第37卷第22期电力系统保护与控制Vol.37 No.22 2009年11月16日Power System Protection and Control Nov. 16, 2009 基于LS_SVM高精度抑制局部放电信号窄带干扰的研究
陈 群，贺健伟，陈灵根，郭文川
（福建省电力职业技术学院， 福建 泉州 362000）
摘要：在频域内抑制局部放电信号窄带干扰通常会造成局放信号能量损失。从时域出发，用最小二乘支持向量机拟合出一段窄带干扰信号，对其周期延拓得到测量时段内的全部窄带干扰信号，再将其从测量信号中减去，从而抑制了窄带干扰；讨论了最小二乘支持向量机嵌入维数对估算精度及参数（γ，σ）的影响。研究分析表明，本方法可有效抑制窄带干扰，窄带干扰越强、窄带信号频率与局放信号越接近，本方法优势越明显；合理选择嵌入维数可提高精度及参数鲁棒性。
关键词: 最小二乘支持向量机；局部放电；窄带干扰；嵌入维数
A high accuracy algorithm for the suppression of narrowband interference in partial
discharge detection based on LS-SVM
CHEN Qun1, HE Jian-wei1, CHEN Ling-gen1, GUO Wen-chuan1
(Fujian Electric V ocational and Technical College, Quanzhou 362000，China)
Abstract: Suppressing narrowband interference in frequency domain will result in the energy loss of partial discharge pulse. In this paper, starting from time domain, a section of narrowband interference is extracted with Least Squares-Support Vector Machine(LS-SVM) firstly. Then,this paper carries out periodic prolongation on it with autocorrelation function in order to obtain complete narrowband interference,and subtracts it from the original single.The influence of LS-SVM inserting dimension(m) on estimation accuracy and parameter(γ，σ) selection is discussed accordingly. Results show that proposed method can suppress narrowband interference at a high degree of accuracy.And the stronger the narrowband interference is, the better the suppression effect is; the more adjacent the frequencies of narrowband signal and the partial discharge pulses are, the more predominant the advantage of proposed method is. Properly choosing inserting dimension is helpful in improving accuracy and robustness for parameters.
Key words: least squares-support vector machine; partial discharge; narrowband interference; inserting dimension
中图分类号： TM83 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2009)22-0022-06
0 引言
局部放电PD (Partial Discharge)与电气设备内部绝缘缺陷紧密相关,可以通过局部放电量判断变压器内部绝缘状况。而测试现场通常干扰噪声比较强烈，会影响检测的灵敏度和诊断可靠性。通常按时域信号特征可将干扰分为连续性周期窄带干扰、脉冲型干扰和白噪声三大类。其中连续性周期窄带干扰最为严重，有时其幅度可能超过甚至淹没局部放电信号，使得局部放电信号在时域波形上无法分辨。可以说干扰抑制是局部放电检测的关键技术[1]。
很多技术被应用于窄带干扰抑制，如数字滤波器法或者硬件滤波法[2~6]，小波（小波包）滤波技术[7~9]，自适应滤波技术[10]，频域谱线清除技术[11]，这些方法大多在频域内抑制窄带干扰，但局放信号与窄带干扰在频域内有重叠，滤波后原始局放信号幅值、相位和波形都发生变化。文献[12]选取局放测量信号中不含局放脉冲的一段干扰信号，通过傅里叶变换估算各窄带信号的中心频率，从而推算出原始信号内的窄带信号波形，再将其减去，达到抑制窄带的目的。但傅立叶变换是离散变换，存在频谱泄漏和栅栏效应，准确求取窄带中心频率有一定的困难。为了更好地诊断局部放电类型和严重程度，实现局部放电源定位，要求尽量保留信号的幅值、极性和波形信息，因此有必要进一步研究抑制窄带干扰的技术。
本文在文献[12]基础上进一步研究，也选取原始信号中不含局放脉冲的一段干扰信号，应用回归
陈 群，等 基于LS_SVM 高精度抑制局部放电信号窄带干扰的研究 - 23 -
型最小二乘支持向量机估算出其中包含的窄带信号，根据自相关函数求得其周期并周期延拓，得到原始数据长度的窄带拟合信号，再将原始信号与拟合出的信号相减，达到抑制窄带的目的。
1 回归型最小二乘支持向量机
Vapnik 等人提出的支持向量机SVMs (support vectormachines)[13]是近年来机器学习领域最有影响的成果之一，其训练过程遵循结构风险最小化原则，它同时最小化经验风险与 VC 维的界，这就取得了较小的实际风险，即对未来样本有较好的泛化性能，结构参数在训练过程中根据样本数据自动确定，无过拟合现象，它通过解一个线性约束的二次规划问题得到全局最优解，不存在局部极小值问题。训练SVM 需解凸二次规划，虽然所得的解是唯一的最优解，但算法的复杂度依赖于样本数据的个数,样本数据量越大，计算速度越慢。一个有效的解决方法是采用最小二乘支持向量机LS_SVM (Least Squares Support Vector Machine)[14]。LS_SVM 通过解一组线性方程组取代SVM 中的二次规划优化提高了收敛速度，且有更好的抗噪能力[15]。 1.1 回归型最小二乘支持向量机
设训练数据集{xt ，yt }，t =1，…，l ，xt ∈Rm 是第t 个样本的输入模式，yt ∈R 是对应于第t 个样本的期望输出，l 为训练样本数。LS_SVM 取如下形式:
y(x) =w T φ(x)+b , (1)
式中：非线性变换φ(x )将输入数据映射到高维特征空间。w 的维数是不需预先指定的(可以是无穷维)。在LS_SVM 中。目标函数描述为:
()T 2
1
11min ,22N t t J w e w w e γ==+∑ (2)
约束条件
()T (),1,,,t t y x w x b e t N ?=++=… (3) 式(2)前式是正则化部分，后式是经验风险。目标函数只有等式约束，且优化目标中的损失函数是误差e t 的二范数，这将简化问题的求解。定义拉格朗日函数
{}T 1
(,,,)(,)()N
t t t t t L w b e J w e w x b e y αα?==?++?∑
(4)
其中：αt 是拉格朗日乘子。根据Karush_Kuhn_ Tucker(KKT)最优条件，并对于t =1，…，N 消去e t 和w 后,得到如下线性方程组
()()T T 00t l b y x x α????????=??????+????
