(l)。采用帶通濾波器調節脈沖響應，得到數模混合電路多道脈沖融合輸出函數為sw。

數模混合電路多道脈沖每個時間點最大值對應數模混合電路多道脈沖頻率點[9]，結合瞬時頻率估計的方法，得到數模混合電路多道脈沖時頻參數估計值如下：

其中，Λ(k) 為頻率點特征參數，通過混合電路多道脈沖參數融合，在信噪比較低的情況下，采用多維空間降噪，得到混合電路多道脈沖的幅值檢測結果[10]。

2 數模混合電路多道脈沖幅度控制優化

2.1 數模混合電路多道脈沖幅度特征提取

在上述混合電路多道脈沖參數檢測模型的基礎上，檢測出數模混合電路多道脈沖信號的譜密度特征量，通過自相關融合和負載均衡控制的方法，實現數模混合電路多道脈沖幅度檢測[11]，得到數模混合電路多道脈沖幅度參量估計模型為：

其中，Nk是k層數模混合電路多道脈沖幅度特征量。經過融合迭代濾波檢測，得到每個時刻最大值對應的頻率點為g(n)。在低信噪比條件下，得到數模混合電路多道脈沖幅值增益為βz。計算數模混合電路多道脈沖幅值的最大值所對應的頻率點[12]，得到幅值集成的修正結果為：

其中，η為學習率函數。計算偏離信號瞬時頻率的真實值，得到迭代模型為Γj。

采用收斂性控制方法，構建數模混合電路多道脈沖幅值的誤差校準模型，得到數模混合電路多道脈沖幅度特征頻率參數為：

根據瞬時頻率估計值，結合特征參量的優化估計模型，實現對數模混合電路多道脈沖幅度檢測和優化控制。

2.2 數模混合電路多道脈沖幅度均衡控制

通過自相關融合和負載均衡控制的方法，實現數模混合電路多道脈沖幅度檢測，采用FMEA 分析方法構建數模混合電路多道脈沖幅度控制的均衡調度模型，得到的多道脈沖幅度均衡控制參數表示為：

其中，E(x) 是多道脈沖幅度混響的慢變包絡，φ(x)是多道脈沖幅度分布相位。其振幅服從瑞利分布規律，所以混合電路多道脈沖參數振蕩的幅值為：

其中，為混合電路多道脈沖參數振幅E的方差，由于信噪比降低，得到混合電路多道脈沖參數的融合參數分布模型為Δ(D)。

采用時頻分布檢測的方法，得到數模混合電路多道脈沖的幀結構K的表達式為：

其中，f0與ψ0分別表示數模混合電路多道脈沖的起始頻率幀與初始相位，ζ為數模混合電路多道脈的BPSK 調制參數[13]，脈沖調制的帶寬為W，在邊緣效應和噪聲的影響下，得到輸出幀格式為Bg。

采用時頻檢測和拷貝相關特征分析的方法，得到數模混合電路多道脈沖幅值均衡調節的自相關函數為：

其中，WT為數模混合電路多道脈沖幅值分布的增益。計算瞬時頻率估計值，得到數模混合電路多道脈沖檢測的散射特性函數為G(hn)[14-15]。

采用FMEA 參數估計方法，得到優化的數模混合電路多道脈沖幅值控制輸出模型[16]為：

綜上分析，采用FMEA 分析方法構建數模混合電路多道脈沖幅度控制模型，實現脈沖幅度的波峰檢測和均衡控制，脈沖信號幅度控制的幾何關系如圖2 所示[17]。

圖2 脈沖信號幅度控制幾何關系

3 仿真測試與結果分析

為了驗證文中方法在實現數模混合電路多道脈沖幅度控制中的應用性能，采用Matlab 仿真工具設計數模混合電路多道脈沖幅度控制和信號處理仿真實驗。設定數模混合電路多道脈沖幅度信號的調制信號為LFM 信號，信號采集的歸一化初始頻率為f1=0.3 kHz，歸一化終止頻率為f2=0.05 kHz，信號干擾的信噪比為-8 dB，調制帶寬為12 dB。根據上述參數設定，得到數模混合電路多道脈沖信號如圖3所示。

以圖3 的信號為輸入，實現對數模混合電路多道脈沖幅度檢測，得到檢測結果如圖4 所示。

圖3 數模混合電路多道脈沖信號

圖4 多道脈沖幅度檢測

分析圖4 得知，文中方法能有效實現數模混合電路多道脈沖幅度檢測，信號的幅值調頻性能較好。測試數模混合電路多道脈沖幅度控制的輸出收斂性曲線如圖5 所示。

分析圖5 的仿真結果得知，文中數模混合電路多道脈沖幅度控制方法的收斂性較好，對脈沖幅度控制的目標學習性能較高。

圖5 輸出收斂性曲線

4 結束語

為提高數模混合電路多道脈沖幅度檢測和控制能力，文中提出基于FMEA 分析的數模混合電路多道脈沖幅度控制算法。采用三層神經網絡體系結構，構建數模混合電路多道脈沖信號的波束集成分布式檢測模型，結合自相關匹配方法實現數模混合電路多道脈沖信號特征提取，采用多維空間降噪，實現數模混合電路多道脈沖幅度檢測，采用FMEA 參數估計方法，得到優化的數模混合電路多道脈沖幅值控制輸出模型，實現脈沖幅度的波峰檢測和均衡控制。研究得知，采用文中方法進行數模混合電路多道脈沖幅值控制的均衡性較好、收斂性較強。