車載平臺系統接地技術研究＊

李 寧

（東北電子技術研究所 錦州 121000）

1 引言

隨著應用平臺裝備及系統的不斷發展，車載平臺系統得到了大量的應用，其水平也逐步提高，從初期的獨立功能設備發展為具有復雜功能的應用平臺和裝備系統，同時也帶來了一個新的問題，在平臺系統承載車輛有限的空間內，安裝大量的設備，各個分系統、設備都會發生不同程度的電磁干擾，車載平臺系統所面臨的電磁環境越來越復雜和嚴酷。采用嚴格的EMC設計要求，使用有效的系統接地方法，是保證車載平臺系統在復雜電磁環境下工作穩定可靠，消除系統內設備間以及和其他系統之間（如高功率的微波、通信設備）電磁干擾的主要措施。與大功率雷達車輛需布設專用接地網［1］和高頻通信車輛必須需多點接地［2］不同，平臺系統的通常在工作頻率在1～10MHz之間，常采用單點接地方式，本文研究方艙、輪式車、履帶式車等不同載車上組建平臺系統的多種接地方式，總結出了適合車載平臺系統的接地技術［1］。

2 車載平臺系統接地分析

車載平臺系統常用接地方法和應用范圍見表1。

2.1 方艙接地技術分析

經長期使用，發現這種接地方式有較多的不足之處。

1）首先，采用雙地釘接地方法不便于現場布設。雙地釘接地方法對地釘之間的間距、地釘間的接地電阻有明確的數值要求，造成外出試驗和使用時對場地要求較高，影響布設速度。

表1 平臺系統常用接地方法和應用范圍表

2）設置測量地影響漏電保護系統可靠性。電壓型漏電保護裝置原理圖見圖1。從圖1可以看出，漏電保護系統以車體泄露的電流在接地環阻（R1＋R2）上形成的壓降（及車體電位差）高低為動作信號。如兩接地釘距離過近或因土壤導電條件較好導致接地環阻較小時，漏電保護系統可能會失效。

圖1 電壓型漏電保護裝置原理圖

從圖1可看出，如接地環阻小于比較器啟動閾值時，不管車體真實電位多高，取樣電壓降無法達到啟動額定值，不會造成比較器狀態的翻轉，這時如發生漏電事故，保護裝置無法實施保護動作。有可能造成人體在遠離接地體的位置接觸車體而發生觸電事故。

3）設置測量地易引起雷擊現象。圖2所示中，假設從電源線傳輸進來10kA雷電電流波（典型雷電峰值電流波為10～20kA，電擊時間40～60ms）［4］；車皮地接地電阻R1＝10Ω、測量地接地電阻R2＝10Ω，則Va＝Ip×R1＝100kV，由于測量地為獨立接地，Vb＝0V，故Vab＝100kV，形成了地電位反擊，a、b兩點在車內分別接入比較器的正、負兩端，100kV的高壓會損壞綜合電源內部的漏電檢測電路。

圖2 測量地和車皮地接地電位差圖

通過多年的實踐摸索，平臺系統方艙均采用電流型漏電保護體系結合單點接地形式的系統接地方式可以很好地解決上述問題。直接以車體泄漏的電流作為保護動作的信號，不需裝設用作判斷電位高低基準的“測量地線”，同時對接地實施現場的環境要求也很低，實踐中便于應用。

2.2 懸浮接地

普通車載方艙（行進間工作狀態）、輪式車和履帶式車通常采用懸浮接地方式［3］。

普通車載方艙在行進間工作狀態，由于裝車的所有用電設備的地線最終都是連接到屏蔽車體，而汽車的車輪胎則是絕緣體，因此，整車在運動中相當于懸浮接地。由于操作人員在車內，設備供電由車載油機或蓄電池來保證，整個車體包括車內各設備的外殼均是等電位體，只要人體不直接跨接高低電位點，就不存在觸電現象。在普通車載方艙在行進間工作狀態還應考慮車輛輪胎的輔助接地功能。車輛輪胎為了加強耐磨性都會進行滲碳處理。經用接地電阻測試儀在北方戶外土地操場時實地測量，干燥條件下車體對泥地靜態阻抗變化范圍約為4～10KΩ，相當于經一較小電阻接地，對系統的EMC有很好的改善。

她的每一次亮相仿佛都受到他人灼灼目光的洗禮，作者也不惜用最華麗的筆墨來贊美安娜，書中第一部分二十二小節和二十三小節對舞會的描寫里就一口氣連用六個“迷人的”描繪安娜，毫無疑問更是體現了作者本人對安娜這一形象獨特的寵愛之情。

輪式車和履帶式車由主機或輔機發電機和蓄電池并網供電（28V直流），電源電線供電，利用車體、轉臺體作為電源回線，所有用點設備的電源負線、信號地線和機殼就近接車體、轉臺體（接地），車體、轉臺體一般為裝甲鋼或鋁裝甲構成，接地電流流動情況和地上各點電位的分布比較復雜、難于預計。因此，系統容易出現EMC問題。

在某輪式車試驗時，常發生計算機不正常復位或死機故障，經分析，發現這些故障均發生在發動機啟動、轉臺啟動或大功率設備啟動過程中，在排除了其它可能的原因后，確認為地線干擾造成計算機故障。分析原因1）由于車體、轉臺和接地搭接存在電阻，計算機系統與大負載之間存在共阻耦合；2）傳感器的地電位與計算機的地電位不同，存在電位差，當電位達到作用閾值時計算機或處理電路輸出執行信號，產生誤動作。

