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干扰设计论文

时间:2022-03-02 15:05:01

干扰设计论文

干扰设计论文范文1

论文关键词:控制,干扰

 

“控制包括三个基本步骤:1)确立标准;2)衡量成效;3)纠正偏差。为了实施控制,均需在事先确立控制标准,然后将输出的结果与标准进行比较;若现有偏差,则采取必要的纠正措施,使偏差保持在容许的范围内。【1】”造成这种偏差的主要原因就是干扰,所以,要设计一个优良的控制系统,设计者首先要能够对实现该控制系统可能受到的干扰因素进行全面而准确的判断,然后才能想办法“采取必要的纠正措施”。如何全面而准确的判断出一个控制系统可能受到的干扰因素就尤为重要。实际上,“什么才是干扰因素”这一问题在通用技术课程教学中老师们还存在着很多疑惑,例如,在一次公开课上,授课教师让学生把一张纸折叠后,用吸管吹向天花板,课堂上有的学生吹的高,有的学生吹的低。老师在总结时说,“叠纸的形状、吹力的大小和方向、空气的阻力等都是影响叠纸吹高要考虑的主要因素,这些就是干扰因素”。这一说法在听课老师中引起了很大的反响,大家都在议论纷纷。这一说法是对是错呢?再如教材中出现的:电冰箱、空调等电器在使用过程中的干扰因素有那些;热水器水温控制系统中的干扰因素有哪些;干扰因素都是有害的吗等问题初中物理论文,对于我们这些非本专业的老师来说,解释起来都具有一定的困难。要从根本上解决这一问题,就得先要来了解什么是“干扰”的问题。

关于什么是控制系统中的干扰因素的问题的界定有多种说法:如:在控制系统中,除输入量(给定值)以外,引起被控量发生变化的各种因素称为干扰因素【2】;在实际的控制系统中,常常会有一些变化不定的因素对系统的行为造成不利的影响,这种有害的因素我们称其为干扰【3】;对于一般的控制系统来说,多余的、不需要的、强制的“输入”便称为系统的干扰。另一方面,如果削减系统生存所必需的输入也是干扰;对系统来说,不仅输入端有干扰,输出端同样有干扰,如制约输出或强制作过量的输出等都是干扰,制约输出,如企业的产品受市场制约而减少了销量,强制过量输出如“竭泽而渔”,系统的输入和输出的“过与不及”都是干扰;对于复杂控制系统而言,干扰是不可避免的,因为复杂系统由多层次、多品种的诸多子系统构成,各子系统都有其自由度和相对独立性,各子系统间的输入和输出不可能配合得尽善尽美,必有多余和不足的输入和输出,这些多余和不足的输入和输出就成了系统的干扰;对于社会系统来说,其输入是自然界给予的一切,人们从自然界获取空气、阳光、雨露,及生产生活所需要的一切资源,这是社会系统“输入”的需要,但自然界会“发威”,各种自然灾害是社会系统所不需要的,但生活在地球上的人们不得不接受自然灾害的干扰,而社会系统对自然界的“输出”,一方面是人们对自然界的“改造”,另一方面是废物的排放,废气、废水、废渣、垃圾排向自然界,这是自然界所不需要的,但人类强迫自然界接受这些废物,就是对自然界生态平衡的干扰【4】。

由以上的论述可知,判断什么是干扰要从两方面来看,一方面初中物理论文,对于控制系统的整体而言,属于系统之外的,是多余的、不需要的、强制的“输入”便称为系统的干扰;另一方面,对于控制系统的部分而言,如果前一子系统的输出与下一子系统所需要的输入不匹配,就会造成下一子系统的输入的多余和不足,这种多余和不足的输入和输出就成了系统的干扰中国期刊全文数据库。由此可见,叠纸的形状是物体的结构设计问题,通过改变叠纸的形状可以减少叠纸飞行时的阻力,吹力的大小和方向是控制的输入问题,这两个因素虽然是影响叠纸飞行高度的主要因素,但不属于我们的干扰的界定范围。所以不是干扰因素,把系统的设计问题和对系统所产生的干扰混淆的案例还很多,如:。对于电冰箱、空调等电器在使用过程中的干扰因素分析,门的开启、环境温度的变化、电压的变化等都是属于系统之外的可能引起被控量发生变化的因素,所以这些因素就是这两个控制系统的干扰因素。一般情况下,对于简单控制系统较为规范和严谨的判断方法是:先要确定所要设计的控制系统,然后对所设计控制系统本身的各个环节进行具体分析,找出各环节可能受到的干扰因素(属于系统之外的,是多余的、不需要的、强制的“输入”),再分析这些干扰可能会对系统的输出造成什么样的影响,哪些是必须考虑的,那些是可以忽略的,那些是要综合考虑的,那些事要独立考虑的,最后整理出系统设计所要考虑的主要的干扰因素,这样的分析才会针对性更强,对控制系统如何克服这些干扰的设计帮助更大。以下对热水器水温控制系统的干扰因素的分析过程为例进行说明,第一、根据设计目的画出控制分析方框图(图一),分析方框图并不是最终的控制方框图,控制方框图是控制系统设计的结果,控制分析方框图是控制系统设计的过程,就像设计草图一样,是用来进行设计分析用的。

第二,对控制系统的各环节进行分析。在这个控制系统中,可能受到的干扰因素有,在输入端,电源电压的波动、由于开关灯元件的原因输入电压可能降低;在控制器和执行器部分初中物理论文,随着使用时间的变化,控制装置的不稳定、各种元件、加热装置的老化等;热水箱的大小、保温性能的好坏、热水箱深浅、水的散热面大小、水箱装水的多少等;在输出部分,周围空气的流动、气温的高低、用水量的快慢等。以上这些因素都是影响温度的干扰因素。第三,根据对干扰因素的分析,选择合适的控制方法来克服这些干扰对输出的影响(比如最简单的方法就是采取终端反馈的方式,当然,如果对水加温的时间有要求的话,这种控制方法就不能完全克服所有的干扰了,如图二)。

对于“在有些情况下,却可以[i]利用干扰因素实现某种目的【1】”这一说法也没有错,因为这种“干扰”是我们所要设计的控制系统的输出量,这一输出的最终目的是想使另一控制系统的目标不能实现,这种“干扰”对于第一个控制系统来说不是干扰而是输出,对于第二个控制系统来说这是系统需要克服的干扰。通过分析可以看出,就控制系统而言,干扰一定是有害的,它是控制系统要实现控制的最终目标需要考虑和克服的

分析和判断控制系统可能存在的干扰因素的最终目的,是为了使我们设计的控制系统“在干扰影响控制之前就进行必要的防范和修正,”使得控制系统能够“对控制对象进行有效控制以减小乃至消除偏差。”【5】所以要准确判断一个控制系统所存在的干扰因素,还要结合系统所要实现的最终目标进行综合考量,搞清楚这种干扰产生的原因、可能对控制系统所造成的后果和它将对控制系统的哪个环节产生影响等,这种干扰因素的分析才对我们进行控制系统的设计有所帮助。

参考文献:

【1】《控制论》(美)维纳著;赫季仁译;北京;北京大学出版社,2007.12

【2】《技术与设计2》主编:顾建军江苏教育出版社2008.12

【3】《技术与设计2》主编:刘琼发广东科技出版社2007.7

【4】《系统论信息论控制论》马丽扬河北:河北人民出版社,1987.2

【5】《机械控制入门》雨宫好文(日)著王献平译科学出版社2001.4

干扰设计论文范文2

关键词 城市轨道交通,区间信号,系统仿真,面向对象,干扰仿真,建模

1  问题的提出

      列车在铁路以及城市轨道交通线的区间(以下简称区间,即轨道线路上车站间的钢轨线路) 的通过能力和安全运行,对提高列车的通过能力与正常运营起着至关重要的作用。指挥行车的信号设备, 与线路设备、机车车辆并列为轨道交通运输的三大基础设备。信号设备的功能和可靠性对提高运输效率、保证列车的安全运行等起着十分重要的作用。区间信号设备能确保列车在区间安全运行的前提下,尽可能地提高列车在区间的通过能力。在我国,随着提速、重载战略的实施和轨道交通科技的进步,已有众多的新型区间信号设备投入使用。在区间安全性控制和防护设备的研制、生产、运营过程中,如何运用现代技术手段,对其功能可靠性和安全性进行科学、高效、全面、按标准的检测和评估是十分迫切的。

      随着我国城市轨道交通运输设施和管理的日益现代化,目前在区间通过轨道传输的信息越来越多,也越来越复杂,这样,信息传送的可靠性和安全性问题便显得日益突出。在区间,自动闭塞的行车信息以钢轨作为信道进行传输时,不可避免地叠加有各种外界干扰。这些干扰将会对信号设备产生影响,甚至危及行车安全。因此,在研究干扰源及其干扰规律的基础上,仿真轨道电路传输过程中所出现的干扰,在检测系统中对受检区间信号设备进行抗干扰能力的检测,有着重要的现实意义。基于以上目的,本文将对用于区间测试评估平台的信号系统的信息传输仿真,重点是干扰仿真的建模方法展开讨论。

2  系统仿真

      系统仿真是以系统理论、形式化理论、随机过程与统计学理论以及优化理论为基础,以计算机和仿真系统软件为工具,对现实系统或未来系统进行动态实验研究的理论和方法[ 1 ] 。

      作为一种行之有效的认知方法,系统仿真已在航空航天、经济管理、决策优化、军事演习、安全软件测试评估等众多领域得到了广泛的应用。在过去的20 年中,系统仿真技术取得了令人瞩目的进展。概括来看,仿真领域的主要研究内容包括:仿真建模、形式化描述方法、仿真实现及仿真验证和确认(v &v) 。

虽然系统仿真研究取得了巨大的进展,但相对而言,仿真在铁路信号领域的应用还不是很充分。尤其在国内,它还是一个有待于近一步开拓的领域。

      面向对象(o -o) 的思想最早起源于仿真领域[ 2 ] 。在(o -o) 设计方法中,对象(object) 和消息传递(message passing) 分别表示事物、事物间的相互联系;类(class) 和继承(inheritance) 是适应人们一般思维方式的描述范式;方法(method) 是允许作用于该类的各种操作。在计算机科学中,“对象”是包含现实世界物体特性的抽象实体,而“类”是对一个或几个相似对象的描述[ 3 ] 。对象、类、消息和方法的基本点,在于对象的封装性(encapsulation) 和继承性。通过封装,能将对象的定义和对象的实现分开;通过继承能体现类与类之间的关系,以及由此带来的动态聚束(dynamic binding) 和实体的多态性(polymorphism) ,从而构成了o -o 的基本特征。

      对象建模技术(om t) 是当今较为实用的面向对象建模的方法之一。其方法论的基本思想是[4 ] :从空间、时间及功能这三个既独立又相互联系的角度去分析和设计一个系统。om t 的基本方法和过程是:首先从空间角度,直接面向应用(即所要求解决的问题) 的自然存在,并依据应用的目的把它划分成若干个离散的有用对象(或抽象成类),并确定这些对象的属性、操作(主动的和被动的) 以及这些对象间的关系或联系,来构成问题空间的静态结构  对象图(或称为待分析系统的对象模型);接下来,从时间角度,考察系统中对象(特别是那些有交互活动或并发操作的对象) 在不同时刻的状态变化及对象之间相互关系的变迁,从而构成对象的控制结构(或称为系统的动态模型);最后,从功能的角度来描述系统中对象属性值从输入到输出的变化过程及相关的操作,从而构成数据计算或处理的逻辑结构—  数据流程图(dfd) 或称为系统的功能模型[5 ] 。鉴于此,在区间轨道电路干扰仿真模型中笔者采用面向对象的建模技术。

3  轨道信息传输干扰仿真模型

3. 1  轨道电路中的传输干扰

按照数据传输理论,一般的传输模型如图1 所示。

 

图1  一般的数据传输模型

      对于有线信道可以有两种理解:一种是指信号的传输媒介,如架空明线、钢轨、同轴电缆、光纤等, 称此种类型的信道为狭义信道;另一种是将传输媒介和各种信号形式的转换、耦合等设备都归纳在一起,称之为广义信道。

      本文以钢轨作为传输信道,即通过轨道电路传输信息。轨道电路的基本结构如图2 所示:在钢轨线路的始端,通过匹配设备pp1 连接着发送器;在钢轨线路的终端,通过匹配设备pp2 连接着接收器。

 

图2  轨道电路基本结构

      轨道电路是钢轨线路和连接于其始端及终端的器械的总称。它是将某一区段的钢轨用作电路的一部分,由区段内的列车车轴将轨间分路,以检查有无列车的电路,以及为向该区段内的列车用钢轨作导体传送信息的电路[6 ] 。

