感应通信干扰（精选六篇）
感应通信干扰 篇1
1 400K感应通信的基本原理
1.1电磁波的基本特性
1.1.1电磁波
从电磁场理论我们知道, 不仅电荷能产生电场, 电流也能产生磁场, 而且变化的电场也能产生磁场, 变化的磁场又能产生电场, 这样就产生了电磁波, 电磁波传播的速度是c=3×108米/秒。根据场的定义, 场在一个周期内传播的距离称为波长。即周期T和传播速度c的乘积相当于波长λ=c/f。
1.1.2电波传播的一般特性
频率从几十赫 (Hz) 到3000千兆赫 (GHz) 左右范围内的电磁波, 通常称为无线电波。不同频率范围的电磁波, 它的产生方式, 传播方式、性能和用途都有很大不同, 一般所说“电波”, 就是指无线电波。
1.2电磁场强度分析
经分析我们知道感应电台天线周围存在着感应场和辐射场, 对于几何尺寸l小于波长λ的天线, 其辐射能量较低, 而储存的不向外辐射的无功能量在总能量中占相当大的比例, 当导线接近于天线时, 根据电磁感应原理, 导线吸收了辐射场的辐射能量和感应场的储存能量, 这些能量在波导线上将产生较高的感应电动势, 并沿波导线传输。这就是感应通信的传播过程, 也是感应通信的名称由来。
1.3电磁感应与辐射
当导线切割了天线辐射出交变的电磁波时, 在导线上产生了感应电动势, 因而产生了感应电流。由于导线的引导, 电磁波就不会扩散到漫无边际的空间去。被引导的电磁波称为电磁波导或定向电磁波, 用来引导电磁波的导线称为波导线, 我们将感应天线置于波导线下 (或附近) , 感应天线与波导线的距离远小于工作频率的波长, 在天线电磁场 (辐射场和感应场) 作用下, 产生的感应电流沿着波导线流动, 流动的电流又在波导线周围产生电磁场, 形成第二次辐射, 在一定远的距离上, 波导线附近的天线将通过感应方式接收到信号。
我们知道, 感应是相互的, 发射机天线将信号感应到波导线上, 同时波导线上感应的各种干扰信号反过来也可感应到接收机天线上, 所以波导线尤为重要, 往往很多干扰源来自波导线。由于接触网导线上有两万多伏高压, 本身就存在较强的电磁场, 电气化铁路的所有电气谐波干扰和较低的工频谐波干扰将直接影响感应通信的通信质量, 同时接触网导线的衰耗及干扰与接触网导线通电和不通电不一样, 通过机车、通过机车多少与不通过机车也不一样, 一旦产生干扰信号, 通过接触网导线即波导线, 干扰信号反过来也可以经天线感应到接收机上, 造成通信质量下降, 甚至不能通话。在2004年发生在大准线天成站的干扰, 当时是从车站到东扳道房与接触网平行架设了一条220V照明电线路, 扳道房停用后, 该照明电线路从车站变压器处断开, 没有进行线路拆除, 由于该废弃照明线与接触网平行近1公里, 相距3米左右, 因此在此线路上产生了很强的感应电, 其中在天成站台上有一水泥杆上有较长的电力线残余线头, 容易与水泥杆碰触, 尤其是大风、雨天, 更容易碰触水泥杆, 间断性地对地放电, 这样就产生一个频率, 并在其周围就会有一定场强的磁场辐射, 而天成站无线列调车站电台400K天线正好在这根水泥杆电力线残余线头正下方1米处, 每当有干扰 (即对地碰触放电) 时, 车站值班员就无法与机车司机通话, 严重影响着行车安全。所以为了保证无线列调畅通, 提高无线列调通话质量, 就应当分析、处理好各种干扰因素。为了更好地解决处理好感应通信的干扰问题, 我们很有必要对其进行分析、研究。
由于产生无线干扰因素较多, 本人结合几年来的工作经验及查阅相关资料, 对电气化铁路感应通信的干扰浅谈如下几点。
2感应通信遇到干扰的主要类型、来源与分析
2.1工业干扰
主要是各种大型电气设备、电力网等电磁辐射, 特别是在铁路附近的大电厂、大工厂、大矿井。在大准线铁路附近主要有三个大电厂, 一是国华电厂, 二是丰镇电厂和新丰电厂, 我们在电厂附近的铁路线上对425KHZ信号进行场强测试, 发现噪声信号在20d B左右, 而其它地段一般在10d B以下, 可见电厂、工厂等对400KHZ感应通信的影响是很大的。
2.2机车电器设备的干扰
2.2.1机车电气设备本身用电后将产生电磁辐射, 其某次高次谐波在400KHZ左右, 就会产生电磁干扰。在大准线使用的是韶山3型和韶山4型机车, 其一般情况下电磁干扰小, 若机车本身设备有故障, 则电磁干扰可能特别大 (进口机车除外) 。
2.2.2 400KHZ感应通信天线设备的地线不单是用作屏蔽地线, 还作为400KHZ信号传输回路, 而机车各类电器设备的供电都以机车车体作为地。因此感应电台的设备接地不好或接地电阻较大时, 各类设备的工作电流必将在400KHZ电台设备的传输地上产生较大的波动电压, 干扰感应电台的正常工作, 有时甚至会烧毁电台设备。例如在2008年新购进韶山4型机车, 对其安装机车电台时, 由于当时机车上安装电台接地处油漆较厚, 机车电台接地线未与车体可靠连接, 导致400K电台调谐盒经常烧毁。
2.3电气化铁道的干扰
2.3.1电力机车在行走过程中, 由于受电弓与接触网导线的断续接触, 断续脉冲产生强烈的电磁辐射。一般在夜间电力机车行走时, 可直接观察到受电弓与接触网间有火花产生, 这样就产生了干扰信号。当然在白天也有, 只是不易直接看到。
2.3.2变电所和接触网供电方式的影响。接触网的分相使作为400KHZ感应通信波导线的接触网导线断开, 其对感应通信信号衰减很大, 足以使通信中断。
2.3.3接触网导线产生的交变电磁场辐射和二次辐射, 即感应到其它频率后的再辐射。
2.3.4接触网导线的随机性干扰。
2.3.5电瓶破裂放电产生的谐波干扰。
2.3.6中间车站用电采用接触网供电方式而使用的供电变压器, 有些因铁芯松动、变压器接地不良等其它原因造成的谐波辐射干扰。
2.4电力载波、导航频率、电力线的谐波同频干扰
2.4.1电力系统采用电力供电线路进行电力载波通信, 其频率的高端在400KHZ左右。
2.4.2导航频率一般情况下在100KHZ～500KHZ范围内。大准线天成站后方山坡上就设有导航站, 若其发射功率增大, 涉及波导线 (接触网线) 或接收机天线范围内, 可能会造成干扰。
2.4.3电力线50HZ供电的13次以上的谐波在400KHZ左右, 虽然谐波越高其能量越小, 但与400MHZ高频信号相比, 400KHZ信号受到的影响较大。
2.4.4同频率的机车电台、地面电台、列尾电台同时使用时产生的同频干扰。其若距离近、信号强听到的是话音或发码音, 距离较远、信号较弱则听到“嚓嚓”声, 再远则无明显干扰。
2.4.5感应通信的弱场区现象造成的相对干扰。在干扰信号不变的情况下, 若有用的400KHZ感应信号被吸收或衰减了, 则相对造成干扰就增大, 引起收信机信噪比下降, 严重影响通话质量。通常情况下, 400KHZ感应通信信号在山区、隧道群区段每公里平均衰耗3～5d B, 但有一些地区信号的衰耗非常大, 形成一个明显的弱场区, 其形成的主要原因有以下几点:
