基于主动学习的近场扫描获取传导耦合路径探测方法

本发明涉及了一种耦合路径探测方法，具体涉及一种基于主动学习的近场扫描获取传导耦合路径探测方法。

背景技术：

1、电子技术和半导体行业得到了非常迅猛的发展，但随着电子设备中元器件以及电路设计的复杂程度逐步上升，电子设备中的电磁干扰问题也越来越严重，轻则只是影响电子设备的工作状态，降低工作性能导致其不能正常工作，严重的还会导致电子系统被严重毁坏，甚至危害到人身安全。因此，电磁干扰问题一直是电子产品研发阶段就需要重点关注和研究的对象。

2、近场扫描采用电磁场探头测量被测器件上方的电磁场分布，经常被用来对板级或系统级的电磁干扰源进行精确检测和定位，近些年来受到越来越广泛的关注。近场扫描技术可以帮助电子工程师对电子设备进行电磁干扰源的检测和快速定位，从而采取相对应的电磁干扰抑制措施，可以极大地缩短产品电磁兼容问题的研发周期。不仅如此，近场扫描还可用于重建瞬态电流的时域波形，并捕获整个电路随时间的扩展，有助于分析复杂电子系统中的传导干扰问题。

3、目前，近场扫描探测技术仅仅用于研究静电放电电流在系统中的传播过程，并没有进一步研究传播细节以及将其应用在传导干扰电流的耦合路径分析上。传统的近场扫描方法通过在扫描平面上均匀采样来获得完整的近场信息，由于采样点数量多，每个位置的数据存储时间长，这需要花费大量时间。为了加速近场扫描过程并确保探测的准确性，当前可采用在扫描矩阵中选择稀疏样本进行插值从而减少扫描时间。因此，稀疏样本的选择显得尤为重要。当前研究的人工智能选择稀疏扫描样本的算法对于超参数的选择较为复杂，且大多数研究针对单频点的探测，并不能直接用于时域电流波形分布测量。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种基于主动学习的近场扫描获取传导耦合路径探测方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、本发明的近场扫描获取传导耦合路径的探测方法包括如下步骤：

4、步骤一：搭建近场扫描探测平台，将待测电路板水平放置在小型微波暗室中，在待测电路板工作时，使用近场扫描探测平台在待测电路板的正上方进行探测。

5、步骤二：在近场扫描探测平台探测时，使用基于主动学习的近场扫描方法获得探测结果，根据探测结果获得连续时刻中待测电路板上的电流随时间变化的电流近场分布图，根据连续时刻的电流近场分布图获得电流在待测电路板上的传导耦合路径，实现传导耦合路径的探测。

6、所述的步骤一中，搭建的近场扫描探测平台包括计算机、单片机、机械臂、近场探头和示波器，近场探头安装在机械臂的末端，近场探头的末端位于待测电路板正上方的固定高度处；计算机电连接单片机、机械臂和示波器，单片机电连接待测电路板，示波器电连接近场探头；机械臂、近场探头和待测电路板均位于小型微波暗室中；探测过程在一个小型微波暗室中进行，可避免外界电磁波干扰；探测过程中计算机对所有仪器进行自动化控制以及数据处理；近场探头可选用各种不同型号的测试探头，根据不同测试场进行选用。

7、所述的步骤一中，在待测电路板工作时，使用近场扫描探测平台在待测电路板的正上方进行探测，具体为首先计算机初始化连接设备，保证对各设备的控制并设置各个设备的工作状态，然后使用计算机控制单片机生成触发信号并注入到待测电路板中驱动待测电路板正常工作，然后计算机控制机械臂带动近场探头在待测电路板上方的固定高度处进行探测，机械臂用于近场探头的固定和精准定位，在计算机控制下不断移动到探测位置，近场探头探测产生感应电压并经示波器传输至计算机中获得探测结果。

8、所述的探测结果具体为近场探头探测产生的感应电压的时域波形。

9、所述的步骤二中，在近场扫描探测平台探测时，使用基于主动学习的近场扫描方法获得探测结果，具体如下：

10、首先将待测电路板正上方的固定高度处的平面区域作为扫描探测区域，根据机械臂的移动步长在扫描探测区域上获得均匀间隔分布的na个扫描点位置，在na个扫描点位置中均匀间隔选取n0个扫描点位置构建为扫描点数据集，然后进行扫描探测处理，使用近场探头对扫描点数据集中的n0个扫描点位置进行扫描探测，然后使用径向基函数rbf插值方法选取出一个待扫描的扫描点位置并加入扫描点数据集中，循环进行扫描探测处理，直至扫描点数据集中加入的扫描点位置的个数达到预设算法扫描点数nq后停止扫描；通过示波器将近场探头产生的已扫描的n0+nq个扫描点位置处的探测结果输入计算机中，计算机根据已扫描的n0+nq个扫描点位置处的探测结果对扫描探测区域中的各个未扫描的扫描点位置进行插值处理后获得扫描探测区域内na个扫描点位置的探测结果。扫描探测区域中的扫描点位置的总个数na大于预设算法扫描点数nq和扫描点位置的个数n0之和。