      轨道线作为传输媒介,具有分布参数特征。对应于图1 中的狭义信道,在研究传输干扰时,还需考虑广义信道,包括扼流变压器、轨道变压器等设备。

考虑信道中的干扰后,轨道电路的输入和输出可表示为:

e(t) = k(t)e(t) + n(t) (1) 式中: e( t) 为信道的输出;e( t) 为信道的输入; k( t) 为信道的传输乘性干扰; n(t) 为加性干扰。

      k( t) 是一个复杂的函数, 表示轨道电路传输特性因加性和乘性干扰而成的变化特性, 主要体现在温度、湿度等外界条件变化引起轨道电路的一次参数变化和轨道电路状态( 如分路、断轨等) 的变化。k( t) 对输入信号的影响可能造成线性和非线性畸变, 引起传输过程中的信号衰耗和延迟。n( t) 独立于传输信号。在轨道电路的噪声加性干扰模式中,产生轨道电路的噪声干扰的干扰源很多, 又很分散。例如, 各种电子器件的固有噪声、电磁感应干扰和辐射干扰。从统计的角度看, 它们类似于高斯白噪声, 因此可以用高斯白噪声进行模拟。考虑到在区间信号仿真系统中电气化轨道电路传导加性干扰的重要性和突出性, 下面将主要讨论电气化区段轨道电路的传导性加性干扰的建模问题。

3. 2  电化区段轨道电路的传导性加性干扰模型

      在电气化区段,钢轨中所流经的不仅有信号电流,还有牵引电流。电气化区段轨道电路所传输的信号主要受牵引电流的干扰。国内外有关部门对此进行了广泛的研究。前苏联、日本、美国在六、七十年代对直流牵引和交流牵引区段的轨道电路传输干扰进行了研究,其它一些发达国家也对电气化铁路信号抗干扰的测试和分析系统进行了研制。例如,德国慕尼黑实验所研制的高速列车干扰源测试车系统,美国电磁兼容分析中心(ecac) 为美国联邦铁路总署所作的电力机车干扰源的综合分析系统等。在我国,由北方交通大学主持,在一些电气化线路上,对“电力牵引电流对信号系统轨道电路的传导性干扰”进行了研究,并提出了一些防干扰措施。以往的文献多涉及抗干扰内容。本文则以建立干扰仿真的数学模型为研究重点。

3. 2. 1  稳态传导性加性干扰模型

      如图3 所示,在电气化区段,牵引电流经钢轨回到牵引变电所,当流经两根钢轨中的牵引电流大小相等时,在扼流变压器初级线圈上形成的磁场大小相等、方向相反,因而相互抵消不会影响接收端。但在实际条件下,两根钢轨对地漏泄电导不完全相其中: is1 为第一根钢轨中的牵引电流; is2 为第二根钢轨中的牵引电流。

牵引电流产生的干扰电压, 与牵引电流的大小、不平衡系数以及轨道电路接收端对牵引电流的输入阻抗成正比。不平衡系数较大时,列车牵引吨数越大,牵引电流也越大,对信号设备的干扰也越大。在自动闭塞各闭塞分区中,同时运行的列车数越多,牵引电流也越大。为了仿真牵引电流对轨道电路的影响,首先应该掌握和分析牵引电流所包含的频率成分,然后建立该类干扰的仿真模型。以铁路区间为例, 牵引电流基波的频率为50 hz , 但由于牵引电流是通过机车主变压器,经整流器整流后供给直流牵引电机的,因此,牵引电流的波形并不是正弦波,而是包含丰富谐波的非正弦周期函数。牵引机车类型和牵引级数不同,牵引电流的谐波成分也不同。实用中,一般在各种机车多种牵引级数下,对供电臂送端总电流的谐波含有率进行实测统计,得到具有代表性的统计值作为谐波计算的依据。我国区间自动闭塞所用信号频带为25 ~ 2 611 hz ,因此应重点考察牵引电流在这个频带的分布。

基于以上讨论,当将不平衡牵引电流视为干扰源时,其干扰模型为:

n

q( t) =m

0. 5 nis kizs

sin (2πmf 0 t) (4)

同,因此在两根钢轨中的牵引电流值也不相等,从

m = s

而在接收端产生干扰电压。这种干扰的幅度和相位

相对于时间变化缓慢,可视为稳态干扰。

 

图3  牵引电流流通示意图

      两根钢轨中的牵引电流值不相等时,其差值为不平衡牵引电流。对不平衡牵引电流进行分析时, 可将其视为等效流过接收端扼流变压器初级线圈的半边线圈。其干扰电压为:

u= 0. 5 n kiiszs (2) 式中: is 为牵引电流; zs 为接收设备输入阻抗; n 为接收端扼流变压器初、次级线圈变压之比; ki 为牵引电流不平衡系数,其值为ki=| is1 -is2 |/is (3) 

αm式中:为基波频率(50 hz); s 为干扰源所包含谐波次数的下限且为正整数; n 为干扰源所包含谐波次数的上限且为正整数;其余同前。

对于不同的接收设备,其所能接收的信号频带范围各不相同。为了更好地仿真在信号频带内的干扰, s 和n 的取值要保证干扰源所包含的信号频率在接收设备的信号频带范围内。

3. 2. 2  瞬态传导性干扰模型

      在电气化区段,信号设备除了受稳态干扰外, 还经常受到瞬态干扰的影响。瞬态干扰的起因很多,如:列车在钢轨上运行时,车轮和钢轨间的接触电阻变化引起牵引电流的瞬态变化;由电力机车受电弓和接触网之间接触位置的变化而引起的脉冲干扰;电力机车启动和加速造成的牵引电流突发性脉冲干扰等。这类瞬态干扰的特点是干扰电流的峰值大、时间短且幅值和相位变化快,从而可以用随机性的尖脉冲加以模拟。由于这部分内容涉及的范围较广,作者在继续深入研究的同时将另辟专文阐为述。

3.3  轨道电路的同线干扰模型

      由于钢轨中传输的是交流信号,因此相邻轨道电路间存在着感应干扰。但这种干扰对有绝缘轨道电路接收设备的影响比较小,可以忽略不计。但对于无绝缘轨道来说,由于不设置机械绝缘,无绝缘轨道电路接收设备受同线干扰的影响要大一些。下面重点讨论无绝缘轨道电路的同线干扰问题。

      图4 为区间无绝缘轨道电路的示意图。可见, 对应n个闭塞分区有n段轨道电路,接收设备js1 能接受到fs2 ~ fsn 的信息,j s2 能接受到fs1 、fs3 、?fsn 的信息,即各区段间相互干扰。此干扰同样为加性干扰,若干扰强度足够大,则容易引起被干扰区段接收设备的误动。

 

 

图4  无绝缘轨道电路同线干扰示意图

      对无绝缘轨道电路同线干扰进行分析时,根据加性干扰的独立性,可以首先假定区间某一区段轨道电路的发送端(如fs1) 为干扰源, 发送设备工作,而其它各被干扰区段的发送端电压为零,各被干扰区段接收和发送端均可视为此轨道电路中的中间分界点。采用与传输特性分析相同的方法,在各分界点建立边界条件,求解出积分常数,即可得出各被干扰区段各点处干扰量的大小。接着,分别将fs2 ~ fsn 视为干扰源,重复此过程,求出干扰量。再将接收设备上受到的各干扰量叠加,得到总的干扰量。对于有绝缘轨道电路,若绝缘节破损,可按照相同的方法进行分析。具体模型如下:

      设fs1 为干扰源,其它各被干扰区段的发送端电压为零, 中间分界点为χ;u1 l(χ),u2 l(χ), i1 l(χ),i2 l(χ) 分别表示分界点χ 左侧第一轨对地电压、第二轨对地电压、第一轨中的电流和第二轨中的电流,u1 r(χ),u2 r(χ),i1 r(χ),i2 r(χ) 分别表示分界点χ右侧第一轨对地电压、第二轨对地电压、第一轨中的电流和第二轨中的电流。规定电压方向为由钢轨到地,电流方向为从左到右,则可得到分界点χ处的边界条件:

 u1 l(χ) = u1 r(χ) 

u2 l(χ) = u2 r(χ) 

i2 l(χ) + i1 l(χ) = i2 r(χ) + i1 r(χ) 

2 (u1 l(χ) u2 r(χ)) = (i1 l(χ) i2 l(χ)  i1 r(χ) + i2 r(χ)) zχ  (5)

式中,zχ 表示分界点χ处钢轨线路间的阻抗。

假设钢轨线路的一次参数呈对称分布,即两根钢轨的单位阻抗和对地漏导完全相同。满足此条件的钢轨线路称为对称钢轨线路。由于钢轨线路对称,因此可得出对称钢轨线路各点的电压与电流:

 u1χ = a1chγ1χ +a2shγ1χ + a3chγχ + a4shγχ

u2χ = (a1chγ1χ + a2shγ1χ)-(a3chγχ + a4shγχ)

i1χ = y11 (a1shγ1χ + a2chγ1χ)+2 (a3shγχ + a4chγχ)/ zc

i2χ = y11 (a1shγ1χ + a2chγ1χ)-2 (a3shγχ + a4chγχ)/ zc  (6)

      由式(5) 的边界条件方程组即可求出积分常数a1 、a2 、a3 、a4 ,代入式(6),从而可得出各被干扰区段fs2 ~ fsn 各点处干扰量大小。同理, 将fs2 ~ fsn 视为干扰源,重复此过程,求出干扰量大小,再将接收设备上受到的各干扰量叠加,便可得到总的干扰量。

4  结语

      区间信号仿真系统干扰仿真的建模研究,对于建立基于测试评估的城市轨道交通区间信号仿真系统极为重要,是仿真理论的重要应用领域。本文讨论了区间轨道信息传输干扰仿真模型,并着重阐述了传输干扰的仿真建模理论,这将有助于正在开发的区间计算机控制信号系统测试评估平台的生成。当然,仿真理论是一种不断发展和创新的理论,干扰更有其复杂性和多样性,区间信号仿真系统干扰仿真的建模研究仍是一个需要不断深入研究的课题。

参 考 文 献

1  冯允成,邹志红,周泓. 离散系统仿真. 北京:机械工业出版社,1998 

2  熊光楞,彭毅. 先进仿真技术与仿真环境. 北京:国防工业出版社,1997

3  吴芳美. 铁路安全软件测试评估. 北京:中国铁道出版社,2001

4  崔智社. 对象建模技术在分布交互仿真系统中的应用研究. 系统仿真学报,2000 ,12 (1)

5  张小林. 面向对象的铁路区间信号仿真系统研究和实现[学位论文]. 上海:同济大学信息与控制工程系,2002

干扰设计论文范文3

关键字:煤矿; 机电设备 ;变频器

煤矿开采不仅满足了社会对能源的需求,同时也促进我国现代市场经济的快速发展。在科学技术推动下,煤矿企业开采生产的模式逐渐趋于自动化。变频器是煤矿生产的电力控制的主要设备,变频器的良好安装有助于煤矿生产的持续运行。

1.变频器安置难点

变频器是煤矿机电设备调控的重要设备,经研究发现,电网中的各种外来信号对变频信号的电磁干扰十分严重。从而使控制系统设备无法正常接收变频信号,实际操控过程中存在信号中断、减弱、消失等异常现象,对系统及运行设备造成损坏。变频器的主要干扰源包括:

(1)整流桥。整流桥有分为全桥、半桥整流,均是经过改造二极管来建立成整流电路,在高压状态下可维持线路电流的稳定传输。而变频器的整流桥可看作是一种非线性负载,非线性负载在电网中会产生谐波,对控制系统内电气设备产生电磁干扰,如:信号无法正常接收等,影响操控指令的执行。

(2)谐波。谐波是在电力控制系统难点,其可以破坏整个电网线路的正常运行,造成线路信号传递受阻。变频器因谐波产生的干扰,主要来源于脉冲宽度调制技术在电网中的应用,该工作模式会遇到状态的高速切换。当谐波超过标准范围后,对变频器的调频信号产生不可修复的干扰。

(3)电网噪声。电网自身的噪声也会对变频器产生干扰。从一定程度上讲,电网噪声同样是由于谐波引起。电网控制系统连接了各式电力设备,如:整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备等,这类设备超负荷运行时,易使得其电压、电流突变,对电网设备的稳定性带来干扰,破坏了变频器的信号传输。

4)供电电源。供电电源是变频器日常运作的基本要素,若电源部分受到外在原因干扰也会带来电磁干扰现象。如:供电装置在持续供电时遇到交流电网,经过30s左右的时间则会有电磁干扰出现。另外,若供电电源的过压、欠压、断电等原因也是变频器干扰的来源之一,对变频器的变频操纵造成不便。

2.变频器抗干扰策略

电力企业在电网建设里应用变频器后,一定要对电磁干扰问题做到准时的处理,以保证工业企业自动化生产的顺利运行。联合变频器电磁干扰的主要来源及干扰方法,电网改造中采取的抗电磁干扰对策要针对谐波、噪声、电源等问题展开。主要在以下几点抗电磁干扰的策略中获得突破:

(1)滤波。变频器是应用调整电机工作电源频率对交流电动机进行控制的设备,在电源频率传输阶段会出现谐波。对变频信号传输过程添加过滤环节可提前检测异常,避免变频器受到电磁干扰、。如:将滤波器安装在变频器合理位置,对噪声等的准时检测可防止传导干扰。