(1) 变电所对高频信号的吸收与衰减。
(2) 车站线路对高频信号的分流与衰减。部分枢纽站由于股道多、接触网多, 信号的分流衰减也大。本人经过这几年的维护经验表明, 一般在站内每过一股道, 400K信号衰减10d B左右, 天线感应到第一股道上的信号强度一般在90～100d B左右, 而400K信号强度在30d B以上电台才能可靠接收, 大准线燕庄站7道以外车机联控困难就属于此类情况。
(3) 各种供电迂回线、接触网导线长距离和地方供电线路平行走向, 也易造成信号吸收、分流与衰减, 同样也易将平行走向的供电线路携带的干扰信号感应到接触网上。
(4) 编组站在各线路之间, 各中间车站因装卸货物需要在车站两头侧线的接触网线路上设置绝缘段, 由隔离开关控制, 还有无网区, 机车处于该绝缘段端外或无网区, 造成的信号衰减。大准线最明显的感应弱场区为站内各轨道车车库, 由于轨道车进出库地段通常在其轨道上方无接触网, 还有股道多的车站, 形成站内感应弱场区。
(5) 使用有故障但不影响供电的车站变压器等对400KHZ信号的吸收与衰减, 供电设备、器材的漏电对400KHZ信号的吸收与衰减。如2003年大准线窑沟站上行出站过相器电容无容量造成的干扰。
(6) 带有故障的机车 (进口机车除外) 对400KHZ信号的吸收与衰减。
3消除干扰具体办法
具有关资料记载, 国外感应通信采用单设波导线、中继器放大有用信号的方式来消除干扰信号, 将波导线对感应通信的影响降低到最低程度。此种方式工作条件稳定, 传输效果好, 但投资大、维修量大, 不适应于我国。我们针对上述产生干扰的原因及形成干扰的一些因素, 结合实际发生的干扰, 经试验、分析得出影响感应通信最大的、最常发生的干扰有接触网导线上的高电压、个别牵引变电所的干扰、线路的感应和放电干扰、线路随机性干扰、机车电器干扰、谐波同频干扰。其解决措施归纳为以下几点:
3.1感应高电压的消除
由于接触网导线有两万多伏的高压, 反过来感应到天线上的工频感应电压也很高, 所以要求电台和天线调谐盒等设备必须有良好的接地。
3.2
对感应通信造成最大危害的同频干扰, 目前还没有彻底解决的办法, 只是在路内同频干扰方面多采用调整电台发射功率来解决, 即使其功率能满足机车在区间内与相邻两站通话联络业务即可, 其功率不宜过大, 以缩小干扰范围。检修400KHZ感应通信电台时, 在屏蔽间内进行, 防止对外辐射。
3.3具体解决干扰的办法
3.3.1深入细致地了解、测出干扰源的地点和来源, 分析其种类, 采取有效的解决办法。在实践中, 查找干扰源较困难, 我们通常使用场强扫描记录仪来查找干扰源, 但场强扫描记录仪在实际现场中使用不太便利。使用便携式场强仪测试, 其读数频繁变化, 精度也不高, 对此我们可以借助半导体来完成, 将半导体波段调到400KHZ左右, 在干扰区内来回走动, 一般情况下若远离干扰源, 在半导体收音机内杂音减小, 距干扰源越近其杂音越大, 这样既方便, 又简单、快捷。在2008年前石门隧道内有一段 (大约是300米左右) , 机车与车站通话不畅, 当时就是利用半导体收音机在隧道内来回走动, 通过噪声的大小, 发现在隧道顶有一接触网绝缘瓷瓶对地放电 (仔细观察能看到火花) , 由于瓷瓶上存积了大量的煤粉、煤尘, 导致绝缘性能下降, 在此段内干扰电磁波很大, 后与供电部门协调, 对煤尘进行清除, 干扰也随之消除。
3.3.2排除沿线的非正常传导干扰。如电瓶破裂放电谐波干扰, 带有故障的机车行车过程中的谐波干扰。凡是突发性非正常的传导干扰, 要立即组织人员进行场强测试与排查, 发现故障点后及时与相关部门进行检修、排除。
3.3.3提高感应电台自身的抗干扰能力, 提高信噪比。如增大发射功率 (但功率应适中, 防止同频干扰的范围扩大) , 改进感应电台天线的耦合方式, 提高感应信号强度, 在分相处加装高频过相器等。
3.3.4互补方式。采用400KHZ+400MHZ二合一电台, 其两个信道同时收发, 利用400KHZ信道将感应信号通过接触网导线传送到目的地, 不受山区、隧道的影响, 只要有接触网的地方就有可能接收到信息, 一般传输距离在3至7公里, 中间不需要对信号进行中继放大的优点来填补400M易受山区、隧道等地理环境等影响传输距离的缺点, 利用400M电台是视距传播辐射, 平原地区传输效果好、抗干扰能力强、电路集成度高设备运行稳定的优点, 来弥补400K在大站场内接触网分流使信号减弱、易受到其它用电器的电磁干扰的缺点, 形成优缺互补格局, 充分利用各自的优点实现无线信号全程覆盖。一般站场较宽阔、平坦, 在400KHZ感应通信弱场区内, 相对400MHZ电台则不受影响, 有效地解决了400KHZ移动感应电台不能远离接触网导线的问题, 但对山区、隧道群内的感应弱场区, 400M则效果不明显。
3.3.5互控电台方式。特殊地区采用特殊通信手段, 在一些干扰大、接触网复杂、信号衰减较大的地区, 采用400KHZ转发器的通信方式, 有效地解决电气化铁路车机联控弱场区问题。其主要工作过程是:在车站电台上加装有线电路板 (主要是取出话音等信号) , 通过共线通道将其连到弱场区的遥控电台上, 当车站电台发射时, 信号将从车站电台天线发射出去, 同时通过有线通道控制远端遥控电台也发射同样的信号, 以此来实现弱场区的信号补强, 接收也如此, 即遥控电台天线接收到信号通过有线通道传输到车站电台。通过车站电台、遥控电台同时接收、同时发射可有效地解决车机联控弱场区问题。在今年大准线复线开通, 将关闭一些中间车站, 这样一个区间大约在20公里以上, 原每个区间大约10公里, 远距离传输将会在关闭站附近产生弱场区, 我们采用400K+400M双信道互控电台, 经过多次试验, 现已能达到使用需求。
军事短波通信抗干扰措施 篇2
【关键词】短波电台通信抗干扰
短波通信通常是指利用波长为100―10m（频率为3―30mhz）的电磁波进行的无线电通信。目前也有把中波的高频段（1.5―3mhz）归到短波波段中去，所以现有的许多短波通信设备，其波段范围往往扩展到1.5―30mhz。在许多国家，也把短波通信认为是高频（hf）无线电通信。
多年来，短波通信被广泛地用于政府、军事、气象、商业等部门，用以传送语言、文字、图像、数据等信息。尤其在军事部门，它始终是军事指挥通信的重要手段之一，是军事指挥决策部门与下级所属单位有效沟通和信息传递的重要工具，也是构建我军c4i指挥体系的重要环节，在现代日益复杂的战场环境下，如何提高电台抗干扰能力，保护己方通信畅通尤为迫切。
一、短波通信干扰类型