????11D (5) 式中：y =[y 1，…，y N ]，1=[1，…，1]，α=[α1，…，αN ]，D =diag[γ1，…，γN ]，则LS_SVM 的算法优化问题就转化为以最小二乘法求解式(5)表示的线性方程组。
选择满足Mercer 条件的核函数
Ψ(xt ，x l) =φ(xt )T φ(x l)，t ，l= 1，…，N ， （6）
最后可得如下回归型LS_SVM 模型
1
()(,)N
t
t
t y x x x b αψ==
+∑ (7)
其中：αt ，b 是线性方程组的解，Ψ(x ，xt )表示由输入空间x 非线性映射而来的高维特征空间。本文以最常用的径向基函数 2
22
(,)exp(/)t l t
x x x x ψσ=?? (8) 作为核函数，式中的σ是一正的实常数。 1.2 最小二乘支持向量机参数的确定
确定最小二乘支持向量机参数一直是要研究的主要课题，参数的选择直接影响到拟和的效果，需要选取的参数是正则化参数γ和RBF 核函数的宽度σ（核参数的改变实际上是隐含地改变映射函数从而改变样本特征子空间分布的复杂程度）。学习机器越复杂（或称容量越大），则其对某个训练样本的经验风险越小，反之亦然；但容量过大会导致过学习现象，推广性能变差。误差正则化参数γ实现在错分样本的比例和算法复杂度之间的折衷，即在确定的特征子空间中调节学习机器置信范围和经验风险的比例以使学习机器的推广能力最好, 在确定的数据子空间中，γ的取值小表示对经验误差的惩罚小, 学习机器的复杂度小而经验风险值较大，反之亦然。前者称为“欠学习”现象, 而后者则为“过学习”[16]。本文通过自适应参数优化法[17]确定LS-SVM 的参数，算法如下：
a.确定参数γ和核参数σ的取值范围：
b.构建参数对{γi ,σj ：i ＝1，…，m ，j =1，…，n }，即将2个参数的取值范围分别作m 和n 份，构成m ×n 对参数{γi ,σj }；
c.将每对参数带入LS-SVM 计算，估算精度，选取估算精度最高的参数对为最优参数{γi ,σj }；
d.如果误差精度不能达到要求，则以{γi ,σj }为中心，缩小参数的取值范围，重复步骤c 不断优化LS-SVM 的参数，直至达到所要求的误差精度。
估算精度以均方根误差（RMSE ）衡量：
- 24 - 电力系统保护与控制
RMSE =
（9） 其中：x 为原信号，x'为估算信号，N 为数据点数。
1.3 LS_SVM 输入维数的确定 1.3.1 输入量嵌入维数对精度的影响
输入为
1223
11
......m m n n n m x x x x x x x x x +++ ??
??
??= ?? ?? ... ??###X
其中:（x 1，x 2，…，x n+m ）为测量信号时间序列，m 为嵌入维数， n 为样本数。m 的增加会使学习容量增大，但输入维数过高可能会含有冗余信息，也会使误差增大。对窄带信号大量仿真发现，嵌入维数对精度影响很大，表1给出下文仿真信号对应不同m 的最小误差及对应的最优参数对。通常，不含随机噪声时，m 越大误差越小；含白噪声时，m 存在最优值，且信号越复杂对应的m 越大。同时m 增大计算时间也增长。因此选择m 的原则为：设定步长，依次计算，选择误差最小的m ；对于复杂信号其最优m 很大，为节省计算时间，当精度满足要求即停止搜索，不再片面最求最小误差。样本个数n 越大误差越小，同样也会增加计算时间，所以n 的选择也要综合精度和时间的考虑。
表1 m 与MAE 的关系，及对应的最优参数对 Tab.1 Relationship between m and MAE ,and the optimal
parameters
RMSE γ/σ m =20 1.726 566
900/104 m =40 1.713 099 900/3 000 m =60 1.055 1×10-2 1012/109 m =80 1.047 0×10-3 9×1010/1×108 m =100
3.705 88×10-6
8×1013/109
1.3.2 嵌入维数m 对γ、σ的影响
对应不同m 值，
分别固定γ、σ，另一参数σ、γ的变化趋势如图1所示，因变换范围较大，分别以γ、σ的对数为刻度。
由图1知，m 增加时，固定参数对中的一个，
另一个参数有更宽的区间对应误差较小值，这有利于减少寻找最优参数对的时间，并且当窄带干扰信号变化较小时，不调整参数仍满足一定的精度，鲁棒性增强。
为检验LS_SVM 的学习能力，本文选取20组
信号，分别由1~20个正弦信号混合而成，频率范围5~1 000 kHz ，各正弦信号幅值随机生成，误差最
大的MAE =4.2464×10-3
(m =200)，可见最小二乘支持向量机有很强的学习能力，可以拟合出复杂的窄带干扰。
R M S E
R M S E
R M S E
10log γ
10log σ
10log γ
9
13
12
(d)6010m σ==R M S E
10log σ
9
图1 m 与γ、σ的关系 Fig.1 Relation between m and γ、σ
2 LS-SVM 抑制窄带干扰的原理和步骤
文中所述窄带信号是一系列正弦信号叠加而成，合成的窄带信号仍然是周期信号，可以通过自相关函数求得其周期，因此只要求得一个周期的窄带信号波形，通过周期延拓即可得到其他时段的窄带信号波形，基于以上分析，抑制干扰步骤如下：
1) 选择输入信号嵌入维m 和样本个数n 。 2) 确定LS-SVM 参数——正则化参数γ和RBF 核函数的宽度σ。
3) 估算窄带信号。
4) 当估算信号精度不能满足时，返回步骤1)，调整m 和n ，重新选择LS-SVM 参数，直到精度和时间都满足为止。
5) 用自相关函数求估算信号周期，延拓出原始信号内窄带信号。
6) 原始信号减估算信号，即去除窄带干扰。 本文方法要先选取测量信号中不含局放脉冲的的一段干扰信号，在实际操作中，可以先通过数字高通滤波器或其他传感器得到局放脉冲的位置，再在脉冲附近选择一段无脉冲的数据。而且实践证明这样的无脉冲数据段是普遍存在的 [10]。
陈 群，等 基于LS_SVM 高精度抑制局部放电信号窄带干扰的研究 - 25 -
3仿真信号的研究
3.1 含窄带干扰的局放信号
在工程实际中，检测到的局部放电往往呈现出两种形态，指数衰减型脉冲或振荡指数衰减型脉冲[18]。其中，振荡指数衰减型的局放信号由于含有明显的类窄带成分，受窄带干扰的影响较大，因而在本文中，主要以振荡衰减型的局放信号为研究的对象：
/11c ()e sin(2π)t f t A f t τ?= / 2.2/22c ()(e e )sin(2π)t t f t A f t ττ
??=?