(2)隔离。隔离是将变频器与别的线路隔离,以免对正常电力设备造成影响。通常,可在电路上完成对变频器的干扰隔离处理。如:利用电子仪器检测,当发现异常后,电路准时调整,将干扰源剥离。干扰隔离的主要方法:a.电源隔离;b.噪声隔。

(3)屏蔽。对电磁干扰来源进行屏蔽处理。从变频器的结构形式研究,屏蔽电磁干扰的主要是在于调整信号线路。普遍变频器产品结构里对铁壳进行了屏蔽,但在线路上仍存在不足。如:相比输出线路的干扰屏蔽,应减小信号线路的长度,同时信号线应采用双芯屏蔽,从而增强控制系统设备的抗干扰性能。

(4)接地。接地常用于噪声原因引起的电磁干扰,对电网在早期接地线路的调整即可发挥这一作用。变频器的接地普遍采用单点接地、多点接地、母线接地等方式。电力人员在选择接地方式时要根据控制系统的实际要求,应用良好的接地来控制噪声的耦合,经过改造之后,可明显改善变频器的抗干扰性能。

(5)安装。安装工艺对变频器性能发挥有较大的影响,若安装环节出现错误会直接使变频器的精密度受损,减弱变频器的传输强度信号。变频器安装需控制两点:1.温度方面,变频器安置的温度范围在-10℃至50℃,这是技术人员要严格掌握的;

2.高度方面,变频器安置高度在1000mm。

3.机电设备控制系统的设计规划

控制系统的设计是变频器运行环境的规划,经过设计稳定、安全、可靠的控制策略来来改善变频器的运行效果,从而实现电力系统自动化控制水平的提升。在今天,随着社会电网改造活动的全面开展,电网规划改造时对变频器的操控性能极为重视,而变频控制系统设计仍需解决以下几个问题:

(1)部署难题。变频器工作电压值较大,为更好地避免对别的设备造成干扰,变频器应采用单独地部署方式。例如:在对电网所有设备规划排列时,需把变频器单独部署开来。这样可以防止其造成的电磁干扰,破坏其他设备之间信号的传递,还需将弱电设备与变频器相隔离,避免其造成电磁干扰。

(2)连线难题。设计变频器控制系统时应尽量减少线路的连接,以减少线路交错复杂而造成的干扰。根据系统设计原则,相比不必要的线路连策应尽可能去除,让系统接线更加简化。如:除了控制系统与变频器的线路连接,别的线路可根据情况去除或隔离,为供电系统传输电流创造稳定的条件。

(3)干扰难题。无论是高压或低压变频器,其控制系统设计均要考虑变频器运行后造成的干扰强度,不然会影响到电网的指标性能。变频器产生的谐波对电网是一种巨大的干扰,易造成电网波型畸变,电压减小、功率过低等。设计时可将电抗器加在变频器电源进线侧,避免对电网造成过大的损坏。

(4)转速难题。电机是控制系统连接的主要设备,而电机转速大小是产生噪声干扰的一大因素。设计时要选择合适的电机型号,特别要考虑电机的功率、转速。若电机型号不正确,运行后会造成变频器负载大幅度增加。另外,为了防止高转速引起电机温度上升,可设计冷风装置达到降温效果。

4.结论

本文对变频器的安置难点与在安置过程中需注意的问题进行了详细的分析,并针对变频器抗干扰策略进行了介绍,同时,论述了变频器在机电设备控制系统设计过程中应注意的难点。变频器是煤矿生产电力系统的主要控制设备,其在安置、应用期间要采取抗干扰办理对策,从而提升机电设备运行效率。

参考文献:

[1] 刘顺业. 关于煤矿机电设备安装[J]. 科技传播.2011.16(88-91).

[2] 李保钢,李智庆,栾志军,寇泰山,夏恒报. 浅论煤矿机电系统管理[J]. 能源技术与管理.2011.4(56-59).

[3] 兰水. 浅谈煤矿变频器[J]. 科技创新导报.2010.3(106-110).

[4] 陈丽华. 变频器安装使用和日常故障判断[J]. 电气时代.2011.5(186-189).

[5] 华盟. 浅谈变频器的安装及参数设置问题[J]. 工业设计.2011.7(46-50).

干扰设计论文范文4

摘要:

试验设计中往往会碰到带有趋势干扰因子的情形,这类趋势可以是由时间效应或空间效应引起的.本文探讨了幻方及纯幻方在带有趋势干扰效应设计中的若干应用.首先,利用幻方的组合性质,得到了一类设计因子与趋势干扰因子在参数估计上不混杂的设计;其次,采用纯幻方,进一步得到了多因子试验设计中的趋势无关设计;最后,给出了利用幻方和纯幻方构造相应趋势无关设计的基本方法,同时证明了运用同心幻方进行交叉验证的结果.

关键词:

同心幻方;多水平;多项式模型;多因子试验;混杂

1引言

试验设计自20世纪20年代问世至今,已在农业、工业、生物医药、航空航天、经济管理等领域得到广泛应用,各种试验设计方法也得到了迅速发展,如区组设计、部分因析设计、正交设计、均匀设计、空间填充设计、饱和设计、超饱和设计、正交拉丁超立方体设计等等.一般的试验设计方法并不考虑试验顺序,因为试验顺序常采用“随机化”准则.然而,在一些试验中,比如物理或者工程试验中,一次试验常常需要花费一定的时间,而整个试验做完需要一个月或更久,那么,在这些需要长时间完成的试验中,试验单元或者试验环境有可能发生了趋势性的变化.最后的试验结果易受到时间或空间效应的干扰.于是,许多学者对设计顺序进行了研究.早期,Phillips[1-3]、Daniel和Wilcoxon[4]、Draper和Stoneman[5]等讨论了带有时间趋势效应的试验设计顺序问题,他们将时间趋势效应T用一个p阶多项式模型来代替。本文同样采用多项式模型来表示趋势干扰效应.在这一个模型下,Draper和Stone-man[5]讨论了与时间趋势无关(trend-free)的二水平设计,并且还讨论了最小水平变化(levelchange)设计.Cheng和Jacroux[7]给出了二水平时间趋势无关设计的一种构造方法,Jacroux[8]对带有时间趋势的混合水平设计进行了研究,Wang[9]借助并列法对特殊的混合水平情形2p4q进行了讨论.近期,也对含有区组的带有时间趋势的设计顺序进行了研究[10].然而,文献中对于多水平和混合水平情形的研究仍然较少,对高水平和混合水平因析设计的研究则更少.幻方,也称为魔方(magicsquare),我国数学家杨辉称其为“纵横图”.其与群论,

组合数学密切相关,在纯数学和应用数学的研究中都有着重要的意义[11-14].本文不关注幻方在数学中的性质研究或构造,主要关注幻方在统计中,特别是在工程试验设计领域中的应用.事实上,早在1964年,Phillips[1,2]发现了幻方可以用于带有时间趋势干扰的设计,然而这类设计仅包含两个因子,其水平数正好等于幻方的阶数.Hedayat[15]也研究了幻方的若干统计性质,指出在对干扰因子的参数估计上,幻方可以使得相应最小二乘估计的方差达到最小.本文将进一步说明幻方(纯幻方)可以应用在两因子(多因子)试验设计中,其对试验因子的参数估计与干扰因子是1阶趋势无关或线性无关(lineartrendfree)的,并给出相应的构造方法.第2节主要介绍幻方的基本概念及其在带有趋势干扰效应的设计中的应用,借助幻方,可以构造出一类与趋势效应无关的设计,且这类设计主要包括两个多水平因子.第3节给出主要叙述纯幻方在带有趋势干扰效应的设计中的应用.借助纯幻方,可以构造出一类含有多个与趋势效应无关因子的设计,同时这类设计也可以应用在含有交互作用项的设计中.第4节是结束语.

2幻方与两因子趋势无关设计

例1考虑一个化工厂生产的一种化工产品,影响采收率的因素有多个,包括催化剂种类、反应温度等.并且这类试验往往和反应时间有关.下面用表1给出的三阶幻方,来设计一个与1阶时间趋势效应无关的设计顺序,见表2,其包含两个三水平因子,取值为{0,1,2}.由于试验结果往往带有一定的随机性,所得试验结论需要经过一定的统计显著性检验.交叉验证可以进一步对试验结果进行比较研究,如果一个设计能够进行交叉验证,此时的结论具有更高的可靠性.定义2[11,13]同心幻方也称嵌套幻方,其可以从中心开始向外辐射,依次剥去最外一层后的方阵均是幻方.定理3当n为奇数时,一个n阶同心幻方可以安排含有二个1阶趋势无关因子的设计,且可以进行n12次交叉验证.证明设M=(mij)是一个n同心幻方,由定理2,幻方的行和列分别可以看作两个n水平因子,记为A,B,它们均是1阶趋势无关的.所得试验结果可以进行相应的显著性检验.然后,将该同心幻方剥去最外一层,此时可以用来安排一个含有2个n2水平因子的设计,且仍是趋势无关的.于是,可以采用该部分数据进行相应的显著性检验,并与第一次结论进行交叉验证.以此类推,将该同心幻方剥去第二层,并进行第2次交叉验证.综上,可以进行n12次交叉验证.

3纯幻方与多因子趋势无关设计

定理4当n为素数或素数幂时,一个n阶纯幻方至少可以安排含有四个n水平因子的因析设计,且四个因子均是1阶趋势无关的.证明设M=(mij)是一个n纯幻方,由定理2,幻方的行和列分别可以看作两个因子,记为A,B,它们均是1阶趋势无关的.另外,对于纯幻方,存在另外两个1阶趋势无关的因子C,D.设A,B的水平取值分别为a,b,令因子C取值为mod(a+b,n),因子D取值为mod(ab,n),即因子C由幻方中从右上往左下的对角线得到,D由幻方的从左上往右下的对角线得到,则由纯幻方定义3可知,所有泛对角线上元素的和均相等.于是。例2对于采收率试验,例1给出了一个与时间干扰效应无关的设计,但所包含的试验因子只能为两个,如果影响因子多于两个,可以考虑下面的设计,见表5,其包含四个因子,水平取值{0,1,2,3,4}.比如,第一次试验的水平组合为(1,2,3,4),即因子A取1水平,因子B取2水平,因子C取值水平为mod(1+2,5)=3,因子D取值水平为mod(12,5)=4.当n为合数时,虽不能像素数情形直接推出四个与趋势无关的因子,但纯幻方仍然可能给出包含多个因子的设计.下面给出一个包含三个因子的采收率试验设计方案.见表6,因子水平取值为{0,1,2,3}.比如,第一次试验的水平组合为(3,3,0),即因子A取3水平,因子B取3水平,因子C取0水平.

4结束语

干扰设计论文范文5

摘要:文章首先分析了包头市CMMB单频网与GSM系统共站址时的主要干扰类型,给出了各种干扰的数学计算模型,然后详细阐述了CMMB单频网与GSM系统相互之间的干扰情况,结合实际情况得出了CMMB单频网与GSM系统共址建设时所需的隔离度及天线空间隔离要求,并给出了工程实施过程中的解决方案。

关键词:CMMB系统 GSM系统 干扰 杂散干扰 阻塞干扰 隔离度

CMMB是英文China Mobile Multimedia Broadcasting (中国移动多媒体广播)的简称。它是国内自主研发的第一套面向手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑等多种移动终端的系统,地面发射中心将信号发向S波段同步卫星后,同步卫星对接收到的信号进行转发,转发后的S波段信号直接被地面的接收终端接收下来,也可以通过增补转发器处理后被地面的接收终端接收下来。实现“天地”一体覆盖、全国漫游,支持25套电视节目和30套广播节目。

一、主要干扰的数学模型

由于需要共址建设,为了保证各系统间不至于互相影响,需要对各系统间的干扰情况进行分析。从形成机理的角度,系统之间的干扰可以分为杂散干扰、接收机互调干扰和阻塞干扰。下面我们分别阐明这三种干扰的数学模型。

1、杂散干扰

由于发射机中的功放、混频、滤波等器件工作特性非理想,会在工作带宽以外较宽的范围内产生辐射信号分量(不包括带外辐射规定的频段),包括电子热运动产生的热噪声、各种谐波分量、寄生辐射、频率转换产物以及发射机互调等。3GPP将该部分信号通归为杂散辐射,因为其分布带宽很广,也有文献称为宽带噪声。

2、互调干扰

互调干扰包括多干扰源形成的互调、发射分量与干扰源形成的互调(TxIMD)、交叉调制(XMD)干扰3种。多干扰源形成的互调是由于扰系统接收机的射频器件非线性,在两个以上干扰信号分量的强度比较高时,所产生的互调产物。发射分量与干扰源形成的互调是由于双工器滤波特性不理想,所引起的扰系统发射分量泄漏到接收端,从而与干扰源在非线性器件上形成互调。交叉调制也是由于接收机非线性引起的,在非线性的接收器件上,扰系统的调幅发射信号,与靠近接收频段的窄带干扰信号相混合,将产生交叉调制。