11、所述的进行扫描探测处理，使用近场探头对扫描点数据集中的n0个扫描点位置进行扫描探测，具体如下：

12、针对扫描点数据集中的每个扫描点位置，均使用近场探头探测获得扫描点位置处连续时刻的感应电压，然后通过计算机根据各个扫描点位置在同一时刻获得的感应电压在扫描探测区域内的分布构建获得一帧初始扫描分布图，在各个连续时刻内获得若干帧初始扫描分布图，计算每一帧初始扫描分布图中的各个感应电压的方差，同时将各帧初始扫描分布图依次均匀划分构建为n个分布图集，每个分布图集中选取方差最大的其中一帧初始扫描分布图，然后在选取出的n帧初始扫描分布图中选取方差最大的其中三帧初始扫描分布图作为预测扫描分布图，三帧相当于三个时刻，然后使用径向基函数rbf插值方法继续进行循环扫描，具体为分别使用四个预测模型-线性插值linear预测模型、三次样条插值cubic预测模型、薄板样条插值thin plate spline预测模型和五次样条插值quintic预测模型对每帧预测扫描分布图中的na个扫描点位置中除了扫描点数据集中的各个扫描点位置的其它未扫描的扫描点位置的感应电压进行插值预测获得预测结果，然后计算各个未扫描的扫描点位置的感应电压的各个预测结果的不确定度，选取不确定度最大的其中一个未扫描的扫描点位置作为下一个待扫描的扫描点位置并加入扫描点数据集中，继续循环进行扫描探测处理，直至扫描点数据集中加入的扫描点位置的个数达到预设算法扫描点数nq后停止扫描，最终获得近场探头产生的n0+nq个扫描点位置的感应电压。

13、所述的计算未扫描的扫描点位置的感应电压的各个预测结果的不确定度，具体为针对每张预测扫描分布图，使用径向基函数rbf插值方法的四个预测模型，利用预测扫描分布图中各个已扫描的扫描点位置的感应电压分别计算预测扫描分布图中各个未扫描的扫描点位置的感应电压的预测结果，针对每个未扫描的扫描点位置，每个预测模型均预测产生一个预测结果，计算四个预测结果的方差，然后计算三张预测扫描分布图获得的方差的平均值作为未扫描的扫描点位置的感应电压的各个预测结果的不确定度，最终获得各个未扫描的扫描点位置的感应电压的各个预测结果的不确定度。各种模型预测结果的不一致程度越高，表示该位置的不确定度越高，则它的查询价值就越高。

14、所述的步骤二中，将最终获得的n0+nq个已扫描的扫描点位置的感应电压通过示波器输入计算机中，并对扫描探测区域中的各个未扫描的扫描点位置进行线性插值处理后获得扫描探测区域内na个扫描点位置的感应电压。

15、所述的步骤二中，根据探测结果获得连续时刻中待测电路板上的电流随时间变化的电流近场分布图，即根据连续时刻中扫描探测区域内na个扫描点位置的感应电压进而通过感应电压与电流的数学转换关系获得电流，最终获得连续时刻中待测电路板上的电流近场分布图，根据连续时刻中待测电路板上的电流近场分布图生成电流流动视频，根据电流流动视频中的电流流动获得电流在待测电路板上的传导耦合路径。

16、本发明的有益效果是：

17、1、本发明利用主动机器学习方法实现更加高效的近场扫描探测，算法计算出待测点中价值更高的扫描位置，将扫描点集中在电流较强的区域，从而利用稀疏点的扫描结果精确还原出待测件的实际电流变化情况，大大提高了探测效率。

18、2、耦合路径分析一直是电路设计中电磁干扰分析中非常重要的一部分，尤其在电路结构极其复杂的情况下，仅通过电路分析与手动单点探测难以分析出电磁干扰耦合路径。采用近场扫描探测还原电路板上电流的变化情况，从而快速分析得到待测件上传导干扰电流的耦合路径，符合实际工程中对系统电磁干扰的探测需求。