12()[()()]f t f t f t =
其中：1A = 2 mV ，26A = mV ，τ=1.5 μs ，f c = 1 MHz ，采样频率10 MHz ，脉冲发生时刻分别在1 500点和2 500点，时域波形如图2(a)所示，采样3 800点。
m V
采样点数/n
m V
采样点数/n
m V
采样点数/n
(b) 窄带干扰
(c) 含窄带干扰的局放信号
图2局部放电仿真信号
Fig.2 Simulation signals of partial discharge
窄带干扰信号用6个幅值为1的正弦函数模拟，频率分别为50、100、450、500、700及980 kHz ，如图2(b)所示，局放信号和窄带信号混合后如图2(c)所示。
选取嵌入维数m =100，样本数n =200，参数对σ=8×1013,γ=109，估算信号'X 的自相关函数如图3所示,可得大周期为1 000点，去窄带结果如图4(a)所示,因为嵌入维数为100，所以脉冲起始点向前平移100点。
作为参考，用小波和FFT 置零法抑制上述窄带。其中，小波选用常用的db8小波，分解5层，软阈值滤波；FFT 置零法，即首先将信号通过快速傅立叶变换到频域，在频域将幅值超过一定阈值的分量置零，再经傅立叶反变换到时域，得到去除窄带后的信号。图4给出本文方法(a)、小波(b)、FFT 置零法(c)处理结果。
图3 自相关函数
Fig.3 Auto-correlation function values
m V
采样点数/
n m V
采样点数/n
m V
采样点数/n (c) FFT 法
图4窄带干扰下各方法处理效果
Fig.4 Result of processing narrow bandwidth noise with
various methods
对于局部放电信号的检测，一方面要求最大限度地抑制干扰，另一方面应尽量保持原始局放信号失真较小。为了比较3种方法性能，定义了如下3个评价指标：
（1）反映抑制干扰的峰值信噪比
SNR =101220log /A A (10)
其中：A 1为局放脉冲峰值，
A 2为噪声最大值。
(11) 其中：x i 为第i 个理想局放脉冲信号；x 'i 为x i 的去噪信号。
（3）反映峰值失真的峰值比
'/i i M p p = (12) 其中：i p 和'i p 分别为第i 个脉冲去除窄带前、后的峰值。
3种方法处理的结果如表2所示， C 、M 为两个放电信号的均值，去噪前SNR =-9.0203
表2各方法抑制窄带指标
Tab.2 Indexes of processing narrow bandwidth noise with
various methods
去噪后SNR /dB
C M 本文方法 1.58×106 1 1 小波 inf 0.325 3 0.311 0 FFT 置零法
4.4410
0.987 6
0.924 5
- 26 - 电力系统保护与控制
由表2、图4可见，本文方法抑制窄带效果最好,对原仿真信号几乎没有损失，大幅度提高了信噪比，因为是在时域内处理，对信号的极性、相位没有任何影响，波形、幅值、极性得到了很好的保留。因一个窄带分量的频率与局放脉冲的震荡频率接近，小波方法对局放信号的损失比较大。FFT 置零法在去除窄带信号的同时在时域会产生一些波动信号，同时存在边缘效应。
3.2 含窄带干扰、白噪声的局放信号
实际测量信号中混有放大器噪声和测量回路噪声，仿真时可用白噪声代替，局放脉冲峰值应大于噪声幅值2倍[18]。白噪声是随机的，相关性弱，窄带是连续周期性信号，有很强的相关性，所以用回归型LS-SVM 对含噪声的窄带信号估算，得出的是相关性强的窄带信号。上文仿真信号加高斯白噪声
2(0,0.8)N ，为保证一定的信噪比，局放脉冲调整为，
A 1=12 mV ，A 2=36 mV ，见图5(a)，则SNR =4.9568，LS-SVM 各参数：n =300，m =200，σ=10000，γ=18.6。
用上述方法得去窄带后信号1()S t ，见图5(b)。作为对比，将局放脉冲信号只加白噪声ra (t )得到：
2()()()S t f t ra t =+
见图5(c)。1()S t 与2()S t 中局放脉冲各指标比较见表3。
01000
20003000-20m V
20
采样点数
m V
m V
(c) 只加白噪声的局放信号
图5混合干扰下信号处理结果 Fig.5 Result of processing combination noise 表3混合干扰下抑制窄带指标
Tab.3 Processing narrow bandwidth noise index of
combination noise single
SNR /dB C M S 1(t ) 11.260 1 0.951 1 1.127 5 S 2(t )
11.824 3
0.951 9
1.094 4
窄带信号与噪声的信噪比SNR = 4.275 0，可见在较低的信噪比下，LS-SVM 仍然能较精确地估算出窄带信号，使去除窄带干扰后的局放脉冲与只加
白噪声的局放脉冲很近似。
窄带干扰越强，其与随机噪声的信噪比越大，估算精度越高则抑制窄带效果越好。
实际应用中，为使估算信号与真实信号差别尽可能小，采用交叉验证法检验，确定LS-SVM 各参数。即：对应各LS-SVM 参数组，按照交叉验证计算其精度，选择精度最高的参数组。
4 实测数据分析
本文对实验平台采集到的模拟变压器油中放电信号进行分析，采样率20GS/S
，信号时域波形如图5(a)所示。信号中噪声主要为白噪声，实测信号前10 000点不含局放信号，标准方差为2.79，最大幅值为18.4310?× mV 。为验证本文方法，加入频率分别为5 MHz ，10 MHz 的正弦信号，混合后波形如图
5(b)。本文方法去除窄带后信号如图5(c)所示。
m V
采样点数/n
m V
m V
采样点数/n m V
v
×104
×104
采样点数/n ×104采样点数/n
采样点数
×104
×104(d) 小波方法去白噪声后信号(e) 图(d)局部放大
-5
图6现场数据处理结果
Fig.6 Results of the on-line signal processing
去除窄带后，前10 000点剩余噪声标准方差
σ＝-42.4110×，最大幅值为r =-18.2610×mV 。用
小波软阈值法消除白噪声后的时域波形如图5(d)所示，图5(e)为其局部放大图。可见较好地保留了原信号，细小的局放脉冲信号也被保留了下来。
5 结论
1) 本文方法在时域内估算窄带信号，不受局放脉冲影响，窄带干扰越强估算精度越高，窄带频率
陈群，等基于LS_SVM高精度抑制局部放电信号窄带干扰的研究- 27 -
与局放脉冲频率接近时，本文方法与基于频域的方
法比较优势更突出。仿真和实际数据分析表明，该
方法很好地保留了局放脉冲的波形、幅值和极性，
为窄带干扰的抑制提供了一个新的思路。
2) 输入量嵌入维数对估算精度及参数选择有
很大影响，在计算时间和精度允许的情况下，选择
较大的嵌入维数不但可以提高估算精度，还可以扩
展对应较小误差范围的参数区间，便于寻找最优参
数及提高参数的鲁棒性。
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收稿日期：2009-06-28； 修回日期：2009-08-17
作者简介：
陈 群（1969-），高级讲师，主要研究方向为非线性理论在电力系统中的应用；
贺健伟（1979-），硕士研究生，主要研究方向为非线性理论在电力系统中的应用；E-mail:hejianweiwin@https://www.doczj.com/doc/2711254817.html, 陈灵根（1980-），硕士研究生，主要研究方向配电自动化。