3、阻塞干扰

阻塞干扰并不是落在扰系统接收带宽内的,但由于干扰信号功率太强,而将接收机的低噪声放大器(LNA)推向饱和区,使其不能正常工作。扰系统可允许的阻塞干扰功率一般要求低于LNA的1dB压缩点10dB。当较强功率加于接收机端时,可能导致接收机过载,使它的增益下降。原因是放大器有一个线性动态范围,在此范围内,放大器的输出功率随输入功率线性增加,这两个功率之比就是功率增益G。随着输入功率的继续增大,放大器进入非线性区,其输出功率不再随输入功率的增大而线性增大,也就是说,其输出功率低于所预计的值。

二、天线隔离标准

为保证好的系统性能,上述三种性能下降必须避免或最小化。因此必须保证两个同址基站的天线间有好的隔离度。一般来说工程上对以上三种干扰应遵守以下准则:

1、扰基站从干扰基站接收到的杂散辐射信号强度应比它的接收噪声底限低10dB。

2、在扰基站生成的三阶互调干扰(IMP3)电平应比接收机噪声限低10dB,原因与第一条准则相同。

3、受干扰站从干扰站接收到的总载波功率应比接收机的1dB压缩点低5dB,这主要是因为工程上为了避免放大器工作在非线性区,常把工作点从1dB压缩点回退5dB。如果系统间的隔离度能够满足以上准则,受干扰系统的接收机的灵敏度将只下降0.5dB左右,这对于绝大多数通信系统来说都是可以接受的。

4、CMMB系统与GSM系统间的干扰与隔离分析。

综上所述,产生干扰的最终原因与共址站之间的天线隔离度有很大关系。为了将性能损失降到最小而不修改现有的发送和接收单元,在共址站间需要保持适当的隔离。所以问题主要集中在CMMB系统对GSM系统的干扰上。

三、结 论

宏站天线之间的隔离度需求以杂散隔离度要求与阻塞隔离度要求之间取大值,综上所述,CMMB系统与GSM系统之间最大的干扰为CMMB系统对GSM系统的杂散干扰,隔离要求为62dB。在工程中只要能满足最大干扰的隔离要求,其他干扰的隔离要求也能满足。在本工程中,由于第一次采用共址建设,并且工期要求比较紧,不再进行主设备的投资,同时又不能改变GSM网现网的结构,所以,可以通过对天线空间隔离度进行分析,计算出所需的空间隔离距离以满足实际工程的需要。

四、天线空间隔离度

天线距离与隔离度之间有对数线性关系。Celwave和kathrein天线公司以及麦罗拉等在试验的基础上,总结出了空间隔离计算的经验公式,符合一般的计算要求,是具有高通用性和公认的特定情况下的蜂窝移动天线隔离度计算公式,是分析不同运营商基站隔离度状况,解决隔离度计算分歧,达到统一的判断标准。

五、结束语

需要指出的是本文只是根据规范对接收机和发射机的性能要求而提出的一种隔离度计算方法,这种要求是设备至少应满足的要求。同时,关于目前各电信运营商共址建设系统间干扰的结论性成果已经有很多,本文之所以取材这个题目主要是因为在实际工作当中遇到CMMB系统与通信系统进行共址建设的问题,而当时施工时也没有理论依据,所以特对其进行分析、计算并指导施工。

参考文献:

《移动多媒体广播 第1部分:广播信道帧结构、信道编码和调制》(GY/T 220.1-2006)

《移动多媒体广播 第2部分:复用》(GY/T 220.2-2006)

《地面数字电视广播单频网适配器技术要求和测量方法》(GYT 229.1-2008)

《地面数字电视广播发射机技术要求和测量方法》(GY/T 229.4-2008)

《无线电发射机杂散发射功率电平的限值和测量方法》(GB 13421-92)

《无线电发射设备参数通用要求和测量方法》(GB/T 12572-2008)

《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》(GB 20600-2006)

《无线电设备杂散发射技术要求和测量方法》(YD/T 1483-2006)

干扰设计论文范文6

关键词:综合自动化;变电站;微机保护;抗干扰系统

中图分类号TM63 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2012)66-0164-02

随着国民经济的快速发展,社会电力需求的日益增加,各行各业对电能质量要求的不断提高,各种智能设施的普遍应用,使得电力稳定供应的要求不断增加。综合自动化变电站的微机保护抗干扰系统运用现代先进的计算机科学技术、现代电子通信通讯技术和信息处理技术等达到对变电站二次设备(包括微机保护、测量、信号、控制、故障录波、远动装置及自动装置等等)的功能进行优化设计的目的,对自动化变电站的运转情况执行监视、测量、协调和控制的一种综合系统。其主要特征是将保护、监控、协调、通信等功能通过互联网联系起来,分功能模块进行结构化设计组装,通过各种可是设备将抗干扰能力全方位提高,使变电站的管理更加先进,工作更加稳定可靠。在电力系统的运转过程中,不可避免的会产生大量的电磁场,而这一电磁场反作用于电力设备特别是二次设备。因此,必须展开对自动化变电站微机保护抗干扰系统的研究,以便早日找到最优化的变电站抗干扰的办法,供广大同仁互相借鉴。

1微机保护的原理

微机保护装置应该具有一定的抗干扰能力,同时这些装置本身不可以对周围的电子装置产生电磁干扰。微机保护装置不仅要求自身有较高的性能,同时要求可以抑制电子线路之间的相互干扰,尤其是高频数字、模拟混合电路,即应有良好的电磁兼容性。

2 综合自动化变电站内电磁干扰产生的原因

由于发电厂和变电站本身就是一个强大的电磁干扰源,在正常工作和出现故障时,都会产生各种电磁干扰。同一个电力系统内的各种电力设备,无论是改变运行方式,出现故障或进行开、关等操作时,都会引发电磁振荡,这些电磁场的波会对很多电力设备的工作性能产生影响。电磁干扰主要表现在一次设备与一次设备、一次设备与二次设备、二次设备与二次设备之间,包括工作频率、谐波、冲击和高频振荡。

1)开、关操作引起电磁干扰;

2)二次回路的操作引起电磁干扰;

3)短路产生的大电流对二次设备产生干扰;

4)大型变压器、发动机和电动机、高压导线等都会产生射频干扰;

5)雷雨天气时会产生雷电干扰,雷电流最高可达200KA,经避雷器导入地面,使得地面上的电网电位分布极不均匀;

6)电力系统一次设备和二次设备之间不断发生电磁的耦合,会产生耦合干扰。

3 综合自动化变电站微机保护抗干扰的原理

抵御电磁干扰的一个基本理念,就是设计一个合理的能够最大程度抵消电磁场量的方案。要想实现自动化变电站微机保护系统抗干扰的要求,应该找到干扰源抑制、削弱干扰源,切断电磁耦合的所有路径,降低电力设备对电磁干扰的敏感性。外部干扰源产生于不受控制的自动化变电站的外部,基本上是无法将其消除的,但是可以对其进行抑制。

3.1 屏蔽

1)电机设备与自动化系统的输入输出的连接电缆的两端有屏蔽部分,也可以对电磁干扰有一定的削弱作用;

2)电机设备内部,某些自动化系统中的某些互感器中有可起到相当明显的削弱干扰作用的屏蔽部分;

3)电机的机箱或机柜的电力输入端对地接一个耐受高压的小电容,可有效抑制外部的高频干扰,在有效遏制电流变化是对微机保护的干扰上取得了显著效果;

4)变电站系统所使用的金属材料也可以对干扰起到一定程度的屏蔽作用。

3.2 与地面连接

1)虽然将电气设备与地面连接是以防雷击为主要的目的,但是也可以在减弱电磁干扰方面起到一定作用。

2)二次系统接地可从工作和保护两大方面出发。工作接地可以有效保证电机设备电流的稳定性,从而减少干扰的发生。而保护接地是采取的辅助手段。

3.3 隔离

采取合理的隔离措施,可以减小传到系统的电磁干扰。

1)由于在电力企业中各个仪器如应用自动化所用到的各种计算机系统所采集到的数据,大部分来自于最初系统的各个电气设备经过一定变化产生的,并经由强电回路输出,并不能直接流入自动化系统,必须经过隔离变压器的有效隔离,并且隔离变压器一次、二次之间的屏蔽层必须配合接地措施,才能有效起到屏蔽效果;

2)自动化系统开关量的输入和输出,主要是受断路器、隔离开关的辅触点和主变压器分接头位置等的控制。并且这些开关都处于强电回路中,如果将这些开关都与自动化系统直接连接,就会引入强电磁干扰。因此,要对光电耦合装置或继电器触点进行隔离;

3)其他隔离的手段主要有:在二次回路中在布置线路时应采取隔离措施;信号线的传输应进行分类使用;并且传输信号的电缆应与其他用途的电缆分开使用;给电气设备中的二次设备配导线时,需注意避免各回路的相互感应所引起的干扰。

3.4 雷电天气加强保护的措施

加装雷电过电压保护装置是消除系统内模拟量输入通道干扰的主要手段之一。

3.5 计算机导线抗干扰

由于绝大多数的微机保护抗干扰系统和其他一些电气设备其供电电源线通常采用民用电流,任何因素对电网造成的冲击、电压和频率的大幅波动都可直接或间接影响微机系统的正常运行,甚至会造成计算机死机,其中计算机的电源导线是计算机受到干扰的主要途径。所以,对计算机交流供电系统的抗干扰措施的大力实施至关重要。

4 提高自动化变电站微机保护抗干扰能力的措施

1)加强设备管理,不断钻研新的合理化的组装方法,找出更多解决问题的解决方法,不断对设备进行同步升级,使其适用于新的发展方向;2)加强工作人员工作能力,不断学习新的科学文化知识,并将理论与实际相结合,改善以往的不足之处,不断的改革创新;3)多与同行业的优秀代表切磋交流,学习新的经验与技术,使自动化变电站微机保护抗干扰系统的技术水平不断提高。

5结论

随着综合变电站自动化的水平不断提高,大量的计算机和互联网通信技术的使用使变电站自动化系统的抗干扰能力也有了很大的进步。但是,对于抗干扰工作的进一步加强和改进,我们要做的工作还有很多,可以说是任重而道远。我们既要保护现有的仪器设备和电气自动化装置,又要继续加大力度去争取更加先进的技术,学习更加先进的理论知识。在对现有知识结构的不断深化的前提下,也要继续吸取更多领域的精华,将其融会贯通,应用到变电站自动化微机保护抗干扰系统中来。本文较全面的阐述了自动化装置抗干扰的原理,也揭示了各种干扰源产生的原因,并给出了如何继续加强抗干扰工作的几点建议,希望以此作为业界各个工作岗位有意义的参考指导。

参考文献

[1]国家电力公司.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求[S],2000.

[2]朱安,帅军庆.关于110kV、35kV变电站综合自动化系统的功能要求[J].电网技术,2010,21(1):55-57.

[3]顾拥军,皮卫华,杨承胜,等.变电站防误闭锁应用分析[J].继电器,2009,33(2):66-70.

干扰设计论文范文7

【关键词】干扰 骚扰 屏蔽 滤波 可靠接地

1 概述

机车无线通信设备电磁兼容设计试验分析以4139C电磁兼容试验为例进行展开。目的是通过4139C电磁兼容试验积累的经验,使大家对电磁兼容设计有一个较实际的认识,为以后相关产品电磁兼容设计提供参考。

2 4139C电快速瞬变脉冲群抗干扰试验

4139C电快速瞬变脉冲群抗干扰试验过程记录如下:

设备组成(主机)+(MMI)+(送受话器)+扬声器

电源线脉冲群测试:

±2000V脉冲群MMI出现屏幕抖动现象,送受话器听筒中有嗒嗒声。

控制电缆脉冲群测试:

±2000V脉冲群MMI出现屏幕抖动现象,送受话器听筒中有嗒嗒声。使用蛇皮控制电缆后屏抖消失,有嗒嗒声。

措施及效果:MMI接地线加粗、主机接地更改为A、B子架串接接地后,电源线脉冲群试验屏抖消失,送受话器听筒中有嗒嗒声。控制电缆脉冲群试验屏抖减轻,送受话器听筒中有嗒嗒声。继续增加措施,主机B子架电源输入增加滤波器、MMI输出输入接口处均增加三端滤波电容后不良现象均消失。

结论及分析:当接地不好,干扰信号到达壳体后瞬间积存,无法实现快速良好泄放到大地,导致设备的薄弱环节受到干扰。电源线和信号线增加滤波措施也是十分必要的。如MMI端增加滤波电容、主CB子架电源入位置增加滤波器后阻断干扰信号进入设备的通路,从而MMI屏抖消失。

3 电源线传导骚扰、空间辐射骚扰

电源线传导骚扰:电源线的传导骚扰,150K―500K超标(正线、负线)。辐射骚扰:80M、140―150M水平和垂直方向超标。传导骚扰措施:在原有基础上电源线入前端增加3级滤波器。电源线的传导骚扰,通过。试验曲线如图1所示。(正负线)

