氣象觀測站抗電磁干擾技術的研究

郭宗凱，李承昊，劉振宏，李子健，苗傳海

(遼寧省氣象裝備保障中心，沈陽110166)

0 引言

近些年，遼寧地區大批自動氣象觀測站被投入業務使用，建設的氣象觀測站已超過1600套。隨著電子信息行業迅猛發展，移動基站、工廠大型電機設備、無線網絡通信系統都對自動氣象站設備的正常運行造成電磁干擾，導致氣象觀測數據異常，設備發生故障。

根據對近5 a自動氣象站故障信息的統計分析(數據統計來源于ASOM2.0平臺)，遼寧地區絕大多數自動氣象站設備抗電磁信號干擾能力比較薄弱，當自動氣象站系統中產生電磁感應或受到外界信號干擾沖擊時，氣象觀測數據會出現跳變、波動及異常等現象，情況嚴重時會使自動氣象站運行系統癱瘓，直接影響遼寧省的氣象防災減災和預報服務工作[1，2]。

通過對2016—2020年國家級地面觀測站電磁干擾故障(數據統計來源于ASOM 2.0平臺)統計分析，結合自動氣象站受電磁干擾的實際現狀，文章提出研制一種自動氣象站交流穩壓濾波器和信號噪聲濾波器，增強自動氣象站抗外界電磁干擾能力，同時，提供一種自動氣象站處理電磁干擾故障操作流程，保障設備穩定運行，從而提高氣象觀測數據質量。

1 自動氣象站受電磁干擾現狀

近幾年，遼寧省裝備中心加大對市縣局的自動氣象站備件儲備力度，強化對市縣級保障人員的業務技能培訓。目前，市縣保障人員已經能夠處理自動氣象站絕大部分的故障，但遇到如外界電磁信號干擾造成數據跳變、波動等疑難故障，就不知如何處理，從而造成數據長時間異常、缺測，最后只能申請求助省裝備中心到現場協助處理解決。

2 電磁干擾源頭及防范措施

根據電磁干擾源劃分，影響自動氣象站運行的電磁干擾可分為外部干擾和內部干擾。外部干擾具體通過電源、信號線、接地系統影響自動氣象站正常運行及氣象數據的觀測質量。內部干擾通過設備內部電路和元件的電磁感應以及累積的靜電電壓影響產生。

外部防范措施主要采用濾波技術防止外界電磁信號干擾的入侵，交流供電系統必須采用三線式(L、N、E)供電，E線應與采集器金屬外殼可靠連接。同時，業務值班室內的通信機柜、金屬文件柜等用導線與地連接，室內防靜電地板也應可靠接地。

內部防范措施主要為自動氣象站機箱內部布線要科學合理，各類信號線、直流電線、交流電線要分類布設，避免相互產生電磁干擾及靜電電壓；采取科學規范標準化接地，供電保護接地與信號屏蔽接地要物理分離，對地電阻阻值均要小于或等于4 Ω。

3 自主研發濾波器

3.1 研制交流穩壓濾波器

交流穩壓濾波器在自動氣象站的供電系統中為整個系統提供穩定的工作電壓，發揮穩壓器的作用，并具備一定的濾波及抗外界電磁信號干擾能力。交流穩壓濾波器是一種能消除供電線路中諧波及雜波，自動調整輸出電壓、保障電能傳輸質量的供電設備，使自動氣象站采集器及各類傳感器設備能夠在穩定供電環境下正常工作。

3.2 研制信號噪聲濾波器

信號噪聲濾波器可使信號中特定的頻率成分通過，極大地衰減其他無用頻率成分，利用信號噪聲濾波器的選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進行頻譜分析，當濾波器發現自動氣象站信號傳輸頻率高于或低于有效頻率范圍時，則認為該信號是干擾雜波，不予通過，從而保證自動氣象站不受外界電磁信號干擾，提升設備穩定性(圖1)。

圖1 信號濾波器基本電路設計

4 電磁干擾故障的排查流程

經省裝備保障中心自動氣象站維修技術人員統計分析，發現在有外界電磁信號干擾下，自動氣象站觀測數據往往具有波動性且無規則的大幅跳變，這是由于外界電磁信號干擾產生的電信號疊加在傳感器原電信號上，使采集到的信號出現異常，進而影響相關氣象數據。

在維修保障技術工作中，發現這種特征的異常數據時，首先考慮是否是由電磁干擾引起，對于由電磁干擾引起的數據異常，文章提供排除故障的具體思路及處理流程，利用替代法和排除法可有效排除故障(圖2)。

圖2 利用排除法和替代法解決電磁干擾引起的數據異常

5 結束語

文章自主設計研發符合遼寧省氣象觀測站穩定運行要求的交流穩壓濾波器和信號噪聲濾波器，能夠有效減少氣象觀測站受外界電磁信號干擾，提升設備穩定性，可在遼寧地區各級氣象部門的國家級地面氣象觀測站、省級氣象觀測站、自動土壤水分站、高速公路交通站等氣象探測設備進行應用與推廣。