火箭地面測(cè)控系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)

(1.中國(guó)航天科技集團(tuán)公司 第四研究院第四十一研究所燃燒、流動(dòng)和熱結(jié)構(gòu)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710025；2.陜西電器研究所，西安 710025)

0 引言

地面測(cè)控系統(tǒng)是指對(duì)火箭箭上控制系統(tǒng)性能進(jìn)行綜合測(cè)試，并能對(duì)火箭系統(tǒng)實(shí)施點(diǎn)火發(fā)射控制的系統(tǒng)，其在火箭地面設(shè)備中的重要地位體現(xiàn)在火箭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)和應(yīng)用的整個(gè)過程中，是火箭系統(tǒng)發(fā)揮技術(shù)性能的重要保證，也是控制系統(tǒng)性能檢驗(yàn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要手段[1]。

近年來，隨著嵌入式計(jì)算機(jī)和電子電路集成技術(shù)的日漸發(fā)展，測(cè)量?jī)x器的復(fù)雜程度及安裝密度也越來越高，尤其是高頻、高速、高靈敏度和高集成度電路的廣泛應(yīng)用，使得火箭地面測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)了一些新的干擾源，而且電磁干擾的危害性也逐漸增多。另外，地面測(cè)控系統(tǒng)在使用期間，還有可能要經(jīng)歷地面、外部空間惡劣的電磁環(huán)境，人為干擾及自然干擾源(雷電、大氣干擾等)有可能使系統(tǒng)或內(nèi)部設(shè)備的性能發(fā)生有限度的降級(jí)，甚至可能使系統(tǒng)或設(shè)備失靈；干擾嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障或事故。

因此，要求地面測(cè)控系統(tǒng)十分可靠且精確地工作，必須解決的技術(shù)問題就是電磁兼容性。亦即要使各電氣、電子設(shè)備內(nèi)部，各設(shè)備之間，并與周圍環(huán)境之間避免電磁干擾帶來的不良影響，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容，又要使整個(gè)系統(tǒng)在一定的干擾環(huán)境下，能正常地工作，完成既定任務(wù)。

為有效提高系統(tǒng)性能，對(duì)某型測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行了電磁兼容設(shè)計(jì)研究，對(duì)系統(tǒng)的敏感部位或途徑進(jìn)行了分類的抗干擾設(shè)計(jì)，并提出一些有效的方法，以提高系統(tǒng)的抗電磁干擾能力。

1 電磁兼容設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.1 概念

電磁兼容性又稱電磁相容性[2]，是指設(shè)備在其所處的電磁環(huán)境中，能夠正常工作，而且對(duì)處于該環(huán)境中的其余設(shè)備的正常工作，不會(huì)造成任何影響的特性。簡(jiǎn)單的說，就是指在有限的空間和頻譜資源條件下，處于該環(huán)境中的所有用電設(shè)備，可以共同正常工作，不會(huì)互相影響且導(dǎo)致性能下降的能力。對(duì)于一個(gè)設(shè)備來講，既要求它具有一定的抗干擾能力，使得自身在有其余設(shè)備發(fā)出干擾的電磁環(huán)境中也能正常工作，還要求它不能產(chǎn)生過多的干擾，影響所處環(huán)境中的其它設(shè)備正常工作。

電磁兼容涉及電磁能量的傳遞、輻射和接收，這三部分組成電磁兼容問題的主體。電磁騷擾源產(chǎn)生能量輻射，耦合途徑將能量傳遞到敏感設(shè)備，即“電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備”是構(gòu)成電磁兼容問題的3個(gè)因素。只有3個(gè)因素同時(shí)存在，才會(huì)產(chǎn)生電磁兼容問題，而解決電磁兼容問題的方法，就是通常使用的濾波、屏蔽、接地。

1.2 設(shè)計(jì)思想及特點(diǎn)