第8卷 第1期2009年2月常 州 信 息 职 业 技 术 学 院 学 报Jou rnal of Changz hou V ocati on alC oll ege of In f or m ati on T echnology Vo.l 8N o .1 Feb .2009 收稿日期:2008-11-13 作者简介:虞建华(1958-),男,高级工程师,从事研究方向:通信技术、计算机应用注:2007年常州市第十三批科技计划项目(CE2007046) 扩频通信中窄带干扰抑制技术的研究 虞建华1 张国俊2 潘之俊 1 (1.常州无线电厂有限公司 江苏常州 213001 2.常州信息职业技术学院 江苏常州 213164) 摘 要:将常用的窄带干扰抑制技术进行了较为系统的研究,给出了基于时域预测滤波的窄带干扰抑制模型,重点讨论了变 换域窄带干扰各种常用方法的特点,并给出了性能仿真。 关键词:窄带干扰;线性预测;变换域;门限法 中图分类号:TN 914.42 文献标志码:A 文章编号:1672-2434(2009)01-0006-04 Study on Narrow -band Interference Rejecti on i n Spread Spectru m Syste m s YU Ji a n-hua 1 Z HANG Guo -j u n 2 PAN Zh-i j u n 1 (1.Chang z hou R ad i o P l ant Co.,L td .,Changzhou 213001 2.Changzhou College o f In f o r m ati on T echno l ogy ,Chang zhou 213164,Chi na) Abstrac t:The paper g i ves a syste m atic study on N BI re j ection techno l ogy ,sho w s the m ode l o f NB I re jecti on i n ti m e doma i n ,ma i n l y discusses the features of d ifferent m ethods o f NB I suppression i n transf o r m dom ai n ,and show s t he perfor m ance si m ulation . K ey word s:narrowband i nter f e rence ; li near prediction ;transfor m do m a i n ;m et hod o f t hresho ld 0.引言 虽然在许多情况下,扩频系统本身所固有的扩频增益可以提供足够的抗干扰能力,但在有些强干扰情况下,例如,对直接序列扩频系统,在其扩展频谱的中心频率附近,利用高功率电平的单音连续波 干扰或多音干扰,可以使系统性能严重恶化。从理论上讲,通过提高扩频系统的处理增益可以得到任意等级的抗干扰能力,但为此所付出的代价是传输带宽的增加。 在实际应用中,也不可能无限制地提高处理增益,许多因素诸如发送/接收机的复杂性以及可用带宽等都限制了处理增益的提高。因此,必须考虑用信号处理技术来弥补扩频处理增益的不足,在不增 加带宽的情况下提高系统处理增益,增强系统的干 扰抑制能力。 1.域窄带干扰抑制方法的研究 基于时域的窄带干扰抑制技术的基本思想就是利用窄带信号和宽带信号在可预测上的差异而达到抑制窄带干扰的目的。因为窄带干扰是非高斯的,样值间有很强的相关性,可以从过去样值来估计当前样值,而扩频信号频谱平坦,其样值之间几乎不相关。当接收信号同时包含宽带有用信号和窄带干扰时,对接收信号进行预测,预测值将主要是窄带信号的预测值。所以在解扩之前从当前信号中减去预测值,将大大减小接收信号中的窄带干扰。主要有两类结构 [1] ,如图1所示:
为什么扩频信号能够有效的抑制窄带干扰？ 答：扩频信号对窄带干扰的抑制作用在于接收机对信号的解扩的同时，对干扰信号的扩频， 这降低了干扰信号的功率谱密度。扩频后的干扰和载波相乘、积分大大削弱了他对信号的干 扰，因此在采样器的输出信号受干扰的影响将大大减小输出的采样只会比较稳定。 什么是同频干扰？是如何产生的？如何减少？ 答：同频干扰：是指相同载频电台之间的干扰 如何产生的：蜂窝小区的结构产生的。 如何减少：合理的选定蜂窝结构与频率规划，表现为系统设计中队同频道干扰因子的选择。 若载波MHz f 8000=，移动台速度h km v /60=，求最大多普勒频移。 解：αλcos v f d = Hz c vf v f d 4.443600103108001060/8630max =?????===∴λ 说明多径衰落对数字移动通信系统的主要影响。 答：①信息信号分散，信噪比低，传输语音和数据质量不佳； ②可能引入尖锐的噪声，照成传输数据大量出错； ③不同路径传来的信号互相相关，难以直接叠加。增加接收电路单元的复杂度，从而提 高系统的建设和运营成本。 多选题：请将下列每道题中包含正确答案的字母A 、B 、C 、D 填入题目相应的（ ）中。错选、漏选、多选均不得分。 1、移动通信系统包括（ ABCD ）等。 A 、无绳电话 B 、无线寻呼 C 、陆地蜂窝移动通信 D 、卫星移动通信 2、电波传播环境中，以下哪些一般属于阴影衰落？（ AB ） A 、山地起伏 B 、高低各异的建筑物 C 、雷电雨雪等恶劣天气 D 、茂密的林木等 3、电波传播环境中，以下哪些一般属于多径衰落？（ AC ） A 、高大建筑 B 、各种电磁干扰 C 、通信体快速运动 D 、发射功率不稳定 4、目前移动通信中常见的微观分集的方式是哪三种？（ ABC ） A 、时间分集 B 、频率分集 C 、空间分集 D 、以上都不是 5、目前移动通信中应用的多址方式有（ ABC ）及它们的混合应用方式。 A 、FDMA B 、TDMA C 、CDMA D 、SDMA 6、在FDMA 中主要的干扰有（ ABC ）。 A 、互调干扰 B 、邻道干扰 C 、同频干扰 D 、以上都不是 7、GSM 的越区切换主要有（ ABD ）。 A 、同一BSC 内不同小区间的切换
北斗卫星导航接收机抗窄带干扰技术研究 抗干扰技术一直是卫星导航通信方向研究的前沿,特别是在军事领域的应用,是决定信息化战争成败的关键因素之一。虽然我国卫星导航系统起步晚,但发展迅速。 对干扰抑制技术的不断研究会在更加完善的第三代北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)中发挥不可或缺的作用。接收机天线收到的导航信号微弱,容易受到周围电磁波和干扰的破坏。 窄带干扰(Narrowband Interference,NBI)是接收机常见的干扰类型。为了提高接收机抗窄带干扰的性能,有必要在接收机中加入窄带干扰抑制模块。 本文主要深入的研究了时域和频域的自适应抑制窄带干扰的方法,并选择了一种频域自适应门限算法进行了硬件实现。以接收机收到的卫星导航信号和噪声、干扰的混合信号为前提,本文主要完成了以下工作:(1)介绍了卫星导航系统中采用的扩频通信技术,以直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)系统为例,对窄带干扰下扩频前后的误码率曲线进行了仿真,由结果对比分析了 其抗干扰性能。 接着根据北斗信号和窄带干扰的结构,给出了数学模型,并阐述了导航接收 机原理和自适应滤波技术理论。(2)从自适应预测估计角度,研究了时域抑制窄带干扰技术。 详细介绍了最小均方(Least Mean Square,LMS)、递归最小二乘(Recursion Least Square,RLS)以及改进的可变步长最小二乘(Variable Step-size Least Mean Square,VSLMS)算法,对比了各算法抑制窄带干扰前后的仿真结果图,分析 了算法的收敛性。从滤波器结构角度对IIR陷波器进行了改进,并对改进前后进
LTE系统采用OFDM技术，小区内用户通过频分实现信号的正交，小区内的干扰基本可以忽略。但是同频组网时会带来较强的小区间干扰，如果两个相邻小区在小区的交界处使用了相同的频谱资源，则会产生较强的小区间干扰，严重影响了边缘用户的业务体验。因此如何降低小区间干扰，提高边缘用户性能，成为LTE系统的一个重要研究课题。 小区间干扰抑制技术 在LTE的研究过程中，主要讨论了三种小区间干扰抑制技术：小区间干扰随机化、小区间干扰消除和小区间干扰协调。小区间干扰随机化主要利用了物理层信号处理技术和频率特性将干扰信号随机化，从而降低对有用信号的不利影响，相关技术已经标准化；小区间干扰消除也是利用物理层信号处理技术，但是这种方法能“识别”干扰信号，从而降低干扰信号的影响；小区间干扰协调技术是通过限制本小区中某些资源（如频率、功率、时间等）的使用来避免或降低对邻小区的干扰。这种从RRM的角度来进行干扰协调的方法使用较为灵活，因此有必要深入研究以达到有效抑制干扰、提高小区边缘性能的目的。 小区间干扰协调的基本思想就是通过小区间协调的方式对边缘用户资源的使用进行限制，包括限制哪些时频资源可用，或者在一定的时频资源上限制其发射功率，来达到避免和减低干扰、保证边缘覆盖速率的目的。 小区间干扰协调通常有以下两种实现方式。 静态干扰协调：通过预配置或者网络规划方法，限定小区的可用资源和分配策略。静态干扰协调基本上避免了X 接口信令，但导致了某些性能的限制，因 2 为它不能自适应考虑小区负载和用户分布的变化。 半静态干扰协调：通过信息交互获取邻小区的资源以及干扰情况，从而调整本小区的资源限制。通过X 接口信令交换小区内用户功率/负载/干扰等信息， 2 周期通常为几十毫秒到几百毫秒。半静态干扰协调会导致一定的信令开销，但算法可以更加灵活的适应网络情况的变化。