能够对设备形成干扰的前提是在时间域对齐，频率域对准，空间域相同，能量域足够，这是干扰的总体原则，具体到各个干扰样式和原理，则有不同的表现形式，通信干扰主要有以下几种类型：
以上几种干扰措施是以前常用的干扰方式，随着通信设备的发展，有些干扰方式现在已基本不再使用，比如单频干扰或窄带连续波干扰，随着军事电台大量采用抗干扰措施，现在已少见单频电台干扰，但宽带噪声干扰、多音干扰和脉冲干扰、扫频干扰仍然应用较多。
此外，为了对抗跳频扩频通信、直接伪码序列扩频通信和混合扩频通信抗干扰能力强的新体制通信系统，出现了一些新的通信对抗技术样式，如宽带拦阻式干扰、跟踪引导式干扰、快速转发式干扰、部分频带噪声干扰等。这些新的干扰样式必须引起我们足够的重视，寻扎相应的对抗策略。
二、短波通信抗干扰技术
通信抗干扰技术的体系、方法、措施可分为4类：
（1）以扩频技术为主的频域抗干扰技术，如直接序列扩频（ds-ss），其关键参量是时间函数的相位；跳频（fh）的关键参量是时间函数的载频；ds/ fh混合扩频技术；自适应选频技术，当通信信道干扰严重时，通信双方同时改换到最优化频道；自适应频域滤波技术。其中，跳频技术是目前军事通信抗干扰技术中应用最广泛、最有效措施之一，其原理是信息码同伪随机码模相加后，去离散地控制射频载波振荡器输出频率，使发射信号的频率随伪码的变化而跳变。跳频技术抗干扰能力得益于信号载波频率在很宽的频带内跳变，使干扰方难以跟瞄，但其瞬时带宽同定频一样。现阶段，中高速跳频技术仍是对付跟踪（引导）式和宽带阻拦式干扰的有效措施。有效提高跳频抗干扰效率的方法是：提高跳频速率、加大跳频带宽、变速跳频、适当增加跳频组网数目。跳频带宽宽，可跳频道数多，抗干扰能力就愈强。对于宽带阻拦式干扰来说，干扰效率与干扰的带宽成正比。例如对于10mhz中频带宽，信道间隔25 khz，共400信道，当干扰机对该跳频台实施10 mhz拦阻式干扰时，干扰功率平分在400个信道上，干扰强度仅为定频干扰的1/ 400。若带宽再增加，抗干扰力会更强。当前，跳频通信电台朝着跳频速率更快，跳频带宽更宽、智能化跳频的方向发展。
（2）以自适应时变和处理技术为主的时域抗干扰技术，含猝发通信、低速率通信技术、跳时（th）技术、自适应信号功率管理技术。跳时就是一种时分信道，用伪随机码随机选择信道工作时间，可视为一种伪码调制系统，它具有很好的远近效应一致性，模拟和数字体制都可使用。跳时的优点是用时间的合理分配来避开干扰，干扰机必须连续发射才可能收到效果，增大了干扰代价，也就具有一定的抗干扰能力。猝发通信是首先将正常速率的信息存贮起来，然后在某瞬间以10～ 100倍或更高于正常速率的速度猝发；接收机则是将信息记录下来后，按正常速率恢复出原信号。猝发通信具有随机性和短暂性，是一种有效的抗干扰措施；功率自适应控制是根据干扰信号电平的高低来调整发射机的输出功率，使输出信号电平随干扰信号电平变化而变化，这样既节省信号功率，又能压制干扰信号，同时降低对友邻电台的干扰。
（3）以自适应调零天线为主的空域抗干扰技术，含高增益、低旁瓣、窄波束定向天线技术；自适应调零天线技术；多波束天线技术和空间分集技术等。自适应调零天线是采用空间信号处理技术，通过控制相控阵天线单元的距离和天线电流的相位，使天线方向图的波瓣零点对准干扰方向，而使最大方向主波束对准接收信号方向，其本质是一种自动调节天线方向图的空间滤波器。自适应调零天线技术具有很强的抗干扰能力，能有效对抗不同形式的干扰，如宽带干扰、窄带干扰、同频干扰、邻道干扰。自适应信道选择技术同自适应跳频技术相类似，是实时监测信道特性和质量，及时准确地发现敌对方施放的电子干扰种类和特性，迅速采取相应的抗干扰措施；或者遇到干扰时，自动切换到最佳信道或次最佳信道上继续进行通信。在海湾战争中，美军在一些战术无线电台上配置了战场频率管理模块，例如an/ t rq-35（v）、an/ trkq-42（v）战场频率管理系统，正是这些系统和模块支撑着短波通信电台网，使之能根据战场电磁环境变化，自适应地选择信道，加强了短波电台在战场上的地位和作用，保障了战术通信链路的畅通。
（4）综合抗干扰技术。电子对抗技术的发展，促进干扰和抗干扰的水平越来越高，为了保障通信链路畅通，新一代通信装备普遍采用集多种抗干扰措施于一身的综合抗干扰技术，如综合使用跳频、扩频技术、自适应天线、信息加密技术，信息加密、猝发通信技术等，使其具有综合抗干扰能力。
此外，通信电台组网技术也是抗干扰的重要技术途径之一。
三、短波通信战术抗干扰措施
为了应付日益复杂的通信电磁环境，在研制短波通信设备时应该尽量使用先进的抗干扰技术，与此同时，为防止敌方侦测到我方通信信号，应该采取积极的通信反侦察战术措施对于通信抗干扰来说也十分必要，这些措施主要包括：缩短跳频电台的发信时间，减小跳频信号被侦察到的概率；在满足作用距离的前提下，尽可能采用小天线或定向天线，利用电台的低功率档工作；采用无线电佯动或欺骗等。
四、结束语
军事通信抗干扰技术研究 篇3
关键词：军事通信 抗干扰 技术 研究
中图分类号：TN975 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）001-097-02
1引言
民用通信与军事通信的主要区别是军事通信的主要作用在于反侦察、抗干扰、机动和保密、抗毁等方面，其生命力十分顽强。近年来，世界各国高度重视通信在军事战争中的作用，加快军事通信抗干扰技术的研究，特别是从海湾战争结束以后，军事通信抗干扰新装备已经成为国力和军队战斗力的一个新竞赛场，已经成为现代信息化作战关注的焦点和难点。随着电子技术和信息技术的快速发展，军事通信抗干扰技术已经发展成为一门独立学科，培育了一批又一批具有现代化作战能力的人才队伍。面对世界及我国军事发展趋势和我国军队在军事通信抗干扰方面的经验和教训，大力发展军事通信是提高我国军队综合实力的必然选择，我们应该本着高度负责和科学严谨的态度，深入思考我国军队抗干扰应该如何向更深层次发展。
2军事通信抗干扰技术概述
为了能在未来的电子技术大战中赢得胜利，世界各国加大投资力度，紧急研发各种军事通信抗干扰技术。就目前而言，较为常见的抗干扰技术主要有自适应干扰抑制技术、扩频技术、以及综合抗干扰技术，具体如下：
2.1扩频技术
目前通过扩频方式来达到干扰的技术主要有：直扩技术、跳频技术、跳时技术、混合扩频技术，具体如下：
2.1.1直扩技术
直扩通信技术是通过将频谱用伪随机扩频码，将其扩展后，再转换成为宽带信号，送入信道中传输。在信号接收端，利用解码技术将其压缩恢复，从而获得原始信息。一般我们使用的DS-SS信号的频谱密度都十分底，这就使得其拥有低截获的优点，很难被侦收。在过去的很长一段时间内，DS-SS主要都应用于卫星通信、微波通信，以及跳频率与跳时结合混合体制，它很少在VHF、UHF战术电台等通信系统中单独使用。