電磁兼容問題包含電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備3個(gè)因素，3個(gè)因素缺少一個(gè)，電磁兼容問題就不會(huì)存在。因此，在解決電磁兼容問題時(shí)，要結(jié)合產(chǎn)品特性進(jìn)行深入研究，從電磁騷擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備著手，分析如何能夠有效抑制騷擾源的能量、削減或者盡量消除騷擾源的耦合途徑、降低敏感設(shè)備對(duì)騷擾的響應(yīng)能力。具體需要結(jié)合所處環(huán)境情況，采取適當(dāng)措施，消除3個(gè)因素中的一項(xiàng)或者多項(xiàng)。

火箭地面測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)備，其電磁兼容性具有如下特點(diǎn)：

1)集成度較高。

考慮載體平臺(tái)安置、便于外場(chǎng)攜行、展開撤收便捷等因素，地面測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)備集成度較高。設(shè)備單體內(nèi)部集成了相關(guān)功能的各類電路板，系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)集成了各功能的單體設(shè)備和電源。從設(shè)備內(nèi)部的腔體到設(shè)備外部的空間，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將功能各異的板卡、元件、單體設(shè)備逐層有序的組合在緊湊的空間內(nèi)。系統(tǒng)高集成度的同時(shí)，也使得設(shè)備間的電磁干擾問題特別突出。

2)高低電壓信號(hào)共存。

地面測(cè)控系統(tǒng)包含控制、檢測(cè)等多種功能，同時(shí)處理多種電信號(hào)，大體上可以分為高電壓信號(hào)和低電壓信號(hào)兩類。高電壓信號(hào)容易對(duì)外部信號(hào)產(chǎn)生干擾，影響其正常工作，而低電壓信號(hào)因其特性，又對(duì)外部干擾極為敏感。所以，必須有效避免高低電壓信號(hào)互相影響。

3)頻譜范圍廣。

地面測(cè)控系統(tǒng)的電子設(shè)備充分利用頻率資源，占用多個(gè)頻帶。有的設(shè)備頻率覆蓋范圍較廣，容易對(duì)周邊設(shè)備造成較強(qiáng)的干擾。

4)易出現(xiàn)耦合、交叉干擾。

在各種載體平臺(tái)上，大量電子設(shè)備往往共用電源、備份電源和地線，使得通過電源線耦合和地線耦合造成的交叉干擾不能忽視。

5)結(jié)構(gòu)裕量小。

地面測(cè)控系統(tǒng)的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部裕量空間小。如果在設(shè)計(jì)研制后期才增加電磁兼容設(shè)計(jì)，往往會(huì)與設(shè)備原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)或電氣布局發(fā)生沖突，這時(shí)就難以兼顧各方面的技術(shù)性能指標(biāo)。

綜上所述，地面測(cè)控系統(tǒng)的電子設(shè)備的EMC設(shè)計(jì)必須與方案設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，同步開始，以便能夠保障產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期功能，縮短設(shè)備的調(diào)試時(shí)間，確保系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備互不干擾，滿足電磁兼容的要求。

2 地面測(cè)控系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)

某型火箭地面測(cè)控系統(tǒng)包括主控計(jì)算機(jī)、接口適配器、操作控制臺(tái)、GPS時(shí)統(tǒng)、電源機(jī)箱、檢測(cè)機(jī)箱等設(shè)備，是一個(gè)包含強(qiáng)電信號(hào)、弱電信號(hào)的多處理器的綜合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在外場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)與外場(chǎng)外測(cè)、遙測(cè)設(shè)備共用一個(gè)發(fā)電機(jī)組，地面測(cè)控系統(tǒng)與箭上設(shè)備要進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。不管是從用電回路考慮，還是從空間輻射考慮，地面測(cè)控系統(tǒng)設(shè)備都有容易受到干擾或竄擾的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而影響工作結(jié)果。

圖1 某型火箭地面測(cè)控系統(tǒng)組成示意圖

2.1 設(shè)計(jì)工作目標(biāo)

1)確保某型地面測(cè)控系統(tǒng)達(dá)到系統(tǒng)間電磁兼容和系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容；