辐射骚扰措施:B子架电源入壳体内部增加3级滤波器后80M和140M―150M水平和垂直方向超标。使用探测头对整体设备进行辐射测试:整体设备均存在干扰。

更换MMI(显示屏装配导电膜)现象一致,MMI屏幕干扰有所减轻(效果不明显),去除MMI控制电缆后除A、B连接电源电缆有干扰外所有干扰均消失,更换A、B连接电源电缆为屏蔽电缆后所有干扰消失,去除送受话器和扬声器连接后从新连接MMI控制电缆后干扰存在,但有所减轻。打开MMI后盖后对MMI内部探头测试,发现MMI工控机和液晶屏连接电缆(扁平)对测试设备辐射干扰严重。装好MMI后重新连接送受话器和扬声器干扰恢复。经过上述试验分析初步认为MMI内部辐射信号通过对外连接器串入外接电缆中,对主机造成影响,主机体现出的辐射信号并非主机自身产生。

使用导电布将MMI(显示屏未装配导电膜)包裹,对设备各单元逐一进行探头测试,主机整体干扰较以前测试结果有所减轻。在MMI端送受话器插座前端焊接三端1000Pf电容后测试送受话器通过。去除导电布开盖检查液晶屏导电处理方式并将后盖缝隙用导电布粘贴后合拢进行发射测试均安全通过。去除手柄连接通过更可靠。所以,断定MMI为干扰源。

干扰频率为工控机工作频率的倍数,因此断定干扰主要存在于工控机和液晶屏(干扰频率可以看出)。

更改测试方式增加所有措施,主机电源入加滤波器、MMI(缝隙导电处理、对外接口焊接三端滤波电容)、扬声器、送受话器(螺旋线加磁环)、各连接电缆均使用屏蔽缆,安全通过测试。再去除任何一项措施测试结果均恶化。

4 结论

电源线传导骚扰与电源滤波关系密切。4139C内置电源滤波电路不起作用,主要原因是滤波电路与电源电路同在一个壳体内,使骚扰信号在滤波器前端通过空间辐射对电源进行二次干扰,使用印制板固定孔接地不可靠。最佳效果为电源滤波电路与电源电路应独立,且电源滤波电路使用导电良好的壳体密封,固定在设备壳体上。滤波器必须放在电源入的前端,滤波器接地必须良好(滤波器中的共模电容只有在接地时才能起滤波作用,特别是π型滤波器接地不良时,相当于电容和电感并联,完全失去了滤波作用)。

参考文献

[1]Clayton R.Paul著,闻映红译.电磁兼容导论[M].机械工业出版社,2006.

[2]郭银景.电磁兼容原理及应用教程[M].北京:清华大学出版社,2004.

作者简介

王朋(1976-),男,山东省泰安市人。天津大学机械学院2013级工业设计硕士在读,部级设计中心副主任,高级工程师。研究方向为产品设计。

李学冲(1981-),男,天津市人。天津大学机械学院2013级工业设计硕士在读,结构工程师,结构设计高级工程师。研究方向为结构设计。

干扰设计论文范文8

关键词:机载雷达;功能仿真;电子干扰;探测性能

中图分类号:TN959;V243.2文献标识码:A 文章编号:1673-5048(2013)04-0052-06

DetectionPerformanceSimulationofAirborneRadarunder FleetJammingCondition

WANGLiangui,WANGXudong,PANMinghai

(CollegeofElectronicandInformationEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)

Abstract:Intheprocessofelectroniccountermeasure,thesimulationaboutthedetectingabilityof airborneradarsystemisanimportantpartofmodernbattlefieldenvironmentsimulation.Functionalsimulationisusedinlargesystemofelectronicwarfaresimulation,becauseitissimpleandeasytouse.Under fleetjammingcondition,andbasedonfunctionalsimulationandmathematicalmodel,thispaperpresents theinfluenceofdifferentnumberandstyleofjammingsourceontheradar’sdetectionperformance.Numbersofresultsshowthatthedesignrealizesthegoaltoevaluatethedetectionperformanceofairborneradar underfleetjammingcondition.

Keywords:airborneradar;functionalsimulation;electronicjamming;detectionperformance

0 引 言

高科技战争条件下,电子对抗日趋激烈,战场电磁环境异常复杂[1]。雷达电子战系统包括雷达系统、探测系统、雷达干扰系统和相关武器系统。雷达干扰机是主要的电磁攻击系统装备[2]。面对干扰系统的干扰,机群联合攻击有利于发挥机群编队成员的协同作战能力,最大限度地提高编队的整体战斗力。模拟机载雷达在机群联合攻击条件下,受到不同数量、样式、时间特性的干扰时,其探测性能变化情况,是战场复杂电磁环境功能仿真的重要组成部分。

本文对雷达、目标、干扰源以及他们之间的交互关系进行数学建模,在一定地理环境背景下,想定敌方机群编队攻击我方某一战略要地,我方实施机群拦截,追击过程中敌我双方进行电子战博弈,释放各种有源干扰。在此过程模拟各种干扰源的工作参数、工作性能和工作时序,并观察敌我双方雷达探测性能的变化。大量仿真结果表明,该设计能够真实反映各种典型的电子对抗样式对机载雷达系统探测性能的影响,模拟机群联合干扰条件下雷达探测性能的变化。

1 仿真数学模型的建立

数学仿真是以数学模型为基础的仿真,即用数学模型代替实际系统进行试验,模拟系统实际情况的变化,用定量化的方法分析系统变化的全过程。仿真数学模型的建立,是机群联合攻击条件下雷达功能仿真必不可少的重要环节。

1.1 实时动态仿真的建立

为仿真建立运动模型是仿真的初始条件。仿真中,设置敌方机群编队的运行轨迹为直线形式(采用平面直角坐标系),即每隔一个仿真步长,敌方机群编队的实时位置以直线形式向前推进一步。而我方地理位置需要根据敌方当前位置确定,常用的计算方法有追踪法、平行接近法、比例引导法[3]。这里采用追踪法。

追踪法又称追踪曲线法,要求追踪方速度矢量在任意瞬时准确地瞄准目标,即速度矢量vs与敌我方相对距离矢量R在指向上一致(如图1所示)。

图中:Sx0,y0()为源(我方)位置;Tx2,y2()为目标(敌方)位置;vT为其速度矢量;l为单位仿真时间内,源飞行的距离。源的下一仿真时刻的位置Sx1,y1()则需要根据图1的几何关系计算,为

在多机群目标的战场坏境下,则需要根据探测到的目标机位置,时刻改变自身的飞行方向,实时动态追踪。

1.2 雷达暴露区计算模型

载机在空中飞行时,会受到敌方干扰,存在干扰时,雷达探测距离将会被压制,其暴露区的大小与多种因素相关。

1.2.1 无干扰时雷达最大探测距离计算模型

无干扰时,机载雷达暴露区为雷达的最大探测距离:式中:Pt为雷达发射平均功率;Gt为雷达发射与接收增益;σ为目标的雷达反射截面积;λ为雷达反射波长;L为损耗因子;k为玻尔兹曼常数,值为1.38・10-23J/K;T0为参考温度,取290K;NF为噪声系数;Br为雷达接收机瞬时带宽;(S/N)min为雷达系统最小输出信噪比。

1.2.2 存在干扰时雷达暴露区模型

机群联合作战情况下,雷达、目标与干扰机的空间位置关系如图2所示。

真实战场环境下(多编队干扰),机载雷达系统接收到来自目标的回波信号和干扰机的干扰信号。根据压制系数[4]的定义以及进入到雷达系统的目标信号功率和干扰功率,可得到多干扰情况下雷达暴露区的计算公式:式中:Kj为干扰压制系数;n为脉冲积累数;Pji为第i个干扰源(干扰机或干扰吊舱)的发射功率;Gji为第i个干扰源的发射增益;θ为以雷达为中心,干扰源与目标机之间的夹角;Gji(θ)为干扰源对准的雷达主瓣(或副瓣)增益;Rji为雷达与干扰源的距离;L为损耗因子。Xi为一个系数,实际程序仿真计算时与以下几个因素有关:

(1)Jam():干扰源是否开机,以及开机时是否在干扰周期内。如果同时满足以上两个条件,函数返回1,否则返回0;

(2)In():扰雷达是否在干扰源主瓣范围内。干扰源干扰某一雷达时,仍可能对其他雷达造成干扰。在主瓣范围内时返回1,否则返回0;

(3)EfcPP():有效干扰功率。只有当干扰源干扰频率带宽部分或者全部落入雷达带宽内时,干扰才会起作用,否则干扰无效。该函数返回干扰源带宽落入雷达带宽内的比例值。

系数Xi为以上3个函数返回值的乘积。当Xi为0时,雷达暴露区为最大探测距离。1.3 目标有效反射截面积RCS模型

常用的用于模拟RCS的简单模型是Swerling模型,有SwerlingⅠ,SwerlingⅡ,SwerlingⅢ,SwerlingⅣ四种[5]。在复杂目标(如飞机)的仿真过程中,对应于第1,2类Swerling模型,雷达瞬时RCS服从负指数分布,数学模型:

σ=-σ0lnx

式中:x为服从[0,1]均匀分布的随机数;σ为目

标瞬时RCS;σ0为目标平均RCS。

1.4 天线方向图模型

此模型主要用于计算当雷达天线在空间扫描时,第i个干扰源与雷达连线方向上雷达的增益Gti(θ)。雷达天线的种类多种多样,不同天线其数学模型也不同,在没有实测方向图时,可以用以下模型[6]进行简化:

式中:θti为第i个干扰源和雷达的连线与雷达主瓣之间的夹角,Gt为雷达增益。当天线方向图为锐波束时,取系数K=0.07~0.1,当天线方向图为窄波束时,取K=0.04~0.06。1.5 有效干扰功率计算

在干扰源干扰雷达的过程中,只有当干扰源干扰频率带宽部分或者全部落入雷达带宽内时,干扰才会起作用,否则干扰无效[7]。常见的有源压制性干扰有阻塞式、瞄准式和扫频式干扰[8],虽然干扰样式不同,但有效干扰功率计算原理相似。

定义有效干扰功率系数为EfcPP,其表示落入雷达带宽内的干扰信号带宽与雷达带宽的比值,由EfcPP可确定有效干扰功率为:P=EfcPP・Pj。其中EfcPP的计算分为以下几种情况(fj为干扰源中心频率,Bj为干扰源带宽,fr为雷达中心频率,Br为雷达带宽)。

(1)干扰信号带宽大于雷达带宽

a.干扰信号频带完全不与雷达频带重合此种情况下:EfcPP=0。

b.干扰信号频带部分与雷达频带重合

如图3所示,此时只有落入雷达频带范围内的干扰功率起作用,此种情况下:

c.干扰信号频带完全包含雷达频带

如图4所示,此时干扰信号频带完全覆盖雷达信号频带,多出现在阻塞式干扰情况下,此时:

EfcPP=Br Bj

(2)干扰信号带宽小于雷达带宽

a.干扰信号频带完全不与雷达频带重合

此种情况下:EfcPP=0。

b.干扰信号频带部分与雷达频带重合

如图5所示,干扰信号功率部分进入雷达系统,此时:

c.干扰信号频带完全包含于雷达频带内

如图6所示,此时干扰源频带完全落入雷达频带内,多出现在瞄准式干扰、扫频式干扰情况下,此时:EfcPP=1。

机群联合攻击战场环境下,需要考虑不同干扰样式对机载雷达系统的作用,通过有效干扰系数计算有效干扰功率[9],从而评估不同的干扰样式对雷达系统的干扰效果。

2 软件仿真实现2.1 算法流程

如图7所示,系统仿真敌我双方在飞行过程中,通过释放各种有源干扰,模拟各干扰源的工作参数、过程、性能等,并观察敌我双方雷达探测性能的变化。

2.2 仿真示例

为了方便记录数据,仿真过程中将敌我双方编队位置设置为固定,敌方编队释放有源干扰(以自卫式干扰为例),观察雷达暴露区变化。

2.2.1 部分参数设置

本次测试设定我方有1个编队,敌方有2个编队,队内飞机架次为3架。仿真过程中,在某一空域敌我遭遇,并进行电磁干扰演练。各参数设置如下:

(1)各编队中心坐标如表1所示。

(3)敌方干扰源参数如表3所示(其中扫频式干扰扫频速度为10MHz/s)。

(4)其他部分参数设置

仿真中设置的参数较多,其他参数如目标机平均RCSσ0=5m2,雷达天线发射接收综合损耗6 dB,接收机噪声系数5dB,干扰压制系数Kj=10等。

2.2.2 仿真结果

(1)无干扰情况

当敌方未释放干扰资源时,我方雷达暴露区为一半径为267.84km的圆,说明无干扰时雷达探测距离为267.84km。

(2)敌1编队实施阻塞式干扰,敌2编队不实施干扰

如图8所示,此时雷达暴露区的形状呈现“心形”,雷达暴露区在部分方向上的数值如表4所示。

我方雷达在敌方1编队方向上探测距离下降到16.17km,其他方向上的暴露区与无干扰时相比,均有不同程度的减小。

(3)敌1编队实施瞄准式干扰,敌2编队不实

施干扰

与第二种情况相似,但此时雷达暴露区整体比第二种情况更小,此时雷达暴露区在敌1编队方向上的探测距离下降到8.09km。可见瞄准式干扰效果强于阻塞式干扰。

(4)敌1编队实施扫频式干扰,敌2编队不实施干扰

与第三种情况相似,但此情况下,雷达暴露区会周期性整体变大或者变小,原因在于扫频干扰时,干扰频带会周期性地进入或者跳出雷达频带范围。某时刻仿真结果及数据如图9和表5所示。