2.1.2跳频技术
跳频技术是目前军事上使用范围最为广泛的，也是最有效的措施之一，它的基本原理是将信息码和伪随机码模叠加在一起后，离散地控制射频载波振荡器输出频率，进而使得发射信号的频率，随着伪码的变化而变化，防止信号被干扰和破解。跳频技术的优良抗干扰能力得益于信号载波频率变动范围比较宽，这样就使得干扰方很难跟瞄。在目前调频技术仍然是对付跟踪式干扰的有力措施，而且增加调频速率，增大调频的宽度，适当增加调频组网数目等，都是提高抗干扰能力的有效方式。
2.1.3跳时技术
跳时就是一种时分信道，通过用伪随机码随机选择信道工作时间，可把它看作一种伪码调制系统，它具有很好的远近效应一致性。跳时技术的优点在于它利用时间的合理分配来避开干扰，干扰机只有连续发射干扰信号才能达到干扰效果，这样就增加了干扰的成本，也是一种抗干扰能力的表现。
目前研发的一种更加隐蔽的跳时技术是通过流星散射传输链路，现在已经研究证明这种技术可靠性非常高，它具有很好的抗干扰能力和优良的低截获率。但是有一点必须值得注意的是，当同一信道中有许多跳时信号时，有可能发生几个信号相互叠加的现象，因此需要与其它技术，如纠错码等相互配合使用。
2.1.4混合扩频技术
混合扩频技术是是通过DS/FH体制来提高其抗干扰能力，它不仅拥有了DS的信号低截获和高隐蔽性的特点，而且还拥有调频的全部优点。比如意大利的Hydra-V电台就是典型成功案例，此外美国研制的战场信息发布系统JTIDS、EPLRS是DS/FH/TH混合体制都是成功典范。
2.2自适应干扰抑制技术
自适应技术是指能够根据连续地测量跟踪信号、系统特性的变化，通过自适应算法和高速数码信号处理等等方法，自动地改变系统结构和参数，进而使通信系统能够适应电磁环境变化而保持优良性能。自适应干扰抑制技术又分为电平域自适应技术和空间自适应技术。
2.3猝发通信技术
猝发通信技术就是先将速率正常的信息加以封装，然后通过以10-100倍的速率猝发，再用接收机将信息恢复到正常速率，恢复成原始信息。猝发技术具短暂性和随机性，由于使用时间段，可以有效避免监听和干扰，是目前使用的较多的一种抗干扰方法。使用猝发通信技术的设备主要有两类：（1）同步数字信息猝发装置；（2）调制式数字信息猝发装置。用于战争所用的战术VHF、HF通信电台和系统都配备有各种类型的数字信息猝发模块。一般而言，HF多使用10、50、200bit/s，VHF的最高可达600bit/s，而猝发通信速度要高的多，最高可达到几千bit/s。
2.4纠错编码技术
科学家们在研究抗干扰能力时，为了进一步提高数字通信系统的抗干扰能力，采用具有发现并纠正错误的能力的纠错编码技术。纠错编码技术通过增加冗余信息来提高的抗干扰能力，但是这种方法是以降低信息传输数度为代价。目前已经研究出来的纠错编码方法种类较多，其中常用的有三种：前向纠错法、反馈纠错法、反馈前向纠错法。
2.5综合抗干扰技术
随着电子对抗技术的飞速发展，各种抗干扰和促进干扰的技术不断被发明，为了保障各国自己的通信顺畅，世界各国大力研究新一代的集多种抗干扰和干扰技术于一身的设备。比如法国的PR4G电台，就拥有集跳频、自适应技术和保密等先进技术，此外还有美国的JTID系统等，通过这种综合抗干扰技术大大提高了其信息抗干扰能力。
3关于我国军事通信抗干扰研究的几点建议
结合国外军事通信抗干扰技术发展趋势和我军所面临的实际情况，为进一步提高我国军事通信抗干扰能力，保障我国军事通信系统，笔者认为需要从以下几个方面做起：
3.1推进依法治装进程，确保装备质量
我国通信装备建设的指导思想是从严治装，这一思想在很长时间内促进了我国军事通信发展，但是随着我国经济不断发展，世界科技不断变革，我国通信装备建设逐渐掺杂着“人治”的不利成分。我们必须转移到依法治装的轨道上来，这是一项非常迫切的工作，此外还应该加大全员和全局质量意识的教育。
3.2开发新的频率资源，完善频段划分
（1）适应全谱作战，满足信息容量的需求。（2）缓解民用通信和军用通信之间频普占用之间的矛盾。由于民用通信发展速度非常快，对频谱占用也越来越多，在一定程度上对军用通信造成了影响，但是频谱资源却是有限的，为了有效杜绝这一问题，我们需要将通信技术与频谱管理有机的结合起来，要结合需求的变化进行频段划分，同时不断提高通信技术。比如，可以扩展短波、微波等通信频段，并开发新的频段。
3.3完善脉冲炸弹防御措施
现代战争已经由最初的作战方式转变为科技对抗，军事通信设备和系统在除了受到病毒、电磁干扰等常见的攻击外，辐射武器、微波武器、电磁脉冲等也是影响其安全的又一大威胁。特别是电磁脉冲炸弹，由于其机动性强、投送手段多、瞬间功率巨大、覆盖频率范围宽等特点，使得暴露在外的机动通信装备容易受到攻击。另一方面机动通信防御保护所涉及的技术众多，而且防御设备要求轻便简单，使得在防御方面困难重重，效果不明显。因此，我们应该高度重视脉冲炸弹的威胁，加大研发力度，完善具体的指标体系和措施，提高我国应对脉冲炸弹防御能力。
参考文献：
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感应通信干扰 篇4
近年来,随着电力变频器、无线电通信系统在煤矿井下的广泛应用和煤矿机电设备功率的不断提高,煤矿井下电磁干扰强度不断升级,煤矿监控系统和通信系统受干扰的情况日益严重,煤矿井下的电磁兼容环境和煤矿监控设备的抗干扰设计成为研究热点[1,2,3,4,5]。
为了确定煤矿监控设备的抗干扰等级,首先要研究煤矿监控设备使用环境中的干扰种类和强度。根据干扰耦合通道划分,电磁干扰可以分为空间电磁场辐射耦合、通过设备电缆的传导耦合两大类[6]。其中通过设备电缆的传导耦合又分为电磁场电缆感应、电缆间电磁感应、电缆的直接传导3种。电磁场电缆感应耦合方式是先辐射后感应的耦合方式,所以可以归为辐射耦合[6],也可以归为传导耦合。
测量工业环境中的干扰强度一般采用干扰测量仪或频谱分析仪[1,2,3,4,6,7]。这种方法只考虑干扰源而不考虑干扰的耦合方式,测量的是干扰源的辐射干扰强度,难以对瞬变脉冲群干扰和浪涌干扰强度建立数量上的等效关系。目前,虽然有针对传导干扰的测量方法的研究,但都是针对直接传导类型(主要又是电源线上的干扰)的研究[8,9,10,11],不适用于通过电缆感应的传导干扰的测量。
工业环境中使用的测控系统,尤其是煤矿监控系统,电缆覆盖范围很大,通过电缆感应的传导干扰是主要干扰。笔者在一些煤矿井下实测干扰时发现,在一些井下巷道中,设备及电缆都很少,使用谱频分析仪几乎发现不了干扰,但该处的瓦斯传感器仍然发生受干扰冒大数的情况,说明使用频谱分析仪进行干扰测量有其局限性。鉴此,本文提出一种测量工业环境感应传导干扰的方法,该方法适用于对工业环境的感应传导干扰(包括瞬变脉冲群干扰和浪涌干扰)强度进行测量。