2)最大限度的減少電磁干擾問題，減少對(duì)維修人力及其它資源的要求，以降低研制費(fèi)用和縮短研制周期；

3)提高某型地面測(cè)控系統(tǒng)的系統(tǒng)完好性和測(cè)控任務(wù)的成功性。

2.2 設(shè)計(jì)工作原則

1)為實(shí)現(xiàn)某型地面測(cè)控系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境條件下達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間電磁兼容的目標(biāo)，在設(shè)計(jì)中堅(jiān)持以電磁兼容性規(guī)范為依據(jù)、電磁兼容性設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，全面進(jìn)行電磁兼容性試驗(yàn)的工作方針，開展電磁兼容性設(shè)計(jì)工作；

2)綜合權(quán)衡電磁兼容性與系統(tǒng)功能特性，以“結(jié)構(gòu)和功能”設(shè)計(jì)結(jié)合電磁兼容性設(shè)計(jì)的方式，進(jìn)行地面測(cè)控系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)工作，把電磁兼容性要求和電磁兼容性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則充分落實(shí)到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研試過程中，以便提高產(chǎn)品的電磁兼容性。

2.3 電磁兼容性設(shè)計(jì)分析

電磁兼容性分析工作貫穿于某型地面測(cè)控系統(tǒng)的整個(gè)研制過程?，F(xiàn)對(duì)某型地面測(cè)控系統(tǒng)的電磁環(huán)境進(jìn)行分析，用以確定電磁環(huán)境對(duì)系統(tǒng)性能的影響和系統(tǒng)對(duì)電磁環(huán)境的防護(hù)能力。

在進(jìn)行電磁兼容性分析時(shí)，要充分考慮到相互鄰近的設(shè)備，有信號(hào)接口的每一對(duì)組合、設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)，乃至整個(gè)系統(tǒng)的電氣與機(jī)械結(jié)構(gòu)、電參數(shù)、電磁環(huán)境條件等對(duì)電磁兼容性產(chǎn)生的影響，為系統(tǒng)性的電磁兼容性設(shè)計(jì)或措施改進(jìn)提供依據(jù)。

在某型地面測(cè)控系統(tǒng)的方案論證階段，進(jìn)行了電磁環(huán)境剖面、功能特性、敏感性和電參數(shù)的分析。為制定電磁兼容性設(shè)計(jì)方案和協(xié)助確定主要技術(shù)特性及條件，如信號(hào)電平、頻率、靈敏度、增益、數(shù)據(jù)傳輸速率等，結(jié)合某型地面測(cè)控系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)要求，對(duì)下列內(nèi)容進(jìn)行了電磁兼容性分析：

1)設(shè)備、組合、電路間的電磁干擾；

2)系統(tǒng)單元之間的電磁干擾；

3)系統(tǒng)的頻率分配、頻段分布。

在某型地面測(cè)控系統(tǒng)的方案研制階段，結(jié)合系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)要求，重點(diǎn)對(duì)下列內(nèi)容進(jìn)行了電磁兼容性分析：

1)電磁環(huán)境干擾和設(shè)備間電磁干擾；

2)電纜線束的線間干擾耦合；

3)容易受到電磁干擾的敏感部位定位；

4)各功能設(shè)備箱的屏蔽效能。

通過對(duì)上述不同階段的電磁兼容問題進(jìn)行分析，確保所設(shè)計(jì)的某型地面測(cè)控系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)方案得以詳細(xì)、順利的實(shí)施。

2.4 電磁兼容性設(shè)計(jì)

電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是控制電磁干擾發(fā)射和降低電磁干擾敏感性，使設(shè)備和分系統(tǒng)滿足電磁兼容性要求。對(duì)某型地面測(cè)控系統(tǒng)和系統(tǒng)各單元的具體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行電磁兼容性分析，針對(duì)可能存在的電磁干擾問題，提出電磁兼容性設(shè)計(jì)方案，在系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)研試過程中，按照要求進(jìn)行具體實(shí)施。

2.4.1 頻率分配

1)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，按照全國(guó)無線電管理委員會(huì)頒布的無線電頻率劃分規(guī)定，選擇無線電頻段和頻率；

2)在諧波、本振、中頻、鏡象等多種頻率中，綜合考慮可能造成同頻干擾的組合，在設(shè)計(jì)中進(jìn)行相應(yīng)的頻率調(diào)整，形成頻率分配表；