(5)敌1编队实施阻塞式干扰,敌2编队实施瞄准式干扰

如图10所示,此时雷达暴露区在敌1,2编队方向上均存在较大凹陷,在两方向上探测距离下降到16.17km和9.27km。2.2.3 仿真结果分析

在实际仿真过程中,可改变多种参数来观察不同参数变化对雷达探测距离的影响,以上述仿真示例为例,可以得出以下结论:

(1)在干扰效果方面,瞄准式干扰的效果最佳,扫频式干扰次之,阻塞式则较差;

(2)机群在暴露区外时,雷达发现机群概率较小,而位于暴露区内时,雷达能可靠地发现目标。只有在探测雷达与机群连线方向上实施干扰才能有效地掩护机群;

(3)一个机群一般配置一个干扰源(可自卫式干扰、随队护航干扰或者远距离支援干扰)就已经足够,过多的干扰源不会明显提高压制效果,反而会增加资源浪费,同时增加对方发现自身的几率。

此外,通过仿真还可以发现:雷达与干扰源距离越小,雷达暴露区被压制得越厉害;对于随队护航和远距离支援干扰,必须在雷达与机群的连线上或者附近进行干扰(干扰信号进入主瓣),否则不能起到较好的掩护作用。

实际评估干扰源效果时,要综合考虑各方面实际因素,比如干扰样式的选择,既要考虑干扰效果,又要考虑干扰资源的实现。对于瞄准式干扰,要求较高的频率瞄准度,而扫频式干扰则只在干扰源频带掠过雷达载波频点时才有效,阻塞式则一般可以在整个阻塞带宽内对雷达实施干扰。从此方面考虑,则阻塞式干扰较优,扫频式、瞄准式干扰次之。

3 结 论

本文提供的仿真模型适合一般有源干扰的功能性仿真,实现了多编队、多干扰样式机群联合攻击时对机载雷达探测距离的仿真。仿真中可改变初始兵力设定参数,模拟仿真不同联合攻击条件下雷达性能变化。通过友好的界面,可以选择设定不同参数(如选择干扰样式,设置编队形式等),模拟不同干扰条件下雷达性能的变化情况,为仿真提供了方便。此外,软件采用的模块化设计(如

天线模型),便于软件后期的更改与优化,为系统的升级提供了便利。

此外,根据本文论述的理论,可以扩展模拟无源干扰(箔条、角反射器以及假目标干扰)情况下雷达性能变化,同时双方均可在飞行过程中释放不同干扰,实现了敌我双方机群飞行中的博弈。

由于现实场景的复杂性以及计算机处理能力的有限性[10],无论何种方法都不能完全真实再现现实战场环境。本文实现的功能仿真,从简单、实用、可靠等方面模拟了机群联合电磁干扰条件下雷达的性能变化。然而为了更加真实模拟此种场景,必须考虑地海杂波等情况,因而要真实再现战场环境,还需要进一步研究与改善。

参考文献:

[1]徐秉佑.超视距目标指示的研究与实践[J].雷达与对抗,1995(3):41-45.

[2]JiangShouda,LinLianlei.UseSupportVectorMachine toEvalulatetheOperationalEffectivenessofRadarJammer[J].USA:IEEEComputerSociety,2007:522.

[3]王雪松,肖顺平,冯德军,等.现代雷达电子战系统建模与仿真[M].北京:电子工业出版社,2010:339-341.

[4]王国玉,肖顺平,汪连栋.电子系统建模仿真与评估[M].长沙:国防科技大学出版社,2000:290-293.

[5]MahafzaBR,ElsherbeniAZ.MATLABSimulationsfor RadarSystemsDesign[M].Florida:Chapman&Hall/CRC,2003.

[6]陈伟华,张永顺.随队干扰环境下雷达暴露区算法[J].弹箭与制导学报,2004,24(2):383-385.

[7]BachmannDJ,EvansRJ,MoranB.GameTheoreticAnalysisofAdaptiveRadarJamming[J].IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystems,2011,47(2):1081-1100.

[8]MaXiaoyan,QinJiangmin,LiJianxun.PatternRecognitionBasedMethodforRadarAntiDeceptiveJamming[J].JournalofSystemsEngineeringandElectronics,2005,16(4):802-805.

干扰设计论文范文9

关键词:电气工程;电子设备;变频器;干扰;解决策略

DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.195

随着现在经济和科技的不断发展,在电气工程中,电子类设备以其可靠性好、精确性高等特点逐渐的被广泛应用。但随着高科技设备设施的进入,各种问题会随之而来。在现在的电网中存在着如电磁、谐波等各种干扰,而电子类设备对这些干扰较为敏感。其可影响电子类设备的正常工作,降低其可靠性,增加误码率,使图像扭曲变形,控制信号误动作等。但在电气工程中却往往在设计、施工时容易被忽视,从而造成个别电子类设备受到影响而出现故障,给使用方留下深深的质量安全隐患和不便。下面作者就结合实际电气工程经验通过三个常见案例对干扰在电气工程中的影响做一个简要的分析,并找出合理的解决对策以供参考。

1 工程案例及影响

案例1: 某综合百货商场依据《民用电气设计规范》消防用电均为一级负荷,消防配电箱采用双电源供电,配置为北元BQ3型分体智能型双电源自动转换开关,各主动力箱主断路器下设有JNA-630/E型剩余电流式电气火灾监控探测器,主电力电缆(型号为YJV-4×120+1×70)布线方式为桥架式明敷。其问题为在使用半年后部分自动转换开关频繁出现错误故障代码、不动作等问题。联系厂家进行了多次换件维修后,此问题仍不能解决。另,在主动力箱内的剩余电流式电气火灾监控探测器,也出现频繁报警。对此笔者通过检查发现主电缆桥架内的三路主电力电缆混敷在桥架内,导致在三相电压平衡,任意一路电缆正常输送电,其余两路隔断电源及负载的情况下,使用经检测合格的绝缘电阻表、万用表分别测量,其绝缘程度均符合国家标准。但断电电缆内仍有对地12v-36v的感应电压,根据法拉第电磁感应定律此电压应为电磁感应电压。为此,笔者分别将有故障的分体智能型双电源转换开关和剩余电流式电气火灾探测器多次更换在不同的环境予以检测,发现只有在有电磁干扰且干_达到一定程度的情况下才会出现上述故障,而在无干扰的情况下设备工作一切正常,因此得出结论,电磁干扰对电子类设备存在一定程度的影响,可以使其可靠性、精确性下降,产生误报或不予动作情况。

案例2:某住宅小区监控系统在使用过程中其某分区3个摄像头传输的视频信号经常出现波纹,为此笔者对其设备进行了系统性的检查。摄像头在采集点用DT-V31监控测试仪检测视频信号正常,检查各接口连接良好,传输线路距离在规定范围内。后又更换了电源适配器,但故障还是没有解决。于是便对信号传输线路(线路采用的网线综合线)沿线进行检查,最终发现因后期改造需要,有一路YJV3*25+2*16的五芯电力电缆与其信号传输线路重合,导致电磁干扰信号传输,使视频信号出现波纹等情况。将其分开1米以上则问题得以解决。因此,可看出电磁干扰也会对各类信号传输线路产生降低信号传输的可靠性,增加误码率,使图像扭曲变形等影响。

案例3:京东商城某库房内监控设备经常出现监控画面波纹干扰,无法看清画面等现象,其内部维修人员多次检查均未发现问题。笔者断电后测试其地线与钢结构房均有36v感应电压。后又经多次检查,发现其供给电源与供水变频泵是同一电源,只要供水泵工作,就会产生谐波辐射于线路,与其同路供电的监控设备就会出现干扰现象。后来把供水变频泵改为另一路电源供电,监控设备干扰现象消失,一切恢复正常。此后再未出现干扰现象。由此可见变频器在运行中产生的高次谐波,会对供电系统、负载及其他邻近电气设备产生干扰。

2 解决对策

通过以上三个案例,我们可得出电网中的干扰可对电子类设备及其信号传输线路产生降低可靠性,增加误码率,使图像扭曲变形、控制信号误动作等一系列影响,为此为了抑制干扰在设计、施工过程中应考虑到必要防护措施。

对电网中干扰的防护,笔者认为,应该在设计、施工中注意以下几个方面:

(1)在电气工程设计时尽量选择结构及材料有抗干扰性的线路及设备。

计算机设备、通信、电子、变频等设备,应选用有金属材料制成的箱、盒、柜、架,使其成为法拉第笼形式,并加上正确、良好的接地系统,在一定程度上会加强电子设备抗干扰及变频器等对外干扰的能力。

对于需要信号传输比较准确的弱电线路,应根据用户要求,结合周围环境状况进行考虑,尽量选择有屏蔽层的电缆,可以增强抗干扰、防辐射的能力。

(2)注重线路布线时间距及设备离不同干扰源间距的影响。

由上面案例可看出,除在设计、施工布线时,采用屏蔽做好接地,以提高自身的抗干扰,防辐射外,还应尽可能的保持各路电力电缆间距及电力传输线与信号传输线的间距,电子类设备及其信号传输线应尽可能地远离干扰源,以减少其对系统正常运行的影响。

(3)对产生谐波干扰的设备,单设线路供电。

如例3所述,供电线路中有产生谐波干扰的变频器等设备时,在设计、施工时除对其进行单独供电外,还应该尽量将其进行金属框架全包围隔离并良好接地,将其干扰环境隔离,以免通过空间、线路传输影响到其他设备。

(4)加装电源抗干扰滤波器,以净化电源。

另,除上述方法外,在实际中还应根据具体情况在电源进线端和接负载侧同时加装相应的电抗滤波器,以消除谐波净化电源,尽量减少电磁及谐波对电网的污染。

3 结语

总而言之,随着科学技术的发展,在电气工程中随着各种新型设备的不断进入,各种问题也会随之不断的出现。只有不断的加强学习,对问题具体分析具体对待,结合实际条件采取适应性最强的解决对策,才能使问题能够完全避免或在较大程度上获得解决,将其对电气工程的影响控制在一个较小的范围内,为使用者的工作生活提供可靠的安全质量保障,以促进电气工程企业的长期稳定发展。本文仅代表作者个人意见,如有不恰当或者遗漏之处还望广大专家同行批评指正。

参考文献:

[1]何金良,赵伟.现代电气工程师使用手册[M].中国水利水电出版社.

干扰设计论文范文10

Do?Yun Kim分析了阅读器空中接口的射频参数,通过公式推导和数值仿真,给出了多阅读器下识别距离的变化情况。

本文基于Nakagami?m信道和最大比合并算法,研究密集阅读器环境下多天线分集RFID系统的识别性能,推导识别距离的计算公式,并将符合ISO 18000?6C标准[9]射频参数的同道干扰仿真与计算式结果进行了对比验证。

1 密集阅读器环境分析及系统模型

UHF RFID系统的同信道干扰存在三种情形:

(1) 多个标签散射信号干扰阅读器解码;

(2) 其他阅读器信号干扰单个标签解码;

(3) 密集阅读器时彼此互相干扰。

情形1最常见,当阅读器同时识别多个标签时即出现,已有大量文献通过改进经典的ALOHA和树状搜索等算法解决此种干扰,并已在ISO18000?6C等主流国际标准中采用。UHF RFID系统采用无线功率传输和无源标签使得情形2几乎不会对系统识别性能产生影响,这是因为实际应用时阅读器均负责各自识别区域,标签接收的主阅读器信号功率远大于干扰阅读器的信号功率,否则根本不能被激活。情形3通常出现在超市和仓储等密集阅读器环境,主阅读器接收的标签反向散射调制信号极其微弱,其他阅读器将对主阅读器产生同频干扰,本文主要针对此情形,通过研究此种干扰对多天线RFID系统的反向识别距离(RIR)均值的影响,度量系统抗扰能力。

图1给出了双站天线类型的多天线分集UHF RFID系统模型[7]。

图1 多天线分集UHF RFID系统模型(双站天线类型)

模型中

2 密集阅读器环境识别距离

文献[2?3]对UHF RFID系统的反向链路信噪比进行了研究,给出了阅读器接收信噪比可由式(1)计算:

[SNR(db,t)=βPtGtGrGtagMP20d-γfd-γbhf(t)2hb(t)2N0] (1)