1 感应传导干扰对设备的作用机理及衡量干扰信号强度的指标选择
根据感应传导干扰的原理,可知感应传导干扰影响被干扰设备的过程:干扰源发出的干扰在被干扰设备的外部电缆中感应出一串干扰脉冲信号,当被干扰设备的内部电路对干扰脉冲信号产生反应时即发生干扰。
干扰脉冲信号可用2个指标来衡量其大小:干扰信号幅值和单个脉冲强度(电压-时间积分)。对于受干扰设备来说,只有干扰信号的幅度和强度均达到一定的阈值才会对干扰产生反应。一般来说,高速电路具有较低的强度阈值,而低速电路具有较高的强度阈值。所以可以把在设备外边电缆上感应的干扰脉冲信号的最大幅值和脉冲的最大强度作为表示干扰强度的指标。一般来说,幅度没有达到阈值的干扰信号即使有较大的强度也不会产生实质性的干扰,所以这2个指标中,干扰信号的幅度指标应该是主要指标,干扰信号的脉冲强度指标可以作为辅助性的指标对主要指标进行一定的修正,因为低幅值高强度的干扰脉冲是较难滤除的,而高幅值低强度的干扰脉冲用一个低通滤波器就能有效抑制其幅度。
2 瞬变脉冲群干扰强度的测量方法
瞬变脉冲群干扰是一种因电压快速变化而引起的干扰,主要通过线间电容耦合。图1为干扰源和被干扰体之间的耦合示意图。显然,接收干扰的电缆和发出干扰的电缆距离越近,并行距离越长,接收干扰的强度越大。
瞬变脉冲群干扰对同一电缆中2芯线间的干扰既有共模干扰,也有差模干扰。由于安全监控系统中常用的本质安全电路是不接地的,与对地干扰相比,线间干扰对安全监控系统的影响较大。所以,笔者采用测量线间干扰信号的方法来测量井下环境瞬变脉冲群干扰强度。
为便于现场作业,采用HBYV非双绞2芯线作为干扰接收体。首先在实验室采用标准干扰发生器通过电容耦合夹方式注入瞬变脉冲群作为干扰源,2芯线间接2 kΩ电阻(该值接近大多数煤矿监控设备的输入等效电阻),记录2芯线间电阻上的感应信号并作为基准数据。现场测量时,将2芯线铺设在干扰源电缆附近,2芯线间也接2 kΩ电阻,通过数字示波器捕捉电阻上的最大干扰信号,如图2所示。
最后通过井下和实验室2种环境下2芯线间干扰电压值和单脉冲强度值的对比确定井下干扰源相当于标准干扰源的强度。
3 浪涌干扰强度的测量方法
电缆间传导产生的浪涌干扰是因电流快速变化而引起的干扰,主要通过线间电感(磁场)耦合。图3为干扰源和被干扰体之间的耦合示意图。
煤矿井下本质安全设备虽然不接地,但本质安全设备的外壳是等效接地的(比如通过铁丝固定在巷道壁上),而本质安全电路和设备外壳之间一般有几十到几百皮法的电容,所以井下并行电缆电感耦合通路是存在的。显然,电缆并行距离越长、接收干扰的电缆和地之间所围面积越大,接收干扰的强度也就越大。
同样采用HBYV非双绞2芯线作为干扰接收体,现场测量时铺设在干扰源电缆附近,2芯线一端可直接接地,另一端通过1 000 pF电容接地,通过数字示波器捕捉电容两端的最大干扰信号,如图4所示。
实验室标准信号采用标准浪涌干扰发生器作为干扰源,施加到通过1 000 pF电容接地的电线上,测量电容两端的电压。最后通过井下和实验室2种环境下电容两端干扰电压幅值和单脉冲强度值的对比确定井下干扰源相当于标准干扰源的强度。
这种浪涌干扰对不接地的煤矿本质安全设备产生干扰的作用机理:本质安全的内部电路会造成不同芯线对地的阻抗不同,对地浪涌产生的共模干扰会通过不同芯线对地的不同阻抗转变为芯线间的差模干扰。
4 测量结果
4.1 瞬变脉冲群干扰强度的测量
采用第2节所述方法在实验室使用SANKI公司的SKS-0404GB瞬变脉冲群干扰发生器产生干扰,并用安捷伦U1602B手持示波器测量,结果如表1所示。从表1可看出,测量值和干扰源强度基本成线性关系。
采用该方法对平顶山瑞平煤电公司庇山矿-50绞车电控装置的250 kW/660 V变频器进行了干扰测量。该绞车房变频器主输出电缆已经使用了屏蔽电缆。靠近变频器输出至电动机约30 m长电缆,HBYV电线中感应的干扰信号如图5所示,其中电压(单向峰值)达15.2 V。
由于脉冲幅值、脉冲强度和干扰源强度基本成线性关系,因此,所测干扰相当于实验室标准干扰的等级=实验室产生的标准干扰强度等级/标准干扰强度等级下实验室产生的所测干扰脉冲幅度×现场所测干扰脉冲幅值,即变频器实际发出的脉冲群干扰幅值为1 000/90×15.2≈170 V。单脉冲强度(选取图5中最大的脉冲强度)=单脉冲最大单向幅值×脉冲宽度/2,即9×7/2=31 500 V·ns(见图5(a)中的黑色面积),远远大于170 V标准干扰。这说明用170 V标准干扰等级来模拟该变频器干扰是不够的,但具体相当于多大的标准干扰,这和受干扰设备的具体电路有关,很难确定。但大于170 V标准干扰等级可以肯定,即一般来说,用抗170 V标准干扰等级的措施并不能抗该变频器产生的干扰。
图6为笔者在吉林辽源矿业(集团)有限责任公司龙家堡矿井下变频器启动瞬间捕捉到的一个干扰,其中电压(单向峰值)达45.6 V,相当于500 V标准干扰等级;但单脉冲强度约为34×50/2=850 V·ns,也和500 V标准干扰等级相当。所以可以确定该处的变频器干扰和500 V等级的标准脉冲群干扰相当。
4.2 浪涌干扰强度的测量
采用第3节所述方法在实验室使用SANKI公司的NS61000-5E浪涌干扰发生器测量的浪涌干扰波形如图7所示。从图7可看出,干扰脉冲幅值和干扰源幅值基本一致(表示与浪涌干扰发生器发生的浪涌电压值一致,也是200 V)。
笔者对皖北煤电集团有限责任公司钱营孜矿井下3213工作面回风巷沿线进行了干扰测量。巷道内有一根660 V电缆给沿线多台潜水泵和钻机供电。实地测量到的水泵(钻机)启动时在100 m并行电线上感应的浪涌干扰波形如图8所示。若考虑并行距离为1 km,可以确定为相当于1 400 V等级的标准浪涌干扰,但脉冲强度要明显小于标准浪涌干扰。
5 影响测量结果的因素
(1) 测量电线和干扰源电缆并行距离越长,接收的干扰能量就越多。但对于瞬变脉冲群干扰,实验室测量数据证明,干扰强度和并行距离并不是正比关系,其原理是高频下的分布参数造成叠加情形复杂化。对于用电设备开停造成的电缆间耦合浪涌干扰,现场测量结果表明,干扰强度和并行距离基本成正比关系。为了便于现场测试并使测量结果具有可比性,可以将100 m的长度作为标准长度,但用较短长度的测量数据来估计较长长度情况下的干扰时,误差会增加,所以有条件的情况下应该尽量用较长长度的电线进行测量。
(2) 实际测量中,首先要对干扰源进行定位,然后根据干扰源的性质沿干扰源电缆敷设。比如对于变频器发出的干扰,测量电线应该沿“电力变压器-变频器-电动机”的电力电缆和“变频器-控制台”的控制电缆敷设。