3)利用試驗(yàn)驗(yàn)證頻率分配的合理性，發(fā)現(xiàn)可能存在的缺陷，對(duì)頻率分配表做進(jìn)一步的調(diào)整，從而確保不同信號(hào)的頻率不重合或不在同一頻帶內(nèi)，大功率發(fā)射頻率和小信號(hào)頻率之間有足夠的間隔；

4)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中不同信號(hào)的頻率進(jìn)行相互隔離。

2.4.2 信號(hào)電平的選擇

1)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分考慮信號(hào)的電磁特性、傳遞要求和電路、設(shè)備、電纜干擾發(fā)射的極限要求，按照盡量選擇低電平的原則，規(guī)定每一類信號(hào)的電平幅值；

2)降低可能產(chǎn)生干擾的信號(hào)的電平，確保信號(hào)在傳遞和發(fā)射過程中對(duì)任何端口(電路、組合或設(shè)備)產(chǎn)生的干擾比端口的干擾敏感度至少低6 dB；

3)若信號(hào)電平不能滿足電磁兼容性要求或無法調(diào)整，在設(shè)計(jì)時(shí)采取屏蔽或隔離措施。

2.4.3 機(jī)箱屏蔽設(shè)計(jì)

1)為保證屏蔽層的導(dǎo)電連續(xù)性，機(jī)箱結(jié)構(gòu)的所有外部縫隙都要保證連續(xù)且有良好的導(dǎo)電接觸。對(duì)于直徑小于屏蔽機(jī)箱厚度的小孔，可以不做處理；

2)對(duì)機(jī)箱的各種開口進(jìn)行妥善處理。機(jī)箱的開口主要用來安裝開關(guān)、按鈕、指示燈與顯示屏等分組件。對(duì)于穿孔安裝的器件，要對(duì)其采取屏蔽措施，如加裝隔離墊等，并對(duì)穿過屏蔽層的導(dǎo)線做濾波處理；

3)正確選擇機(jī)箱接插件的類型和安裝方式，首推選擇屏蔽型連接器。機(jī)箱上安裝插座的接觸面不能有漆膜或涂塑層等任何絕緣材料，設(shè)備外部的連接電纜選擇帶屏蔽層的電纜，并且其屏蔽層要和機(jī)箱的屏蔽層保持導(dǎo)電連續(xù)性；

4)機(jī)箱散熱采用自然風(fēng)冷的方式，設(shè)備內(nèi)部器件盡量布局在風(fēng)道上。如果空間允許，可安裝散熱風(fēng)扇，但要在風(fēng)扇外側(cè)安裝屏蔽通風(fēng)板。

2.4.4 布線設(shè)計(jì)

1)根據(jù)布線原則和要求，系統(tǒng)中不同類型的電纜芯線捆扎成一束，不論是否相互鄰近，都需采取屏蔽措施；

2)根據(jù)對(duì)信號(hào)類型的分析，在設(shè)計(jì)中詳細(xì)規(guī)定了每一根電纜線的規(guī)格、位置、走向、傳遞的信號(hào)、兩端無屏蔽層的長(zhǎng)度、與其它電纜線的間距和耦合度等，以及電纜線的接地和屏蔽要求，從而確保系統(tǒng)內(nèi)電纜線間的干擾耦合不會(huì)對(duì)易受干擾電纜的輸入及輸出電路，或設(shè)備產(chǎn)生任何干擾；

3)低頻信號(hào)傳輸線纜采用雙絞線或屏蔽線。

2.4.5 電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中為控制電磁干擾發(fā)射和降低電磁干擾敏感度，在電路設(shè)計(jì)中采取以下措施和方法：

1)在某型地面測(cè)控系統(tǒng)的定制板卡的設(shè)計(jì)中，按照電子線路的布局規(guī)范要求，合理規(guī)劃布置電子線路的走線；應(yīng)用具有電源層和地線層的4層及以上的多層印制電路板，選用表面貼裝元器件(其等效電磁輻射面積可明顯小于插裝式元器件)，該類型電路板的電磁兼容特性較好；