經過整改，為發電機、轉臺等大功率用電設備加裝了專用低阻匯流排，大電流的回流經過匯流排后，并聯接入車體接地點，計算機等用電設備的接地單獨走線，最終并聯車體接地點，經測試，整改后計算機不正常復位或死機現象得到徹底解決。

3 系統接地作用、原則和措施

通過2.1、2.2幾種不同載體形式的接地實例可看出，車載平臺系統接地系統是通過大地電極配置，將聯接各分系統的所有金屬單元通過系統統一配置接到大地。車載平臺系統接地系統可為各設備、分系統提供公共的基準電位，并使整個系統保持低電位［4］。

車載平臺系統通過系統接地，確保了在系統的某個選定點與電位基準面之間建立低阻的導電通路。理想的大地電極分系統可在系統中任何地方提供公共電位參考點，以消除不希望的電壓和電流。作為設計目標，大地電極分系統對大地的直流電阻不應超過10Ω。可靠的接地對車載平臺系統有著重要的作用：

1）確保人身及設備安全。車載平臺系統中各設備通過設備金屬外殼、導軌、安裝架、方艙、載車底盤及不間斷的專用接地帶組成接地系統實現接地。通過建立低阻泄流通道，確保發生故障（如電源線破損搭接設備外殼）或意外（如雷擊）時人員和設備的安全。

2）改善信號傳輸質量。車載平臺系統中各設備通過信號接地線連接專用信號接地匯流銅排并最終接地，保證了一個公共的零電位基準面，給高頻干擾電壓提供一個低阻抗通路，降低電路內部的信號噪聲，抑制設備之間的電磁干擾，提供信號傳輸質量。

3）提高EMC性能。接地系統不但要能夠有效地排泄受外部感應的能量，如電磁輻射、雷電等。還要確保將系統本身對外輻射降到最低，如電源對外電場輻射、線纜輻射等。

4）提高供電質量。對于低壓供電設備（目前的車載平臺系統均屬此類）而言，裝設電源濾波器和壓敏電阻網絡是常用的安全和抗干擾手段。在負載端的可靠接地，并通過過壓、過載、漏電保護和電涌保護等技術措施，是確保雷電突波和線路交流浪涌的能量向大地釋放的重要方法。

車載平臺系統接地總的原則：1）地線盡量短，以減小地線電阻，降低地線干擾電壓；2）合理布局，減小互耦；3）各種地線各行其道，互補干擾。具體原則和措施如下［5］：

1）采用串并聯結合的接地方式。如圖3所示。安全地和電源地與大信號地、小信號地（也有寫為模擬地和數字地，但在實際工作中從系統層面很難將兩者完全分清并拆開連接，故通常采用信號地方式，如信號地之間的功率或頻率有較大差異，為避免相互干擾，分為大信號地、小信號地）分開鋪設，并采用獨立的地線接入公用接地點。為減小接地電阻R1～R3，地線采用盡量寬的銅帶，形成匯流排。R4～R9處地線采用專用電纜或銅帶就近連接在各自的匯流排上。

2）使處于共同工作整體中的各個部分（對系統整體而言為分系統，對分系統而言為各分機，對各分機整體而言為各單元電路）有一個共同的參考點，保證各個部分處于同一參考電平（及系統等電位，保證整體的參考電平處于地電位，從而使各種干擾電壓和地電位無電位差。要能夠有效地排泄受外部感應的能，例如：電磁輻射、雷電等。

3）盡量采用電流型漏電保護方案。方便現場布設，提高供電系統可靠性。

4）對于大功率設備，應提供專用匯流排，截面尺寸不應小于總電流的1.5倍。最遠端1.5∑I×∑R≤0.06V。

5）接地線不能中間打結或由于過長堆繞在一起，幾根地線搭接時，不能交叉，要梳理整齊避免互感耦合。

4 結語

首先在一個系統的設計之初就應系統地考慮接地問題，提出接地要求和規范，并嚴格執行。如在后期系統級聯調或試驗中發現接地問題再予以解決，會付出很大的代價。車載平臺系統接地是保障平臺系統可靠、穩定地工作、消除電磁干擾的主要措施之一。本文總結出的一些經驗和原則，是通過長期的經驗不斷歸納和總結而來。隨著新產品、新工藝的不斷出現和應用，接地技術還會不斷的完善和提高［9］。

［1］王勻.高機動雷達的防電磁兼容改進［J］.四川兵工學報，2007（2）.

［2］強生澤，錢希森.移動通信車輛的接地問題［J］.移動電源與車輛，2002（2）.

［3］GJB 151A－1997軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求.

［4］GJB／Z 25－91電子設備和設施的接地、搭接和屏蔽設計指南.

［5］王霞云.某雷達機柜的電磁兼容設計［J］.現代雷達，2005（9）.

［6］王生，武俊.基于云理論和粗集的復雜電磁環境評估模型［J］.計算機與數字工程，2010，38（5）.

［7］白普易，任明秋，王學軍，等.雷達抗干擾性能評估指標分析與測試平臺設計［J］.計算機與數字工程，2011，39（11）.

［8］宋述林.計算機的電磁干擾及抑制［J］.計算機與數字工程，2008，36（4）.

［9］滿永恒.大連新一代多普勒天氣雷達防雷工程設計［J］.遼寧氣象，2004（3）.