(3) 测量电线的类型也会对测量结果产生影响。比如双绞线本身具有一定的抗干扰性,会使测量结果不够客观;传输频带窄的电缆会滤掉干扰的高频成分。对于煤矿安全监控系统的应用要求来说,采用非双绞普通电话线做干扰接收电缆是合适的。因为煤矿安全监控系统对于干扰的响应属于低频系统,所以测量干扰的频段可以限制在20 MHz以下的低频范围。由于测量仪器本身具有误差和分散性,不同示波器的测量结果会有较大误差,所以现场测量的数据和实验室测量的数据应该使用同一仪器测量的数据进行比对。用于测量的示波器应该是经过全频段比对或校准的。
(4) 另外对干扰的捕捉技巧也很重要。现场测量时,首先应该以较大的时标和幅值记录干扰的“概貌”,然后再捕捉干扰的最大幅值和最大强度。一般现场测量到的干扰不会是现场的最大干扰。6 结语
针对煤矿井下电缆间感应传导干扰,提出了瞬变脉冲群干扰和浪涌干扰强度的测量方法,并在实验室和煤矿现场进行了实际测量。该方法是对所处环境中由电缆感应的电磁干扰水平的测量,可用于评估该环境下设备承受的感应传导干扰的强度等级,是对应用频谱分析仪进行干扰测量的补充。
摘要：针对采用干扰测量仪或频谱分析仪只能测量工业环境中干扰源的辐射干扰强度的问题,提出了一种测量工业环境感应传导干扰的方法。该方法采用HBYV非双绞2芯线作为干扰接收体,采用数字示波器记录干扰波形的最大幅值和单个脉冲的最大强度,通过与标准干扰发生器感应到HBYV非双绞2芯线上的干扰信号大小进行比较,确定干扰强度。以瞬变脉冲群干扰强度和浪涌干扰强度的测量为例,详细介绍了该方法的具体实现。
关键词：工业环境,干扰源,感应干扰,传导干扰,干扰测量,测量方法
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感应通信干扰 篇5
特高压输电线路与高压输电线路相比具有金属部件结构尺寸更大、线路路径更长的特点,因此,其对线路邻近各类无线电台站的无线电无源干扰问题成为特高压输电工程电磁环境保护的关键问题之一[1,2]。当前,在特高压输电线路工程规划、设计和建设中,如何规避线路对邻近无线电子设施的无源干扰,已成为困扰特高压输电线路路径选择的重要问题[3,4,5]。IEEE在1996年制定了输电线路对中波广播台无源干扰计算和谐振频率预测的标准[6]。该标准基于天线理论,研究输电线路在线天线激励下的无源干扰感应电流及场强变化规律,阐述了535 ~ 1705k Hz的谐振机理。
我国随着特高 压电网的 建设,才开始有 了1000k V特高压交流输电线路和±800k V特高压直流输电线路对各类无线电台站无源干扰方面的研究[7,8,9,10]。由于我国特高压工程迅速开展而缺乏相关标准,当前的研究工作集中在特高压线路与各类无线电台站之间防护间距的国家标准制定方面。防护间距求解的基本思想是根据干扰极大值随空间距离衰减规律进行确定。显然,无源干扰谐振频率的确定直接影响防护间距求解的正确性,而平面波激励下,IEEE提出的谐振频率观点能否适用,尚需进一步探讨。
本文结合IEEE提出的无源干扰谐振机理,归纳了铁塔与地线相连时1. 7MHz以下干扰谐振的判定依据。基于此,对其IEEE的研究频率进行了拓展,研究线天线和平面波激励下的中波无源干扰地线感应电流和干扰水平,验证了IEEE关于1. 7MHz以下频率无源干扰由感应电流决定的结论,但认为其干扰谐振的“整数倍波长频率”预测方式不甚准确。因此,在进行输电线路无源干扰防护间距求解和谐振分析时,必须有条件地引用IEEE相关结论。
2 IEEE 提出的谐振频率与感应电流
2. 1 输电线路无源干扰及谐振频率
无源干扰是指输电线路的金属部分在无线电信号电磁波的激励下会产生感应电流,从而被动地向空间发出二次辐射电磁波,此感应电流产生的二次辐射场及其反射电磁波与原激励电磁场相互叠加,导致原电磁场的相位与幅值发生改变。
输电线路在某频率的激励电磁波作用下,二次辐射剧烈,无源干扰水平达到极大值,该频率称为无源干扰的“谐振频率”,此现象称为“无源干扰谐振”。
2. 2 谐振频率的预测方法
IEEE认为输电线路无源干扰谐振机理有两种情况: 1当铁塔和架空地线未绝缘时,架空地线将相邻的2基铁塔连接起来,加上铁塔和地线对地的镜像组成“环形天线”。当“环形天线”长度等于整数倍波长时,会产生干扰谐振现象,从而对中波广播台站产生极大的干扰,文献[6]称之为“整数倍波长回路谐振频率”; 2当铁塔和架空地线绝缘时,谐振频率主要取决于激励电磁波的波长和铁塔的高度。垂直接地的铁塔高度达到λ /4时,会产生干扰谐振,文献[6]称之为“λ /4谐振频率”。
2. 3 地线与铁塔相连时的感应电流
文献[11]认为当铁塔和架空地线未绝缘且频率低于1. 7MHz,“环形天线”的总长度L为无线电台站工作频率波长的整数倍时,整个“环形天线”会发生干扰谐振现象,并且会在地线上出现幅值较大的感应电流,感应电流沿地线呈驻波分布,如图1所示。文献[6]提出了“环形天线”谐振频率计算公式:
式中,h1、h2为构成环形天线两个垂直接地的铁塔高度( m) ; s1为相邻两基铁塔的档距( m) ; c为真空中光速; N为正整数; 1. 08是通过实验的方法,由文献[6]提出的经验系数。
2. 4 无源干扰谐振的判定依据
文献[11]归纳得到输电线路( 地线和铁塔未绝缘) 对中波无线电台站发生干扰谐振的判定条件有以下两条: 1观察地线驻波电流的相位变化,除在驻波的波节处相位发生180°改变外,其余处驻波电流相位随着距离变化恒定不变; 2若线路为双地线,则远侧和近侧地线对应点处的驻波电流的幅值和相位基本相同。
地线感应电流符合以上两条判定条件是判断输电线路是否产生干扰谐振的依据。
3 无源干扰感应电流及干扰水平求解
3. 1 地线感应电流的计算方法
文献[12]通过电磁散射理论,建立输电线路无源干扰数学模型,并得出了线、面电场积分方程及对应的解法。由于输电线路各组成部分的复杂性,很难获得线路无源干扰电场积分方程的精确解,因此只能采取相关的数值方法进行求解。由于积分方程自动满足辐射边界条件,并只需对建模后的输电线路模型进行离散,因此运用矩量法可以求解线电场积分方程。
选取脉冲基函数对感应电流进行离散展开,即对模型划分线单元网格,并得到网格单元的感应电流; 选取Diracδ函数为检验函数可得到N个方程和N个未知数的线性代数方程组,从而可计算各网格单元感应电流的近似解,并最终求解输电线路无源干扰问题。
3. 2 无源干扰水平的计算方法
无源干扰水平的计算方法如下:
式中,Ey表示考虑输电线路影响以后观测点的空间电场强度; En表示无输电线路时观测点的空间电场强度。
3. 3 IEEE 研究用的输电线路模型
沿用文献[11]提出的500k V双回输电线路V1S型铁塔为实例进行相关建模和计算。由于铁塔截面尺寸与中波波长相比很小,因此将空间桁架铁塔等效为单线模型。根据文献[13,14],线模型的半径取值为3. 51m; 铁塔模型中地线横担长度为21m,半径为1m,其支撑的 两条地线 的半径为0. 025m,最后建立的仿真模型如图2所示。