2)根據(jù)元器件選擇原則或要求，電路中選用高浪涌電壓電容器、低電流和電壓噪聲的電阻器、低帶內(nèi)敏感度的模擬器件和數(shù)字器件、可對(duì)前后級(jí)信號(hào)可靠隔離的光電隔離器、有效抑制電路瞬態(tài)干擾的容性濾波電路、可靠降低數(shù)傳誤碼的隔離通訊芯片、抑制反向電動(dòng)勢(shì)的釋放器件。

2.4.6 濾波設(shè)計(jì)

根據(jù)電磁兼容性要求和可能遭遇到的最大電磁干擾輻射，考慮安裝、接地、體積、重量等相關(guān)要求，系統(tǒng)各單元的設(shè)計(jì)中都增加相應(yīng)的濾波設(shè)計(jì)，加入濾波電容器，或者信號(hào)輸入、輸出濾波電路。

2.4.7 接地設(shè)計(jì)

接地質(zhì)量首先體現(xiàn)在要正確接地，即選擇正確的接地點(diǎn)和接地方式；其次是要可靠接地，接地面積要大、接地線要粗而短、接地螺栓要安裝緊固，以減小接地電阻?；谝陨峡紤]因素，對(duì)系統(tǒng)的接地采取如下措施：

1)系統(tǒng)各設(shè)備均備有接地線及相關(guān)組件，以確保能夠可靠連接至接地樁；

2)采用短、粗、直型的接地線束，有效增加導(dǎo)電、干擾泄放的導(dǎo)體截面積；

3)系統(tǒng)采取單點(diǎn)接地，有效消除地環(huán)路；

4)采用樹型地線連接方案，避免產(chǎn)生交叉干擾。

2.4.8 電源設(shè)計(jì)

從信號(hào)隔離、防止電源前后級(jí)竄擾，保證系統(tǒng)各設(shè)備用電安全性的角度出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)的工作激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行如下處理：

1)電源信號(hào)進(jìn)入設(shè)備機(jī)箱后，直接連接至電源濾波器上，要選擇輸出線和輸入線分布于兩側(cè)的電源濾波器，其金屬外殼要大面積接地，或者掛壁安裝于機(jī)箱側(cè)板，通過機(jī)箱側(cè)板與接地設(shè)施連接；

2)對(duì)于交流電源模塊，最好使用隔離變壓器，以便能夠起到安全防護(hù)、變壓、隔離地線環(huán)流、提高共模干擾抑制能力等多種作用，且其濾波特性能夠和電源濾波器互補(bǔ)；

3)對(duì)二次電源模塊進(jìn)行合理選擇，因?yàn)殚_關(guān)電源模塊對(duì)外界的干擾有一定的抑制能力，但對(duì)外界的輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射過大，故在低功耗電路中，盡量選用線性電源模塊；

4)電源模塊的輸入端和集成電路的供電端，增加濾波電路和防反向擊穿電路，減少電源的諧波干擾。

3 電磁兼容設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)施例

3.1 檢測(cè)機(jī)箱顯示控制終端重啟

3.1.1 現(xiàn)象

在地面測(cè)控系統(tǒng)的臺(tái)面聯(lián)試過程中，執(zhí)行“地面供電”控制后，檢測(cè)機(jī)箱的顯示控制終端出現(xiàn)黑屏并重啟。

3.1.2 原因分析

對(duì)地面測(cè)控系統(tǒng)的供電電路進(jìn)行梳理，整理出供電原理示意圖如下圖2所示。地面測(cè)控系統(tǒng)的前端設(shè)備經(jīng)由不同的供電電源進(jìn)行配電，不同的電源均從實(shí)驗(yàn)室的一處墻電插排進(jìn)行取電。V1、V1GND為電源1的輸出，用于為顯示控制終端供電。V2、V2GND為電源2的輸出，用于為箭上設(shè)備提供工作激勵(lì)信號(hào)。當(dāng)?shù)孛鏈y(cè)控系統(tǒng)執(zhí)行“地面供電”控制后，箭上設(shè)備供電電路中的瞬態(tài)工作電流較大，有可能產(chǎn)生竄擾信號(hào)，從該電路通過墻電插排220 V的前級(jí)，耦合竄擾至顯示控制終端的供電電路。