数字信号传输过程中的反射干扰及其抑制方法[摘要] 在数字电路(特别是高速数字电路)信号有线传输过程中,存在传输信 号的反射干扰问题。在简要介绍传输线等效电路的基础上,分析了数字信号传输线的反射特性和数字信号有线传输时存在的反射干扰,给出了数字信号反射干扰的抑制方法和措施。 [关键词] 数字信号传输线反射干扰阻抗匹配 1引言 在高频电路和微波电路中,通常比较重视研究信号的反射干扰问题。反射干扰是指在信号的传输过程中,由于传输系统的传输线特性阻抗与负载阻抗不匹配等原因,使得传输到负载上的信号部分或全部被反射回来,从而对传输信号造成的干扰。反射干扰严重时甚至会使信号无法进行传输。要抑制或消除反射干扰,必须使信源内阻等于传输线特性阻抗,同时传输线的特性阻抗又等于负载阻抗,实现阻抗匹配。实际上,信号的反射干扰问题在数字电路信号传输过程中同样存在,特别是在高速数字电路中,传输信号的反射干扰问题非常突出。数字信号在传输线中传输(尤其是长距离传输)时,传输线的长度、结构等因素直接影响到反射信号的量值,造成信号波形畸变或产生脉冲噪声,严重时甚至会导致电路误动作。研究数字电路中信号传输的反射干扰及其抑制方法有重要的实际意义。 2数字信号传输线反射特性分析 2.1传输线及其等效电路 图1 传输线及其等效电路 图1是传输线及其等效电路。传输线都有分布电容和分布电感。如将整个传输线分成n小段,每小段均由自己的分布电容和电感,由于电感阻碍电流的突变,而电容阻碍电压的突变,因此,在电路开关闭合后,并不是整个传输线上所有各点都同时达到电压的定值U和电流的定值I,而是像电压波和电流波那样按相同的速度向终点推进。电流的大小既与传输线本身的特性有关,也与负载特性有关。电压波和电流波幅度之间的关系,一般只取决于传输线本身的分布参数C1和L1(C1、L1分别表示单位长度传输线上的分布电容量和电感量),即 通常把称为传输线的特性阻抗。传输线的特性阻抗反映了沿传输线运行的电压波和电流波之间的关系。一般同轴线的特性阻抗为50Ω或75Ω,常用双绞线的特性阻抗在100Ω~200Ω之间。 2.2 数字信号传输线反射特性分析 根据图1所示传输线等效电路,可给出如下传输线传输方程:
摘要：本文分析直接序列扩频系统通信中的基于时域和变换域等传统干扰抑制方法存在的不足,提出一种基于离散傅立叶变换(D FT)的时域自适应陷波技术。当干扰为时变窄带干扰时,基于D FT的时域陷波技术优于传统时域和变换域的窄带干扰抑制技术。针对基于加窗离散傅里叶变换(DFT) 的直接序列扩频(DSSS) 系统窄带干扰抑制工程实现中的关键技术,分析了重叠相加法减小加窗对接收信号失真的效果, 并首次提出一种基于频域谱线的模平方服从指数分布假设条件下的干扰检测和处理算法——自适应多门限检测干扰抑制算法, 分析和仿真的结果表明, 该算法有较强的自适应性能, 可抑制扩频系统中存在的多种窄带干扰。 关键词：直接序列扩频；窄带干扰抑制；陷波器；自适应多门限检测；子带判决门限 Abstract：This text analyzes the traditional interference suppression method shortcomings that based on time-domain and transform domain of the direct sequence spread spectrum system communication, as proposed Time-domain adaptive notch technology based on discrete Fourier transform (D FT). When the interference becomes narrow-band interference, the time-domain notch technology based on the D FT is superior to the narrowband interference suppression techniques of the traditional time-domain and transform domain technology. For key technologies of the direct sequence spread spectrum (DSSS) system narrow-band interference suppression project based on the windowed discrete Fourier transform (DFT) , the text analysis the effect of overlap-add and reduces windowed method to the received signal .For the first time proposed a method of Interference detection and processing algorithms under the assumption of Modulus square based on frequency domain spectrum obey exponential distribution- adaptive multi-threshold detection interference suppression algorithms, analysis and simulation results show that the algorithm has a strong adaptive properties, can inhibit a variety of narrow-band interference exist in the spread-spectrum systems . Keywords: direct sequence spread spectrum; narrowband interference suppression; notch filter; adaptive multi-threshold detection; sub-band Decision Threshold 1 引言 由于扩频通信具有抗干扰能力强、信息信号隐蔽、便于加密、任意选址、以及易于组网等独特优点，近几年来世界各国对扩频技术的研究已形成高潮，因而扩频通信作为一种新型通信方式得到了迅速发展和广泛应用。也由于扩频通信在可靠性和抗毁性等方面具备了常规有线通信无法提供的优势，因此扩频通信成为对可靠性敏感的商业及工业机构建立专网的重要手段。 扩频通信的研究和应用之所以在近年来能够进入一个更广泛的领域，表现出很强的抗干扰能力，一方面是因为其本身具有独特的工作方式，在抗干扰方面性能卓著；另一方面是因为在这些特有的工作方式基础上，又采用了先进的干扰抑制技术，能够不断解决通信中存在的难题。 在许多情况下,扩频系统本身所固有的扩频增益可以提供足够的抗干扰能力,但在强干扰存在的情形下,扩频通信系统性能会严重恶化。因此,用信号处理技术来弥补扩频处理增益的不足,通过信号处理的技术在不提高系统处理增益的情况下增强系统的干扰抑制能力是一种行之有效的方法。 由于直接序列扩频(DSSS) 通信系统有良好的保密性、灵活的信道分配以及较强的抗多址