根据文献[15],输电线路无线电干扰测量天线在地面2m高处,观测场点距离输电线路中心线的垂直距离为2000m,因此取观测点坐标为( 0,2000,2) 。
文献[11,16]研究发现,若考虑大地对入射电磁波的吸收损失,即大地的电导率为有限的数值,计算得出的无源干扰水平比实际要小,同时对谐振频率的预判有一定影响; 若视大地为理想导体,计算得出的无源干扰水平虽然比实际的要大,但仍可以比较准确地预测回路所对应的谐振频率。因此本文研究所用的模型均假设大地为理想电导体。
当线天线距离输电线路较近时,塔线体系各点距线天线的距离相差较大,各点入射电磁波的幅值和相位不同; 而当线天线处于无穷远处时,塔线体系各点距线天线的距离近似相等,各点入射电磁波的幅值和相位几乎相同,因此可将塔线体系所接收到的电磁波视为平面波激励。
4 线天线激励下的感应电流与干扰水平
4. 1 地线感应电流的计算结果
对图2所示模型中的地线按照25m进行线单元划分,采用矩量法计算模型中地线各部分的感应电流。IEEE认为的1λ、2λ、3λ、4λ波长谐振频率分别为460k Hz、920k Hz、1380k Hz、1840k Hz。
线天线激励 下,460k Hz、920k Hz、1380k Hz和1840k Hz时远、近侧地线感应电流幅值和相位随频率的变化曲线分别如图3和图4所示。
由图3可知,频率为460k Hz、920k Hz时两条地线驻波电流幅值曲线重合; 频率1380k Hz时远、近侧地线驻波电流数值的最大差值为0. 732×10- 5A,但两条地线的感应电流幅值曲线的变化趋势相同;频率为1840k Hz时远、近侧地线驻波电流幅值曲线的数值、变化趋势均不再相同。
由图4可知,460k Hz和920k Hz时驻波电流的相位除了在驻波波节处发生180°改变外,其余各处驻波电流相位保持恒定,且两条地线感应电流相位曲线重合; 频率为1380k Hz时远、近侧地线驻波电流的相位非恒定值,但两条地线的感应电流相位曲线重合; 频率为1840k Hz时远、近侧地线驻波电流相位曲线的数值和变化趋势不再相同。
4. 2 无源干扰水平的计算结果
2# - 3#铁塔之间远、近侧地线感应电流幅值以及线天线馈电电流随频率的变化曲线如图5所示。随着频率的增加,线天线馈电端的电压恒为1V,线天线馈电电流非恒定值,地线感应电流的变化趋势由线天线馈电电流决定。
为研究无源干扰水平和地线感应电流间的关系,根据控制变量法的思想,需要将地线感应电流最大值进行归一化处理,即求解线天线馈电电流恒为1A时的地线感应电流:
式中,max( Iij) 表示频率为j时地线上第i个线单元感应电流的最大值; I0j表示频率为j时线天线馈电电流。通过式( 3) 得到2# - 3#铁塔之间远、近侧地线归一化电流幅值随频率的变化曲线,如图6所示。
为便于分析,将式( 2) 计算得到的无源干扰水平取绝对值。研究频率范围为100k Hz ~ 3MHz,步长为50k Hz,无源干扰水平随频率变化的仿真结果,如图6所示。
4. 3 地线感应电流与干扰水平极值频率分析比较
460k Hz和920k Hz时地线感应电流的分布情况严格符合2. 4节给出的判定条件; 频率为1380k Hz时,地线感应电流的分布情况仅符合第2条判定条件; 频率为1840k Hz时,两条判定条件均不符合。这说明“整数倍波长回路谐振频率”的观点随频率增大,逐渐变得不准确。低于1380k Hz时,感应电流的两条判定条件均符合; 超过1380k Hz时,感应电流的两条判定条件均不符合。
根据图6可得到以下结果:
( 1) 当频率在460k Hz和920k Hz时,无源干扰水平恰好出现极大值。频率1380k Hz处未出现干扰极大值,最近的干扰极值点位于1. 5MHz处,与1380k Hz相差120k Hz,超过谐振带宽 ( 100k Hz) ; 频率超过“3倍波长回路谐振频率”后,如1840k Hz频率点处未出现无源干扰极值。
( 2) 频率低于1. 7MHz时,无源干扰水平的变化趋势和地线感应电流幅值的变化趋势相同,无源干扰水平达到极大值时感应电流幅值也达到极大值;当频率高于1. 7MHz时,无源干扰水平极值频率和感应电流的极值频点不再相同。这说明频率低于1. 7MHz时,无源干扰水平的主要影响因子是地线感应电流; 频率超过1. 7MHz后,无源干扰水平的主要影响因子逐步发生改变,无源干扰谐振机理不再由感应电流决定。
4. 4 结果分析
线天线激励下,当“环形天线”的长度等于1λ和2λ时才会有干扰谐振现象,此点和IEEE认为1. 7MHz以下波频段内均符合“整数倍波长回路谐振频率”有所区别。结合上述研究,可认为“3倍波长回路谐振频率”为临界频率,超过该频率IEEE提出的“整数倍波长回路谐振频率”已经不适用。
结合IEEE标准,可认为频率1. 7MHz是输电线路无源干扰谐振机理发生变化的临界点。当频率低于1. 7MHz时,铁塔截面相对于电磁波的波长较小,铁塔细节对无源干扰的影响可以忽略不计,因此可以建立铁塔的单线模型; 当频率高于1. 7MHz时,电磁波的波长减小,铁塔的细节对无源干扰水平的影响权重增大,不可忽略。同时,地线感应电流不再是无源干扰水平的主要影响因子,无源干扰谐振机理需要重新进行研究。
5 平面波激励下的感应电流与干扰水平
5. 1 地线感应电流的计算结果
由于铁塔可看成垂直金属接地体,因此考虑铁塔对无线电干扰最严重的情况,即采用垂直极化平面电磁波对模型施加激励。目前,我国输电线路无源干扰防护间距研究均采用垂直极化平面波进行激励,计算时采用归一化的思想,即设定激励电磁波电场强度为1V/m,入射角度φ = 180°。对于图2所示的输电线路模型,仅将线天线替换为垂直极化平面电磁波即可,线单元划分和计算频率点不变。
图7、图8分别为仿真计算得到的垂直极化平面波激励下,460k Hz、920k Hz、1380k Hz和1840k Hz时远、近侧地线感应电流幅值和相位随频率变化的曲线。
5. 2 无源干扰水平的计算结果
按照4. 2节的方法求解输电线路模型在垂直极化平面电磁波的激励下,无源干扰水平绝对值及2#- 3 #铁塔之间地线感应电流幅值随频率的变化曲线,结果如图9所示。
5. 3 地线感应电流与干扰水平极值频率分析比较
由图7可知,频率为460k Hz、920k Hz和1380k Hz时两条地线上的感应电流幅值曲线重合;1840k Hz时远、近侧地线感应电流幅值曲线不再重合,两者的最大差值达到0. 12A。
由图8可知,460k Hz和1380k Hz时驻波电流的相位除了在驻波波节处发生180°改变外,其余各处驻波电流相位保持恒定; 920k Hz、1840k Hz时整条地线的驻波电流相位非恒定值。