式中:[β]表示阅读器接收与实际标签散射信号功率比值; [Pt,][Gt,][Gr]为阅读器发送功率及发送接收天线的增益;[Gtag]为标签天线增益;[M]为标签调制因子;[P0]为单位距离发送功率;[df,][db]为前向和反向链路距离;[γ]是Nakagami?m链路衰落因子,且自由空间有[γ=]2;[N0]表示加性高斯白噪声功率。[hf(t)]和[hb(t)]为时间信道参数,一般情况下,均可认为信道为平稳的,本文下述推导基于此假设。

假设二维平面上均匀分布着[MI]个干扰阅读器,对主阅读器产生了干扰,文献[8]给出了此时的干扰功率([I0])的计算式为:

[I0=PtβGtGrP0d-γminLDγ2-1d2max-d2mind2min-d2maxdmindmaxγ] (2)

式中:表示发射天线阵列权值向量,则由式(1)和(2),可得接收信号干扰噪声比(SINR)为:

(3)

式中:[HI(k)]表示第[k]个干扰阅读器至主阅读器的信道矩阵,大小为[Mt×Mr。]

主阅读器识别距离即由SINR决定,下面基于Nakagami?m模型,推导其数学期望。实际应用时,人为的,主阅读器与干扰源间将不存在视距情形,可认为干扰信号经历了独立同分布的瑞丽衰落,故若令:

(4)

式(3)中SINR的分母可写为:

[z=I0y+N0] (5)

由式(3)求得反向识别距离[db]均值的计算式为:

[Edb=k12γ?Ehf2hb212γ?Ez-12γ] (6)

其中:

(7)

[y]服从gamma分布,且参数为(1,[MI]),即:

[y~Γ1,MI] (8)

概率密度函数(pdf)为 :

[fyy=yMI-1ΓMIe-y] (9)

则式(3)中分母的pdf函数为:

[fzz=z-N0MI-1I0MIΓMIe-z-N0I0] (10)

故可采用数值方式求得SINR计算式中分母[z]的数学期望。若存在干扰,则其功率将远大于白噪声功率,则[z≈I0y],则[z]的期望值解析表达式为:

[Ez-12γ=ΓMI-12γI012γΓMI] (11)

将式(1)代入式(6)得反向识别距离[db]的均值计算式为:

[Edb=k12γ?ΓMt+12γΓMr+12γΓMtΓMr?ΓMI-12γI012γΓMI] (12)

3 数值实验

本实验对多天线RFID系统反向识别距离均值随阵列子天线数目[Mt(Mr)、]干扰阅读器数目[MI]和链路衰落因子γ等参数的影响,进行仿真研究。仿真参数根据国家无线电管理委员会相关规定[9]和ISO18000?6C标准[10]选取,见表1。

表1 数值仿真参数

主阅读器与其他干扰阅读器的分布图如图2所示,图中共[MI]个干扰阅读器,第[i]个和第[j]个阅读器至被扰阅读器有最大最小距离,其他间距取均匀分布于区间[[dmin,dmax]]的数,阅读器间链路为Nakagami?m随机多径信道。

图2 仿真阅读器分布图

对专业提供论文写作、写作论文的服务,欢迎光临dylw.net比单天线系统,图3给出了不同Nakagami参数[m]值,多天线分集系统反向识别距离(RIR)随子天线数目[Mr](假设[Mr=Mt])变化的情况。实验表明:仿真结果与计算值保持一致;所采用子天线数目越多,所获得增益越大;且多径越严重,RIR增益越明显。特别地,当[m=]20 dB,且子天线数为5时,能获得1.33倍的RIR增益。

图3 RIR均值增益随子天线数目变化曲线

瑞丽信道([m=]0 dB)下,RIR均值随干扰阅读器数目变化的曲线如图4所示。仿真结果表明:当干扰源数量增加时,RIR均值将逐渐减小,特别地,20个干扰阅读器时,RIR均值减小至0干扰的65%;对于不同的阵列天线数目[Mr,]RIR均值减小同等比例,说明与天线数[Mr]无关,仅与干扰源数目有关,可知对于多天线RFID系统,增加阵列天线数并不能对抗多阅读器干扰。

图4 RIR均值随干扰阅读器数目变化曲线([m=]0 dB)

图5给出了[Mr=]3时,仿真值与计算值之差的变化情况。由图可知,除干扰源数[MI=]0外,该差值是随着干扰源数量的增大而减小的,这说明仿真越来越接近均匀分布的密集阅读器环境。仿真结果与理论计算值保持一致。

图5 误差随干扰源变化情况

干扰设计论文范文11

关键词: 塌陷地;干扰理论;景观;生态城市

中图分类号:P62文献标识码A 文章编号

Abstract: The development of mineral resources to meet the people's demand for resources at the same time, also makes the mine the original geographical environment and ecological landscape pattern around the city has undergone profound changes, the ground subsidence is one of. With the continuous expansion of city size, the mining subsidence on the city development pattern has obvious restricting effects. With the ecological city concept, requires the resource type city of mining subsidence ecological landscape reconstruction, thus providing a new opportunity for the development of the city. This paper is based on the outskirts of Xuzhou woniu coal mine subsidence land as the main research object, using the interference theory to analyze the effects of human disturbance on the landscape ecology, on the basis of the landscape planning method in the mining subsidence.

Keywords: subsidence; interference theory; landscape; ecological city

1矿区塌陷地概况

对生态系统而言采矿即是对原有生态景观的一种强烈的人为干扰,塌陷地属于其造成的干扰斑块之一。地面塌陷是由于井工式开采造成地下空洞,由于回填不及时引起地面部分塌陷的现象,这种现象深刻的改变了原有生态景观格局。以徐州市马庄煤矿为例,井田面积约为310.33km2,塌陷地面积约为259km2,占井田面积高达83.27%。据统计截止2011年仅徐州市共形成24.1万亩,且部分井田仍未沉稳。徐州地区潜水水位位于地下1-1.5m处为高潜水位地区,这使得徐州地区内往往形成大量的季节性或永久性积水。部分塌陷地积水深度达到5m以上,复垦难度大。据统计徐州地区常年积水区占整个塌陷区的15%左右,季节性积水面积占30 %左右1,对区域和整体城市发展产生极大影响。

受采矿活动的影响矿区井田内生态系统处于逆向演替过程中,这一过程中不仅仅是地面出现塌陷,受采矿活动影响矿区周边植被、土壤和水体特别是矿区塌陷地内的积水均存在严重的污染。通过景观设计的方法能够实现对生态景观的重新构建,降低人为干扰。

2.干扰理论的发展与应用意义

干扰理论主要应用于生态的恢复中,上世纪80年代美国的生态学家Pikett和White在其著作《The Ecology of Nature and Path Dynamics》一书中就提出“干扰是自然界中无处不在的一种现象,直接影响着生态系统的演替过程”1。干扰理论以干扰系统与生态系统之间的关系为研究对象,侧重于通过对干扰因子和干扰下生态系统的响应进行有目的的干预,从而实现生态重建的目的。

对于矿区塌陷地而言干扰理论的应用具有以下意义:首先,矿区塌陷地生态景观受人为影响程度较深,通过对干扰进行系统的分析能够为矿区塌陷地生态景观的修复提供依据。其次,采矿后形成的大面积干扰斑块使得区域景观出现均质化,通过以景观修复为目的的干扰能够恢复景观的异质性。最后,根据中度干扰增加景观多样性的原理,能够为人为干扰强度和景观生态的管理提供借鉴。

3.干扰理论在徐州卧牛矿区塌陷地景观设计中的应用

3.1卧牛矿区塌陷地概况

区位条件。卧牛矿隶属闸河煤盆地,1962年投产至2007年封井,开采周期45年。卧牛矿区塌陷地紧邻徐州市西三环,距徐州市市中心仅6.9公里是距徐州市区最近的矿区塌陷地。矿区地面为平坦的黄土层覆盖,大部分为农田和塌陷区积水。塌陷地区域内包括汉王镇的火花村、史庄和马山村3个居住片区。

气候条件。徐州市属暖温带季风气候区。年日照时数为2284至2495小时,日照率52%至57%,年均气温14℃,年均无霜期200至220天,年均降水量800至930毫米,雨季为7至9月,占全年降水量的67%以上。年最大降水量1297.0mm(1958年),年最小降水量500mm(1988年),主导风向东北偏东。最大冻土厚度24cm。

3.2人为干扰对矿区塌陷地生态景观的影响分析

3.2.1矿区塌陷地景观破碎化

对于矿区塌陷地而言强度较高的人为干扰能够引起景观的破碎化,并由此导致的原有生态平衡被打破。采矿活动对对生态景观中单一元素的干扰能够引起其他元素的协同响应,从而导致了整体景观的演替。景观破碎化的表现包括地形、水体、土壤等方面。其中地面塌陷引起地下水潜水和降水的汇集,使得塌陷区内形成大量的地表积水。这一干扰斑块的形成是矿区塌陷地景观破碎化的最主要表现。

在卧牛矿井田内,由于地面塌陷引起的积水面积达1257亩,占塌陷地面积的27.86%。在原有的景观中,其格局以农田、居住区、卧牛山、闸河为主组成的格局。随着干扰斑块的出现,原有景观格局开始出现破碎化。景观破碎化的另一表现为斑块自身结构发生变化。受干扰斑块的影响原本处于斑块内部较为规律的中心部分成为斑块的边缘,且是不稳定的生长边缘,斑块的稳定性降低(图3)。

3.2.2重金属向浅层土富集,导致矿区塌陷地土壤污染

在采矿过程中,必然伴随着地下深层土中其他矿物和煤矿被一同被采集至地表。经过选矿和加工后形成大量的矸石堆积,这其中包含着多种重金属元素,如Cu、Hg、Zn等。借助风力和雨水的作用由堆场向周边环境中扩散。区域内煤炭加工产业链形成了一定的聚集效应,其中仅卧牛矿厂和东侧建寰宇焦化厂内共设有3座矸石的堆场。由于矿区所处的徐州市盛行风为东北风,且矿区塌陷地位于矿区的西南方向同时地下水也向西南方向汇集,这就加重了塌陷区周边表土的污染。此外受煤炭运输的影响,矿区公路与铁路沿线周边的表土重金属富集程度也较高。受井工式采矿造成潜水运动不规律和特别是春季容易出现地下潜水向浅层土运动的现象,这就加剧了表土的污染。卧牛矿周边土壤重金属含量相对周边较高,pH 值介于5.3~6.5 之间,偏酸性。尽管经过当地农民自发进行的复垦行为,但土壤中营养元素的含量仍偏低7。

3.2.3矿区塌陷地水体的污染

水体是塌陷区景观中最为活跃的景观元素。但同时也是矿区塌陷地景观中受污染最重的元素。地表积水成为塌陷地中最大的干扰斑块。相对周边其他水体而言, 卧牛矿区塌陷地内的积水有着以下明显的特点:首先,边缘地质松散、驳岸脆弱。即使在地面沉降完成部分,大的降水过程也同样能够引起塌陷区积水边缘的坍塌,造成水土的流失。其次,缺少地表水补给。由于是地面塌陷形成积水,因此积水区缺少与其他地表水补给。尽管在塌陷初为了保证矿厂安全,塌陷地周边修建了多条水渠,但基本以排水为目的。同时塌陷地积水沿矿脉延伸未能形成与周边河流的贯通。目前卧牛矿塌陷地积水以降水和地下潜水为主要补给方式。这种方式使得水体自净能力差,且水量受季节影响较大。

3.3自然环境中干扰的消除与塌陷地景观格局重建

干扰的消除可以按照景观格局中的斑块、廊道和基质的单元分别进行处理。景观格局的重建不仅仅是消除污染,更重要的在于生态功能的恢复,因此在人为介入消除干扰的过程中必须包含对景观元素及其关系的调整。基于卧牛矿现状应规划以积水区建设的人工湿地和卧牛山为核心斑块,以水网和道路为基础的廊道,以农田为主的基质的生态景观格局。

3.3.1矿区塌陷地景观中“积水区”斑块的休整

尽管积水区是由于地面塌陷造成的人为干扰斑块,但通过排除干扰并采取一些措施使得积水区的生态实现正向演替,建设生态湿地和城市滨水景观区,从而成为塌陷区中的生态核心斑块。随着卧牛矿的停产和相关加工业的搬离,对塌陷区的干扰排除主要为遗留污染物的处理。第一,在塌陷地积水区北侧建立以湿生林木为主的防护林带,主要树种为能够更好的涵养水分的树种,能够有效地起到对北侧原矿厂旧址的污染土壤中的污染物质随降水和地下潜水扩散。第二,对北侧居民区和矿厂旧址区的雨水进行分流。目前,卧牛矿的排水渠直接将矿区和积水区进行连接,这就使得污染物随雨水向地面较低的塌陷地积水区流动。此外居住区中的污染源也容易随雨水汇入积水区,因此应当重新梳理矿厂和居住区进入积水区的排水渠,对此实行分流,将废水和雨水引入城市污水处理系统中。