顯示控制終端為包含顯示和屏邊控制功能一體的綜合終端，內(nèi)部包含了主控板、電源板、顯示板等多塊板卡，其主控板的重啟信號(hào)的幅值約為0.5 V。當(dāng)?shù)孛鏈y(cè)控系統(tǒng)執(zhí)行“地面供電”控制后，有可能產(chǎn)生竄擾信號(hào)，通過耦合的方式，經(jīng)由220 V的前級(jí)，竄入顯示控制終端的供電電路，對(duì)主控板相關(guān)電路進(jìn)行作用，使其誤以為收到了重啟信號(hào)，進(jìn)而執(zhí)行顯示控制終端的重啟操作。

圖2 地面測(cè)控系統(tǒng)的供電電路原理示意圖

3.1.3 電磁兼容改進(jìn)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行詳盡分析后，對(duì)顯示控制終端的后續(xù)產(chǎn)品增加電磁兼容設(shè)計(jì)，具體如下所示。

措施1：在顯示控制終端的后背板設(shè)置“機(jī)殼地”和“信號(hào)地”兩個(gè)端子，兩個(gè)端子通過地線與實(shí)驗(yàn)室接地銅排進(jìn)行連接。機(jī)殼地用于將顯示控制終端機(jī)殼上的竄擾信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)泄放，信號(hào)地與內(nèi)部電路的VGA信號(hào)地、控制信號(hào)地、通訊信號(hào)地、二次電源地等信號(hào)地進(jìn)行連接，用于將地信號(hào)上的竄擾進(jìn)行實(shí)時(shí)泄放?？紤]接地效果，在端子上設(shè)置搭接片，可以通過搭接片將兩端子連通，如圖3所示，連通后通過地線與接地銅排連接；也可以在接地銅排處連接在一起，如圖4所示。如何選擇主要視實(shí)際接地效果處理(因?qū)嶒?yàn)室空間較大，不同試驗(yàn)，各設(shè)備的擺放位置不同，兩端子與接地銅排的距離就不同，首選就近接地，泄放效果更好)。

圖3 地信號(hào)搭接接地示意圖

圖4 地信號(hào)遠(yuǎn)端接地示意圖

措施2：在顯示控制終端內(nèi)部增加隔離電源模塊，及相關(guān)RC濾波電路，如圖5所示，將地面測(cè)控系統(tǒng)為顯示控制終端供電的V1、V1GND 信號(hào)調(diào)理成二次供電信號(hào)V1′、V1GND′后，再為內(nèi)部電路各器件提供工作用電。這樣可以有效濾除毛刺干擾，避免電源模塊的前級(jí)供電電路中產(chǎn)生或者竄入的干擾對(duì)后級(jí)電路的用電設(shè)備造成不良影響。

圖5 地面測(cè)控系統(tǒng)的供電電路原理示意圖(電磁兼容改進(jìn)設(shè)計(jì)后)

3.2 數(shù)據(jù)采集曲線的毛刺問題

3.2.1 現(xiàn)象

在進(jìn)行箭架聯(lián)合匹配試驗(yàn)時(shí)，地面測(cè)控系統(tǒng)的脫落插頭脫落后，進(jìn)行箭上數(shù)據(jù)下載，發(fā)現(xiàn)下載的數(shù)據(jù)文件有時(shí)無法打開，而能夠打開的數(shù)據(jù)文件中，曲線毛刺很多。

3.2.2 原因分析

在箭架聯(lián)合匹配試驗(yàn)前的電氣綜合聯(lián)試中，多次完成了地面測(cè)控系統(tǒng)的真實(shí)脫落試驗(yàn)。在真實(shí)脫落試驗(yàn)中，采集下載的箭上數(shù)據(jù)全部正常，并未出現(xiàn)毛刺問題。而箭架聯(lián)合匹配試驗(yàn)與電氣綜合聯(lián)試的區(qū)別就在于被測(cè)箭體放置在發(fā)射架上進(jìn)行試驗(yàn)，其它試驗(yàn)設(shè)備組成及條件基本相同。