48 《汽车电器》２００９年第２期 测试●设备Test ●Equipment 修改稿收稿日期：2008－11－17 作者简介：胡朝峰（1979－），男，硕士，工程师，研究方向为汽车电子电器系统集成测试。 电磁干扰（Electromagnetic Interference ）［1－2］，简称EMI ，有传导干扰和辐射干扰2种。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。随着现代电子技术在汽车上的广泛应用，汽车上的电子产品越来越多，它们的增加使得汽车的电磁兼容问题日渐凸现出来。汽车电磁兼容性的研究就是为了防止汽车电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其它电子电器设备的正常工作。 汽车电子电器系统中，存在着多种形式的电磁干扰源，电磁干扰通过传导和辐射对车载电子设备产生不同程度的干扰。发动机点火系统是汽车电子电器系统中电磁干扰最强的干扰源。曲轴传感器信号是汽车发动机转速判断的重要依据，过度的曲轴信号干扰将导致发动机控制单元计数失效，发动机非正常熄火。汽车内电磁干扰及其产生的影响是重大的，关系到汽车安全可靠性。所以，分析研究发动机点火系统电磁干扰的形成机理，采取切实有效的措施抑制曲轴信号的干扰是尤为重要的。 1曲轴信号电磁干扰的形成 曲轴信号的干扰主要来自发动机点火系统，点 火系统的电磁干扰主要来源于高压点火线、火花塞和点火线圈等几个部件［3］。当次级线圈达到火花塞间隙击穿电压时，火花塞间隙被击穿，储存于火花塞分布电容中的能量迅速释放，放电时间极短，仅数微秒，但形成的放电电流则非常大，可达几十安培，这个过程称为电容放电过程。这一阶段的放电使次级电路的电压和电流形成陡峭的脉冲形式，这种宽带脉冲通过裸露的高压点火线对外辐射电磁波，造成周围环境的电磁干扰。随后，另一部分储存在次级线圈电感中的能量将维持放电，其特点是时间较长，为几毫秒，放电电流约几十毫安，这一过程称为电感放电（火花尾），该电流使气缸内的燃料得到充分燃烧，以保证点火可靠。可见需要抑制的是第一阶段的电容放电电流，该电流为宽带脉冲电流，带宽在0．15～1000MHz 范围，是30～300MHz 甚至更高频无线电的主要干扰源。 由于火花塞高压放电引起的电磁干扰主要是通过高压点火线向外辐射的，因此高压点火线此时成 屏蔽线在汽车曲轴信号电磁干扰 抑制中的应用 胡朝峰 （上海汽车集团股份有限公司技术中心电子电器部，上海 201804） 摘要：汽车曲轴信号的干扰可能导致发动机熄火，曲轴信号电磁干扰主要来自发动机点火系统。通过对Roewe 某款车型的曲轴信号干扰的分析，研究了采用屏蔽线方式改善曲轴信号的干扰，在不改变点火方式的前提下，得到比较干净的曲轴信号。为汽车电子电器系统抗干扰设计提供了有价值的参考依据。 关键词：汽车点火系统；曲轴信号；电磁干扰；屏蔽线中图分类号：U463．68 文献标识码：A 文章编号：1003－8639（2009）02－0048－03 Application of Shielded Cable in Electromagnetic Interference Suppression for Automotive Crank Signals HU Chao-feng （SAIC MOTOR Technology Center ，Shanghai 201804，China ） Abstract ：Automotive crank signal interference ，which can cause engine stall at normal condition ，mainly comes from engine ignition system．Through the analysis to such interference on a type of ROEWE ，The author researches into the interference suppression using shielded cable．In this way ，the more clear crank signals can be got on the premise of not changing the ignition mode． Key words ：automotive ignition system ，crank signal ，electromagnetic interference ，shielded cable
现场遇到信号干扰怎么办? 1 . 概述 随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各种电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。 2. 电磁干扰源及对系统的干扰 影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。 干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V 以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O 模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 3. PLC 控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？ (1) 来自空间的辐射干扰 空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC 系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对PLC 内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC 通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC 局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 (2) 来自系统外引线的干扰 主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 (3)来自电源的干扰 实践证明，因电源引入的干扰造成PLC 控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC 电源，问题才得到解决。 PLC 系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广， 将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。PLC 电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。 (4 ) 来自信号线引入的干扰 与PLC 控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O
弱电工程中电磁干扰及其抑制方法的研究 （洲坝通信工程方宏坤 151120） 【摘要】在弱电工程应用领域，强电与弱电交叉耦合，电磁干扰（EMI）错综复杂，严重影响弱电系统的稳定性和安全性。本文详细介绍了 EMI 产生的原因、分析EMI/RFI的特性，及其传输途径和危害，利用电磁理论和工程实践，分析并提出了一些在弱电工程领域行之有效的 EMI 抑制方法。 【关键词】弱电电磁干扰（EMI）射频干扰（RFI）干扰抑制 随着计算机技术，特别是网络技术的飞速发展，IT技术在弱电工程领域的广泛应用，IT设备日益精密、复杂，使得电子干扰问题日趋严峻。它可使系统的稳定性、可靠性降低，功能失效，甚至导致系统完瘫痪和设备损坏。特别是 EMI／RFI（电磁干扰／射频干扰）问题，已成为近几年弱电工程领域的焦点。 1、电磁干扰分类和特性 生活中电磁干扰无处不在，其干好错综复杂。通常我们把电磁干扰主要划分为电磁干扰（EMI）、射频干扰（RFI）和电磁脉冲（EMP）三种，根据其来源可分为外界和部两种，严格的说所有电子运行的元件均可看作干扰源。本文中所提EMI是对周围电磁环境有较强影响的干扰；RFI则从属于EMI；EMP 是一种瞬态现象，它可由系统部原因（电压冲击、电源中断、电感负载转换等）或外部原因（闪电等）引起，能耦合到任何导线上，如电源线和通信电缆等，而与这些导线相连的电子系统可能受到瞬时严重干扰或使系统的电子电路永久性损坏。图 1 给出了常见 EMI／RFI 的干扰源及其频率围。