3.3.2矿区塌陷地景观中“水网+道路”廊道的构建

由排水渠构成的水网和道路可以视为塌陷区景观的廊道。通过对廊道的梳理构建使其发挥对污染较重区域的“滤”的作用和斑块与周边景观单元的“通道”作用。水网的梳理包括对排水渠、积水区和周边河流建立连接形成大的水系。首先能够提高积水区水体与其他水体的交换,使积水区水量的稳定。其次利用排水渠汇水的作用建立雨水的回收体系和排洪体系。卧牛矿塌陷区周边自然水系包括北侧的故黄河、西侧的闸河和东南的玉带河。其中故黄河可作为补充水系,玉带河和闸河作为排水水系。在此基础之上利用原有的部分排水渠和灌溉渠组成支流水系,既能够为农田提供水源同时收集因大雨在农田内形成的地表径流。利用水网水资源丰富的特点,建立延水系林带。干渠两侧设立宽约6m的林带,支渠两侧设立宽约2.4m的林带。除水网外,依据塌陷区道路设置内外沿线林带。林带能够阻隔城市周边干扰因子使得塌陷区内的生态环境维持稳定。

4.结语

矿区塌陷地作为一种受强烈的人为干扰而形成的生态景观。而干扰系统的形成是由于人的经济、社会活动为诱因,人为采矿活动致使原有景观的生态功能丧失的过程。矿区塌陷地中的干扰因子包括:①地面塌陷致使景观格局破碎化,生态平衡性、稳定性降低。②景观单元的改变,包括污染元素的扩散致使矿区周边土壤污染。③在高前水位地区形成大面积的塌陷地积水现象,新斑块对周边造成的生态景观影响。此外,本文以徐州市卧牛矿区塌陷地的景观改造为例,提出了相对的干扰消除和景观格局重建的方法。

尽管干扰理论已经越来越受到重视,一些学者甚至提出了干扰生态学的理念。但在生态学中干扰理论目前发展并不十分完善,相关的理论缺乏在生态恢复与重建中的具体应用,同时对于干扰的定量与计算也尚不完善。例如,矿区塌陷地中受人为干扰造成的景观破碎度的计算与横向定级等。但随着相关理论的逐渐收到重视,干扰理论在景观设计中的应用一定能够日趋完善。

参考文献:

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陈利顶,傅伯杰.干扰的类型、特征及其生态学意义[J].生态学报.2000(7).581-586

彭少麟.恢复生态学[M].气象出版社.2007

魏晓华.干扰理论:一门必须重视的学科[J].江西农业大学学报.2010,32(5).1032-1039

同一

干扰设计论文范文12

关键词:无线物联;电磁环境;干扰成因;抗干扰技术;干扰评估

中图分类号:TN972 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2013)01-0046-03

0 引 言

依据物联网的定义,从信息传输的角度而言,物联网可以理解为“利用一切通信手段构成智能信息传输的网络”。而从大规模应用技术层面去考量,则多种通信手段的融合就带来了电磁兼容性问题,特别是在无线环境下,通信干扰问题将更加突出。

所谓电磁兼容性(EMC),是指电子系统或通信设备工作在指定的环境中,不至于由于无意的电磁辐射而引起性能下降或发生故障的能力;同样,这一系统或设备的工作也不影响其他系统或设备的正常运行。电磁兼容性的反面即电磁干扰(EMI),两者相互依存。

无线物联网作为一个复杂的通信网络,在通信抗干扰方面,虽然通信技术体制已给出规范并采取相应措施,但是,由于物联网的广泛性和基于无线环境,特别是目前尚无统一的协调机制,迫切需要进行研究并提出具体的综合解决方案。

对于任何一个电子系统或者是信息网络,最佳的EMC应该是从其设计开始就注意EMI问题;如果在原始的设计中没有对EMC引起足够的重视,则必须在投入使用以后采取更多的抗干扰措施,才能使多个系统和设备共存。

1 无线物联频谱特征概述

从通信层面去理解,物联网实质是要利用多种通信手段来构成“网”。从这个意义上讲,无论是有线或者是无线,甚至是光网络都存在兼容性问题。而对于无线网络,抗干扰将是永恒的课题。以目前物联网应用最多的短距离无线通信技术为例,如蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、无线USB (WirelessUSB)、无线局域网Wi-Fi(IEEE 802.11b/g)等,其频谱的拥挤情况就可见一斑。由于这些技术均选择了2.4 GHz(2.4~2.483 GHz)ISM 频段,再加上无绳电话和微波炉等干扰源,就使得该频段日益拥挤。图1所示是该频段的信号带宽和频谱分布。

由图1可以看出,在开放的工业频段,其频带的隔离度已非常窄,仅仅由于功率的远近效应和带外辐射及谐波干扰,就足以影响目前基于无线技术的物联网性能。因此,必须认真分析干扰因素和特征,并有针对性地采用抗干扰技术和措施[1]。

2 无线物联干扰因素和特征分析

物联网提出的时间并不长,同时需要利用多种通信手段,具有相当的复杂性。因此,本课题立足物联网中目前应用较多的无线技术,研究其相互依存和相互影响,借助像IEEE 802.15.4 标准中的抗干扰协调机制,对完善物联网的开发与应用具有非常重要的意义。就国内而言,物联网的研究与应用已成为业界的热门话题,但这些应用研究仅仅是局部的,或者是单一的,如桥梁健康监测与远程监控、人类健康监测、环境卫生监测、智能交通系统等。目前,无线方式用到的仅仅有RFID、Wi-Fi、蓝牙、无线传感网等,但未来大规模物联网应用,必然带来电磁兼容和抗干扰协调问题。

无线环境下,干扰和噪声主要分两类:一类是周期性干扰,如电台干扰;另一类是非周期性干扰,如脉冲干扰和平滑干扰。按噪声和干扰来源分,又有接收机内部噪声、天电噪声、宇宙噪声、人为噪声、无线电干扰等。一般而言,将天电噪声、宇宙噪声、人为噪声称为外部噪声,而将无线电干扰称为干扰[2]。

物联网中RFID、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等遇到的电磁干扰除了自身同频相互干扰以外,还来源于广播、电视、雷达、导航、工业等及无线通信系统,如微波中继通信、移动通信、各种无线网络等。总体来说,具体干扰成因有同信道干扰、邻道干扰、多径干扰、发信机的带外杂散干扰、接收机的寄生响应、阻塞干扰(含固定和动态)、互调干扰、工业干扰和自然干扰等。

3 抗干扰方法与措施

3.1 通信抗干扰技术与体制

现代通信抗干扰技术主要从时间域、频率域、功率域、空间域等几个方面着手,大多独立使用,但更多的时候为了提高抗干扰效果而综合运用。抗干扰技术的选择当然必须和通信系统的体制紧密结合起来,这样才能取得更好的效果。通信抗干扰技术是指实现某种抗干扰技术体制所采用的具体途径和技巧。从抗干扰技术层面而言,主要分成两大类,即扩谱通信抗干扰技术和非扩谱通信抗干扰技术。抗干扰的效能与通信干扰技术体制、通信设备用途、通信频率、数据速率和器件水平等密切相关[3]。

针对不同的通信体制,特别是无线技术,电磁兼容问题都有过相应研究和规范,并提供一些技术方案。以IEEE 802.15.4 标准为例,其内部就提供了三种机制来保证ZigBee在2.4 GHz频段和其他无线技术标准的共存能力。一是空闲信道评估(Clear Channel Assessment,CCA)技术。IEEE 802.15.4 物理层在碰撞避免机制(CSMACA)中提供CCA的能力,即如果信道被其他设备占用,允许传输退出而不必考虑采用的通信协议。二是动态信道选择技术。ZigBee 个人区域网(PAN)中的协调器首先要扫描所有的信道,然后再确认并加入一个合适的PAN,而不是自己去创建一个新的PAN,这样就减少了同频段PAN的数量,降低了潜在的干扰。如果干扰源出现在重叠的信道上, 协调器上层的软件要应用信道算法选择一个新的信道。三是选择信道算法技术。对比IEEE 802.11b 和IEEE 802.15.4 信道算法,有4 个IEEE 802.15.4 信道(n=15,16,21,22)落在3 个IEEE 802.11b 信道的频带间距上,这些间距上的能量不为零,但是会比信道内的能量低,将这些信道作为IEEE 802.15.4网络的工作信道可以将系统间干扰降至最小。

以上描述的只是通信链路层次抗干扰所涉及的基础技术和技术体制,即通信信道抗干扰问题。显然,未来的无线物联网不可能仅仅停留在通信链路上面,必然上升到通信网络层面,即通信网络的抗干扰。所谓通信网络,是指在一定范围内,通过某种协议,将同类通信设备或通信系统、通信链路、接口设备等互连而成的网络。相应的,通信网络抗干扰将更加趋于复杂。

3.2 通信干扰强度的评价

通信干扰总是有强有弱的。对于一个通信系统而言,最强的干扰发生在干扰信号的体积大于通信信号的体积。所谓信号的体积,即信号的功率、频率和存在时间之积。所以,要保证通信不中断,通信信号体积必须大于干扰信号体积[4]。

4 几种通信抗干扰技术性能分析

为对抗干扰信号,降低误码率,跳频技术在目前的无线物联网络中广泛使用。经过大量的试验和实测,现以无线环境下经常遇到的主要干扰,即固定阻塞干扰、动态阻塞干扰、多径干扰、白噪声干扰、网间电磁兼容为目标进行比较。表1所列是其常用的技术和效能对比[5]。

由表1可见,不同的抗干扰技术对于不同的干扰成因,其效果大不一样。其中,高效的调制方式可以对抗多种通信干扰,从通信链路抗干扰角度而言,这种方法应当是最有效的一种技术。

同样,采用直扩通信抗干扰体制,其抗干扰技术也有多种方式,其中最有效的是多进制直扩和交织与纠错技术,这里不再赘述。

通信抗干扰一直是通信领域的研究课题,特别是在军事领域,干扰和抗干扰往往是决定“制通信权”的法宝。但是,随着现代社会的信息化程度越来越高,特别是物联网概念的提出,未来无线网络将无处不在。因此,通信网络抗干扰是非常值得研究的内容。显然,通信网络抗干扰应以通信链路为研究对象,并进一步上升到网络层面,除了比较成熟的技术应用以外,更涉及到系统论、信息论,其复杂程度也越来越高。

5 通信抗干扰评估方法

为了应对干扰,一个通信网络必然要采取相应技术措施。其综合抗干扰方法产生的效果更需要有一个评估方法。通信抗干扰评估通常从三个方面进行,其一是根据评估对象的特点和评估用途,选择合理的综合评估方法;其二是根据一定的规则,确定所需要的指标体系;第三是根据相应的算法,进行多项指标的综合评估,得出最终的结果[6]。评估方法通常有解析法、统计法、计算机仿真法等。主要技术指标通常有工作频段、业务种类、工作方式、信息速率、发射功率、信号处理时延、天线性能、组网方式等。图2所示是基于层次分析法的抗干扰评估指标体系[7]。

6 结 语

从本文的研究可以看出,基于无线环境下的物联网应用,特别是大规模应用,其总体EMC和协调是非常复杂的。通信设备和链路组网以后,其抗干扰性能除了进行大量的实际测试以外,通常需要进行系统性能仿真,这样才能得到比较真实的数据,但是,首先要建立可靠性模型。例如,可以类似正五边形设定模型,其中每边为一条通信链路的可靠度,顶点为节点。显然,通信网络的可靠度建立在链路和节点可靠度之上,此外还与网络的拓扑结构有关[8]。概括来说,通信网络抗干扰仿真主要应当从以下几个方面入手:

(1) 明确通信网络的地理布局和应用场景,掌握链路采用的抗干扰技术;

(2) 提取电波传播、抗干扰技术参数以及干扰信号参数;

(3) 由误码率到可靠度的映射得到各条通信链路的可靠度;

(4) 建立可靠性数学模型,画出加权图。

本课题研究的是一个较具体且烦杂的内容,需要进行大量的测试和仿真以及后期数据处理,本文只进行了初步研究,后续可通过子课题进行专项研究和总结,以便为将来物联网大规模应用提供抗干扰解决方案。

参 考 文 献

[1] 丁龙刚.基于RFID、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee的物联网电磁兼容和干扰协调研究[J].物联网技术,2011,1(4):59-61.

[2] POISEL Richard A.通信电子战导论[M].吴汉平,译.北京:电子工业出版社,2003.

[3] 姚富强.网络抗干扰技术探讨[J].现代军事通信,1999,7(3):56-58.

[4] DIXON R C.扩展频谱系统[M].王守仁,译.北京:国防工业出版社,2002.

[5] STINE John A, PORTIGAL David L. An introduction to spectrum management [R]. Washington DC: MITRE Corporation, 2004.

[6] 姚富强.通信抗干扰工程与实践[M].北京:电子工业出版社,2008.

[7] 付卫红.基于盲源分离的“干扰免疫”军事通信抗干扰技术研究[J].现代军事通信,2007,15(4):5-7.

[8] 杨田,徐志军,王华力,等.基于HLA的空间信息对抗分布式仿真系统[J].军事通信技术,2007(4):89-92.

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