對(duì)發(fā)射架的供電及接地情況檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，整個(gè)試驗(yàn)廠房的交流零線與交流保護(hù)地相通，而發(fā)射架架體與交流保護(hù)地也相通，由于箭體通過金屬滑塊放置在發(fā)射架上，因此箭體與交流保護(hù)地也相通。當(dāng)試驗(yàn)廠房的接地系統(tǒng)中存在較強(qiáng)的干擾時(shí)，干擾信號(hào)就會(huì)沿著這一通路影響箭上設(shè)備的工作狀態(tài)，所以在采集數(shù)據(jù)中會(huì)出現(xiàn)毛刺。經(jīng)檢查，發(fā)射架與交流保護(hù)地相通的原因是試驗(yàn)廠房中設(shè)置了多根導(dǎo)軌，這些導(dǎo)軌與交流保護(hù)地相通，發(fā)射架放置在地上，與導(dǎo)軌接觸，導(dǎo)致了與交流保護(hù)地的接通。

3.2.3 電磁兼容改進(jìn)設(shè)計(jì)

為了避免試驗(yàn)廠房接地系統(tǒng)中的干擾信號(hào)對(duì)地面測(cè)控系統(tǒng)的采集測(cè)量工作造成不良影響，對(duì)試驗(yàn)廠房供電系統(tǒng)的接地、發(fā)射架的接地進(jìn)行了改進(jìn)，在發(fā)射架的固定支撐與導(dǎo)軌之間墊上絕緣膠板，使發(fā)射架體與導(dǎo)軌隔離，即與交流保護(hù)地隔離；另外，在試驗(yàn)廠房外面埋設(shè)獨(dú)立的交流保護(hù)接地樁，作為地面測(cè)控系統(tǒng)的交流供電的保護(hù)接地，確保交流保護(hù)地與交流零線隔離，減少交流干擾。

如圖6所示，當(dāng)一組接地線路上存在較大干擾的時(shí)候，就會(huì)通過接地樁上的共地點(diǎn)對(duì)其余的接地線路產(chǎn)生竄擾。即當(dāng)a點(diǎn)的地電位因干擾而造成波動(dòng)時(shí)，就會(huì)因?yàn)榻拥貥兜墓驳攸c(diǎn)，影響b、c點(diǎn)的電壓信號(hào)，引起其地電位的變化，造成電壓波動(dòng)，進(jìn)而對(duì)其余設(shè)備產(chǎn)生影響。如下圖7所示，將地面測(cè)控系統(tǒng)和發(fā)射架的接地線分別連接至試驗(yàn)廠房的兩個(gè)獨(dú)立的接地樁后，兩系統(tǒng)不再有可通過地線干擾的途徑，有效避免干擾信號(hào)通過接地點(diǎn)對(duì)其余設(shè)備產(chǎn)生影響。改進(jìn)后再次進(jìn)行箭架聯(lián)合匹配試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果正常，采集文件可正常打開，數(shù)據(jù)曲線只有很少量毛刺。

圖7 兩系統(tǒng)單獨(dú)接地示意圖

4 結(jié)束語

電磁兼容性設(shè)計(jì)與產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)是同等重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)初期，應(yīng)進(jìn)行充分的調(diào)研，根據(jù)電磁兼容要求，落實(shí)相應(yīng)的技術(shù)措施。只有這樣，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出的產(chǎn)品才是技術(shù)指標(biāo)過硬的產(chǎn)品。本文通過運(yùn)用電磁兼容的基本理論和技術(shù)，對(duì)某型地面測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)分析，歸納總結(jié)出系統(tǒng)中存在的主要敏感部位，并針對(duì)存在的電磁干擾隱患，提出了相應(yīng)的解決措施。本文所述的某型地面測(cè)控系統(tǒng)，應(yīng)用了所設(shè)計(jì)的各項(xiàng)電磁兼容性措施后，在后續(xù)的實(shí)體研試、聯(lián)合試驗(yàn)中，進(jìn)行了充分的驗(yàn)證與考核。試驗(yàn)結(jié)果表明，某型地面測(cè)控系統(tǒng)工作正常，抗干擾效果良好，可供后續(xù)設(shè)計(jì)參考借鑒。