1.1 EMI特性分析 在电子系统设计中，应从三个方面来考虑电磁干扰问题：首先是电子系统产生和发射干扰的程度；其次是电子系统在强度为 1～10 V/m、距离为 3 米的电磁场中的抗扰特性；第三是电子系统部的干扰问题。利用干扰三要素分析与EMI相关的问题需要把握EMI的五个关键因素，这五个关键因素是频率、幅度、时间、阻抗和距离。 在EMI分析中的另一个重要参数是电缆的尺寸、导线及护套，这是因为，当EMI 成为关键因素时，电缆相当于天线或干扰的传输器，必须考虑其物理长度与屏蔽问题。 1.2 RFI特性分析 无线电发射源无处不在，如无线电台、移动通信、发电机、电动机、电锤等等。所有这些电子活动都会影响电子系统的性能。无论RFI的强度和位置如何，电子系统对RFI必须有一个最低的抗扰度。在通信、无线电工程中，抗扰度定义为设备承受每单位RFI功率强度的敏感度。从“干扰源—耦合途径—接收器”的观点出发，电场强度E 是发射功率、天线增益和距离的函数，即 式中P为发送功率（mW／cm2），G为天线增益，d为电路或系统距干扰源的距离（m）。 由于模拟电路一般在高增益下运行，对RF场比数字电路更为敏感，因此，必须解决μV级和mV级信号的问题；对于数字电路，由于它具有较大的信号摆动和噪声容限，所以对RF场的抑制力更强。 1.3 干扰途径 任何干扰问题可分解为干扰源、干扰接收器和干扰的耦合途径三个方面，即所谓的干扰三要素。如表 2 所示。 表2 干扰源耦合途径干扰类型接收器 共地阻抗传导干扰 辐射场到互连电缆（共模）辐射干扰 微控制器辐射场到互连电缆（差模）辐射干扰 有源器件电缆间串扰（电容效应）感应干扰微控制器 静电放电电缆间串扰（电感效应）感应干扰通信接收器 通信发射机电缆间串扰（漏电导）传导干扰有源器件 电源电缆间串扰（场耦合）辐射干扰其他电子系统扰动电源线到机箱传导干扰
自动检测过程中的干扰及其抑制方法 在检测过程中,由于各种原因的影响,常会有一些与被测信号无关的电压、电流存在,这样就影响了测量结果,产生测量误差。这些信号就是干扰,它可分内部干扰和外部干扰。 内部干扰是测量系统内部各部件间的互相干扰。这种干扰可通过测量装置的正确设计及零部件的合理布局或采取隔离措施,加以消除或减弱。如仪表中放大器的输入线与输出线、交流电源线,分开走线,不要平行走线,且输入走线尽可能短;又如触发可控硅的脉冲变压器用磁屏蔽,即利用高导磁率材料做成磁屏蔽罩。 外部干扰是测量系统外部的因素对仪器、仪表或系统产生的干扰。在这里就自动化仪表检测工作中常会遇到的一些干扰及抑制方法归纳如下。 1 机械干扰 机械干扰最为严重,也很广泛。由于振动,会使导线在磁场中运动,产生感应电动势。抑制这类干扰用减振措施即可,如采用减振弹簧或减振橡胶等。在有振动的环境中,仪器、仪表信号导线常因松动而影响测量,应定期加以紧固。在此种环境中,少用动圈仪表。 2 温度干扰 由于温度过高,波动且不均匀,在检测中常导致电子元件参数变化或产生热电势,从而对测量结果造成严重干扰。在工程上,一般采用热屏蔽方法抑制热干扰,而把敏感元件装入恒温箱中。在电子测量装置中,常采用温度补偿措施,以补偿温度变化时对检测结果的影响。如:在实际现场使用热电偶时,自由端离热源很近,并随环境温度变化而变化。所以必须对自由端温度加以补偿。无论是采用补偿导线还是补偿电桥等,都是为了抑制此种干扰。又如:本人在修理天津仪表七厂生产的电动执行器位置反馈板时发现,不同的环境温度反应出不同的信号值。采取的办法是:把反馈回路原有的电阻用普通电阻串联或并联一只热敏电阻代换,在实际应用中,效果相当不错。再如,热电阻三线制接法,其中两根导线在不同的桥臂上,另一根接电源端,使环境温度变化引起导线阻值的变化。在不同的桥臂上同时增加或减小,而相互抵消。四线制接法既可消除连接导线电阻的影响,又可消除线路中寄生电势引起的测量误差。特别值得注意的是,温度过低也会造成仪表误差或失灵。北方冬季寒冷,自动化仪表的光电耦合器件及红外探测元件常会因环境温度太低而无法正常工作。如我厂采用台湾产的工业电视系统摄像器件CCD、美国产的筒体扫描仪器、德国西门子的比色高温计等,冬天都曾出现过不能正常使用的现象,加装了相应的伴热装置后,工作恢复正常。 3 电气干扰 由于厂矿中发电机、电动机及气体放电器件等杂散电磁场的存在,电场或磁场的变化,会使电或磁的干扰进入电子测量装置中,引起干扰信号。 (1)电磁感应 电磁感应通过磁耦合的方式在测量电路中形成干扰。如信号源与仪表之间的连接导线,仪表内部的配线通过磁耦合在电路中形成干扰。当两条平行导线有电流通过时,它们彼此之间会通过磁交链产生电磁耦合干扰。再如:各种开关设备在产生弧光火花放电的过程中,会向周围幅射出低频到高频的电磁波,这种无线电干扰信号以电磁场辐射的形式进入到测量仪器、仪表中,造成瞬时干扰信号。这种干扰信号直接影响微机检测系统的正常工作,有时甚至会冲乱程序。 为了降低电磁感应所产生的干扰,将导线远离那些强电设备及动力网,调整走线方向,减小导线回路面积以及采用绞线或屏蔽导线,强电电源线不与弱电信号线平行布线,不使用同一根电缆,分开布线且距离要尽量远些。对微机检测系统而言,其扩展接口片与主机之间连接导
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/2711254817.html, 干扰及其抑制 作者：董杰 来源：《科技与创新》2016年第05期 摘要：通过分析影响电路正常工作的各种电性质干扰，提出抑制这些干扰的途径和办 法。 关键词：干扰；电路；干扰源；干扰途径 中图分类号：TN79 文献标识码：A DOI：10.15913/https://www.doczj.com/doc/2711254817.html,ki.kjycx.2016.05.090 干扰轻则会降低电路的信号质量，重则会破坏电路的正常功能，造成逻辑错乱、控制失灵，甚至发生设备损坏，影响生产等各种事故。 1 干扰 1.1 干扰的类型 干扰的来源是多方面的，它所造成的影响也是多种多样的。 按来源可将干扰分为两类：①控制器本身引起的各种干扰，即内部干扰。内部干扰可分为固定干扰和过度干扰。过度干扰为电路动态工作时引起的干扰。②由外部因素引起的干扰称为外部干扰。外部干扰可分为自然干扰和人为干扰。由自然现象造成的干扰称为自然干扰。 按干扰的途径也可将干扰分为两类，分别是路的干扰和场的干扰。通过电路渠道进行干扰的称为路的干扰，通过电场、磁场或电磁场进行的干扰的称为场的干扰。其中，场的干扰还可分为静场干扰（包括静电场干扰和静磁场干扰）和动场干扰。 按干扰出现的规律，可将干扰分为固定的、半固定的和随机的三类。固定设置的电气设备在运行时引起的干扰属于固定干扰；有些偶尔使用或启动无规律的电气设备（例如行车、电钻等）引起的干扰属于半固定干扰；闪电、供电系统继电保护功能、绝缘子泄漏、汽车启动点火设备引起的干扰等均属于随机干扰。半固定干扰与随机干扰之间的区别在于前者是可以预计的，而后者是突发性的。 按干扰在电路输入端的作用方式与有用信号的联系，可将干扰分为常态干扰和共态干扰。干扰信号与有用信号串联在一起时为常态干扰，干扰信号出现在监测点与控制器之间时为共态干扰。常态干扰可能是信号源本身产生的，也可能是引线上感应的，它串接在检测回路中，相当于检测信号增加了一个信号，成为检测信号的一部分。这种干扰直接送入放大器的输入端，所以影响较大。共态干扰是因控制器本体的接地点与检测装置的接地点之间存在干扰电压所引起的，这种干扰电压主要来源于50 Hz交流电源的接地系统。