将上述比较结果和两条判定条件对照可知,当垂直极化平面电磁波频率为460k Hz和1380k Hz时地线感应电流的分布情况严格符合前文所述两条判定条件; 频率为920k Hz时,地线感应电流的分布情况仅符合第2条判定条件; 频率为1840k Hz时,地线上的感应电流不再符合两条判定条件。
分析图9可得到以下结果:
( 1) 当频率在460k Hz和1380k Hz时,无源干扰水平恰好出现极大值,频率920k Hz和1840MHz处未出现干扰极大值。
( 2) 当频率为460k Hz和1380k Hz时地线感应电流达到极大值。同时发现,频率低于1. 7MHz时,无源干扰水平的变化趋势和地线感应电流的变化趋势相同,无源干扰水平达到极大值时相对电流也达到极大值; 当频率高于1. 7MHz时,无源干扰水平的变化趋势和感应电流的变化趋势不再相同。
5. 4 结果分析
当激励源为垂直极化平面电磁波时,IEEE提出的“整数倍波长回路谐振频率”仅适用于1λ、3λ回路谐振频率,这与文献[12]研究结论一致。
此外,同样证明了频率1. 7MHz是输电线路无源干扰谐振机理发生变化的临界点。初步分析认为,当无线电台站的工作频率超过1. 7MHz,比如达到短波频段或者甚高频频段,电磁波波长与线路铁塔结构尺寸的比值减小,线路铁塔从可以认为是柱体天线演变为大尺寸的复杂金属结构体,其无源干扰谐振的机理必然发生变化。因此需要考虑铁塔的空间桁架结构,建立更加接近实际铁塔的仿真模型,重新研究输电线路的无源干扰的谐振机理,求解无源干扰谐振频率[17,18]。
6 结论
( 1) 1. 7MHz频率以下,线天线激励时,无源干扰符合1λ和2λ波长回路谐振频率; 垂直极化平面波激励时,无源干扰符合1λ和3λ波长回路谐振频率。
( 2) 1. 7MHz频率以下,两种激励方式下的无源干扰水平和地线感应电流幅值曲线变化趋势近似相同,且地线感应电流是干扰谐振的决定性因子。
短波通信同步干扰分析 篇6
1 短波通信同步系统的类型分析
短波通信同步系统的类型, 按照传输和获取信息的不同形式, 可以分为外同步类型和自同步类型两种形式。
1.1 外同步类型分析
所谓外同步类型, 是将发送端所发送的专门信息, 由接收端进行导频提取的一种信号同步形式。自同步类型是理想的一种同步类型, 因为这种类型将全部的宽带和功率进行了信号传输的分配。在位同步类型和载波同步类型中, 虽然使用的方法有很多种, 但是自同步类型的应用正在趋于广泛化, 而在一般情况下群同步则采用外同步类型。
1.2 自同步类型分析
所谓自同步类型指的是发送端并不进行同步信息的专门发送, 而是由接收端来对信号中所要提取的同步信息加以设法获取的一种类型。自同步类型本身对于所要传送的信息虽然不包含, 但是只有在收发设备之间形成同步的联系之后才能实现对信息的传送。因此, 可以说同步系统的实现是信息传输的必要前提。短波通信中同步性能的优劣对于通信系统性能的发挥有着直接的影响。同步系统的误差或者失效会在一定程度上影响到通信系统自身性能的中断或下降。所以, 短波通信同步系统应当在可靠性和质量指标上更高于信息传输系统, 具有建立时间短、同步误差小、保持时间长凳优点。
2 短波通信同步干扰概述
短波通信中信号接收端的位同步和波载对于信号的获取, 具有技术特性、平台特性, 同时也可能遇到的电磁威胁, 主要体现为:实现高速数据传输与抗干扰的优化设计, 提高抗干扰条件下的高速数据传输能力;实现高速跳频, 提高抗跟踪干扰和多径干扰能力 (至少应具备安全跳速) ;实现宽带跳频, 提高抗阻塞干扰能力 (主要是提高抗阻塞干扰的绝对门限) ;实现干扰感知与跳频相结合, 提高抗干扰的针对性和实时性, 至少能容忍频率表的i分之一以上频点受十扰 (主要是提高抗阻塞干扰的相对门限) ;实现跳频同步与跳频通信一体化设计、实时变参数跳频和更短间隔的猝发通信, 提高抗干扰、反侦察、抗截获能力;实现抗干扰体制与发射功率的合理匹配, 提高网间电磁兼容能力;实现多种形式的组网, 提高网系运用和抗毁能力;实现抗强攻击措施, 提高对电磁脉冲武器攻击的防御能力等。一种是直接获取, 一种就是由发端对于信号的同步有意加入。短波通信中同步系统的干扰插入包括零点导频插入等形式, 要求信号的频谱尽可能的小, 从而便于在导频解调过程中对信息的提取。面对当前的这种形式, 有意地再频谱零点进行干扰信号的插入, 通过频率抖动的形式, 来实现短波通信中对于位同步信号和无法截取信号的接受。或者只单纯提取位同步信号和频率抖动, 来对通信加以破坏。由此, 可以看出, 短波通信同步干扰是一把“双刃剑”, 既可以服务于短波通信, 又可以对其进行破坏, 其作用的发挥完全取决于对干扰插入方式的运用。
3 短波通信同步干扰的综合性分析
在短波通信当中, 对于群同步系统的干扰应针对情况的不同形式, 二采取不同的干扰形式。在短波通信中起止式的同步类型当中, 通过不断进行消息码的发送就可以破坏这一同步类型。干扰放对于信息码的发送速率应该同信码十分地接近, 而这时敌信码和群同步类型就会被破坏掉。在同步类型中干扰的插入, 要想其干扰实施有效, 首先应当明确同步码的插入位置和构成, 之后依据插入帧的同步位置来实施干扰的插入。但是帧同步码由于只占据了一个帧单位的极小部分, 如果单纯对帧同步码进行干扰, 就实现了对干扰能量的极大节约, 从而使得干扰效果事半功倍。当然, 帧同步信号和干扰信号应如何同时到达接收设备是值得注意的, 这就要求信号的干扰方须对干扰设备的延时情况和信号传播路径进行充分的考虑。比较好的一种形式就是进行干扰事件的适当增加, 来将整体的群信号事件包含于干扰时间当中。
一般情况下, 在群同步码长、速率低的时候, 干扰抑郁实施, 也容易发挥作用, 而反之则就较为困难。而对于间隔式的插入形式, 在明确插入位置和同步码构成之后, 应采用同上的方法来加以实施。当遇到很难单纯依靠同步信号来实施干扰时, 可以针对其载波来对干扰加以实施。由同步类型干扰的实践可知, 独立同步的时钟类型是难以进行干扰的, 但是, 对于相互同步和主从同步的类型, 网同步类型的信号还是能够被干扰的。通过同步的干扰, 系统的滑动率得到了增加但是易造成信息的丢失。由于网同步类型的实质是位同步或比特, 因此, 干扰的位同步方法和干扰的方法具有一致性。
4 结语
短波通信中的同步干扰具有两面性, 既可以促进短波通信功能的更好发挥, 也可以破坏其通信功能。掌握好干扰的实施特性, 合理的运用, 从而实现短波通信同步干扰的正确履行。
参考文献
[1]朱庆厚.通信同步的干扰[J].航天电子对抗, 2005 (6) .
[2]孙志宇.对短波并行体制符号同步的灵巧干扰[J].信号与信息处理, 2010.