怎样才能更好解决PLC控制系统应用抗干扰问题 1 . 概述 随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。 2. 电磁干扰源及对系统的干扰是什么？ 影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。 干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V 以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O 模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 3. PLC 控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？ (1) 来自空间的辐射干扰 空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC 系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对PLC 内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC 通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC 局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。(2) 来自系统外引线的干扰 主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 (3)来自电源的干扰 实践证明，因电源引入的干扰造成PLC 控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC 电源，问题才得到解决。 PLC 系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广， 将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。PLC 电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。
DCS信号干扰原因分析及抑制方法 主要有哪些引入干扰 1、电阻耦合干扰 在工作过程中，由于许多工厂对于电线老化问题较为忽视。当多种信号线路一起进行信号传输时，会由于电线上的绝缘材料老化漏电而影响到其他传输信号，对其他传输信号有所干扰。除此之外，不仅信号线老化会对其他信号线产生影响，而一些大功率电路（例如：产热电路）在使用中如果发生线路老化， 也会对信号产生很大干扰。 2、电容电感耦合干扰
通常的时候，被控现场的控制柜接入了诸多信号线，这些信号线有的使用电缆槽，有的使用电缆管，尤其是诸多信号同时布线，而信号间存在电容分布，会对别的信号线形成干扰。特别是在交流信号线四周形成交变磁通，进而在并行导体间形成电势，造成电势干扰信号。 3、雷击干扰 当发生雷击时，较大的电磁干扰也许会形成于所需信号左右，当然引入干扰途径也会在一定程度是经过各种接地线导致。雷击干扰方式主要有2种：一种是架空电源线，导致信号线遭遇雷击造成干扰；另一种是信号电缆周围遭遇雷击，导致信号线上形成电容、电感耦合分布，进而形成较大干扰，严重时损害设备，造成人身事故。 4、供电线路干扰 由于电厂中的大型设备启动关闭较为频繁，对大型元件的开关操作也很频繁，在这些大型电机设备开关时会产生瞬时的大型交变磁场。交变磁场会在信号线上发生耦合，从而对系统产生干扰，而这些交变磁场也会对电源线产生高频干扰，信号程度如果超过规定范围也会对系统产生影响。为了保证在大型电机进行开关时对系统进行保护，可以采用在电路中加入变压器，保证在开关电机时不会因为电压变化过大而产生交变磁场。
造成干扰的主要原因 1、材料及设备问题 接入DCS系统的控制信号通常采用电缆作为传输介质将信号送至DCS系统，当信号电缆绝缘材料老化，屏蔽材质损坏，即会被其他电磁干扰源干扰，干扰会造成测量的误差，严重的干扰会造成设备损坏。 2、施工不规范 在DCS控制系统中，往往有很多信号同时接入DCS。这些信号线或者走电缆槽，或者走电缆管，造成现场很多不同种类电缆在同一个路径附设。这些信号之间均有分布电容存在，会通过这些分布电容将干扰加到别的信号线上。同时，在传输信号的周围环境产生交变的磁通，例如动力线、电动机、发电机、电源变压器和继电器等都会产生这种磁场。这些磁场往往会造成较大的干扰。 3、接地不合理 比较常见的接地事故是信号线的两端均接地，这样会因地电势差而产生较大的干扰。如信号线的两端同时接地，可能会有较大的电位差，这种电位差可能会在两端之间的信号线上产生一个很大的环流。产生电磁波，干扰信号。还有DCS系统总接地电阻不符合DCS系统正常工作要求等等。 如何抑制干扰
检测信号的干扰及其抑制技术
一、检测信号的干扰 电子测量系统在工作过程中，可能会出现某些不正常现象，例如输出不稳定、零点漂移、严重失真或超差等。产生这些现象的原因，可能是电子测量系统本身电路结构、器件质量、制造工艺等存在问题，也可能是电子测量系统受外部的工作环境，如电源电压波动、环境温度变化或其他电气设备的影响等。这些来自内部和外部、影响电子测量装置正常工作的各种因素，统称为“干扰”。
二、抗干扰的措施——防护 为了消除或减弱各种干扰对电子测量系统正常工作的影响，必须采取必要的技术措施。各种抗干扰的技术措施总称为“防护”。防护的任务是消除或减弱各种干扰对电子测量系统正常工作的影响，防护的手段是设法割断或减弱电子测量系统与外界有害的联系，而同时又不同损害那些为了进行测量所需要的联系。
三、检测信号的抑制技术 1.机械的干扰及抑制 机械的干扰是指由于机械振动或冲击，使电子测量系统中的电气或电子元件发生振动、变形，从而改变了系统的电气参数，造成了可逆或不可逆的影响。对于机械的干扰主要采取减振措施来解决，例如使用减振弹簧或减振皮垫等。
2. 热的干扰及抑制 电子测量系统在工作时产生的热量所引起的温度波动和环境温度的变化等，都会导致电路与元器件参数发生变化(温度漂移)，或产生附加的热电势等，从而影响系统的正常工作，这就是热的干扰。 对于热的干扰，工程上通常采取热屏蔽、恒温设备、对称平衡结构、温度补偿元件等措施来进行抑制。
3. 光的干扰及抑制 在电子测量系统中广泛使用着各种半导体元器件，这些半导体材料在光线的作用下，会激发出电子-空穴对，使半导体元器件产生电势或引起阻值的变化，从而影响电子测量系统的正常工作，这就是光的干扰。因此，半导体元器件应封装在不透光的壳体内。对于具有光敏作用的元件，尤其应该注意光的屏蔽问题。
信号干扰处理方案 电磁干扰源及对系统的干扰： 影响控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，如：变频器、直流调速、高频感应加热等设备产生的，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。 干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。 共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达上百V。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O 模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 来自电源的干扰： 像雷击，地球上大约每一秒钟有一百次类似雷击希望的能量会使一个灯泡亮三个月，从这个方面可以知道雷击的能量大，能量显而易见它的危害也大。据我国气象部门我国因雷击伤亡的人数达一万左右。像1992年的时候北京的气象中心的电脑接口因雷击使它损失了两千多万，这样的事例实际生活中是很多的。 雷击又分直击雷和感应雷。直击雷会对大地的某一个放电会几种在电话线，电力线等，它会通过电力线流入到电子设备，导致电子设备损害。感应雷由于静电的原因也会造成设备的损害，也有可能导致芯片的损害。 开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。 来自信号线引入的干扰： 与控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。控制系统因信号引入干扰造成I/O损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。 来自接地系统混乱时的干扰： 接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC 系统将无法正常工作。控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地