徐楠 周前柏 包健龍

摘 要：隨著機載電子設(shè)備的增加，機載電子系統(tǒng)之間的電磁環(huán)境也越來越復(fù)雜。在復(fù)雜電磁環(huán)境下，采取有效抗干擾措施才能使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作。本文通過對機載電子系統(tǒng)綜合驗證場景的實例分析，簡要介紹了幾種抗干擾的設(shè)計措施。

關(guān)鍵詞：機載電子系統(tǒng)；電磁兼容；抗干擾；軟件魯棒性；濾波器

Abstract：With the increase of avionics equipment，the electromagnetic environment of the avionics system becomes more and more complex.In the complex elecrtomagnetic enviroment，effective anti-jamming measures are taken to make the system work stably.In this paper， an example analysis of the avionics system integrated verification scenarious，this paper briefly introduces several anti-jamming design measures.

Key words：Avionics system；EMC；anti-jamming；software Robust；filter

隨著電子技術(shù)迅猛發(fā)展，大量電子設(shè)備廣泛應(yīng)用于機載設(shè)備的各個領(lǐng)域。電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，導(dǎo)致飛機周圍空間產(chǎn)生的電磁場電平的不斷增加，飛機機載設(shè)備之間的電磁環(huán)境也越來越復(fù)雜。計算機系統(tǒng)對電磁環(huán)境比較敏感，同時還會污染局部電磁環(huán)境對其他設(shè)備形成干擾，各系統(tǒng)的電磁兼容直接影響產(chǎn)品的性能，嚴(yán)重的直接危及飛機的飛行安全。因此，研究控制和消除干擾尤為重要，使機載電子設(shè)備或系統(tǒng)與其它設(shè)備能夠協(xié)調(diào)工作。

本文通過對機載電子系統(tǒng)在綜合過程中硬件及軟件的分析，提出幾種抗干擾的設(shè)計措施及其實例分析。

1 EMC設(shè)計和系統(tǒng)間抗干擾分析

機載電子系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計和抗干擾設(shè)計是一個綜合的技術(shù)，需要從設(shè)計的軟、硬件各個層面共同采取措施。

在設(shè)計早期階段重點關(guān)注EMI，電子系統(tǒng)早期的EMC設(shè)計有很多優(yōu)勢，可以提高自身工作的穩(wěn)定性，可以幫助系統(tǒng)減少設(shè)計及測試成本。早期的EMC設(shè)計方法很多，本文簡要介紹了印制板設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計的措施。

機載復(fù)雜系統(tǒng)間的綜合還應(yīng)分析“干擾源”和“受擾者”的耦合情況，采取抗干擾措施，減輕相互的干擾。本文以實例分析的形式展開抗干擾的分析。

2 印制板設(shè)計措施

計算機系統(tǒng)中的時鐘是最高的頻率信號，它的全部能量都集中在由基頻和諧波頻率組成的窄帶內(nèi)。在大多數(shù)情況下，來自時鐘的輻射超過其他部分的輻射。因此，為了使時鐘回路的總面積不超過幾個平方厘米，所有的時鐘都應(yīng)與地回路線相連。為了限制時鐘信號對印制線路板的那些引出線耦合，時鐘電路應(yīng)放在遠(yuǎn)離輸入/輸出引線的地方。為了減小交擾，時鐘引線不應(yīng)在長距離與信號線或數(shù)據(jù)總線并行走線。對地址總線、數(shù)據(jù)總線和其他各種信號線應(yīng)就近提供一個信號回路，地回路最好設(shè)置在最不重要的地址引線附近。

3 屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計

隨著系統(tǒng)的集成度提高，一個電子模塊中會集成多個處理器和多種晶振。為解決模塊級的電磁兼容性，可設(shè)計電子模塊的屏蔽結(jié)構(gòu)框并良好接地。在產(chǎn)品整體設(shè)計時，選用帶信號屏蔽的連接器，對機箱進(jìn)行密封設(shè)計并良好接地。將產(chǎn)品內(nèi)外的電磁輻射發(fā)射通道隔斷。采用濾波電連接器：電纜的長度往往由飛機的實際需要決定，控制電纜共模輻射的最好的方法是減小高頻共模電流的幅度，因為高頻共電流的輻射效率很高，是造成電纜超標(biāo)輻射的主要因素。減小電纜上共模高頻電流的一個有效方法是在電纜的端處使用低通濾波器，濾除電纜上的高頻共模電流。濾波電連接器是解決這個問題的理想器件。濾波電連接器的每個插針上有一個低通濾波器，能夠?qū)⒉遽樕系墓材ｋ娏鳛V掉。

4 機載系統(tǒng)綜合實例

圖1中給出了機載系統(tǒng)綜合的一個實例。在此系統(tǒng)中，綜合處理機作為信息中轉(zhuǎn)設(shè)備將燃油測量系統(tǒng)和其他機載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)給顯控系統(tǒng)供飛行員查看。再結(jié)合時標(biāo)信息將數(shù)據(jù)發(fā)給飛參系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。在本系統(tǒng)中采用了RS422，模擬量，離散量等接口。

早期的EMC優(yōu)化設(shè)計后，在全系統(tǒng)綜合時，因系統(tǒng)交聯(lián)的復(fù)雜性，又出現(xiàn)了綜合處理機偶發(fā)復(fù)位的現(xiàn)象。復(fù)位出現(xiàn)時測量到的信號波形如圖2所示。

根據(jù)測量到的波形分析，由軟復(fù)位產(chǎn)生的系統(tǒng)復(fù)位有效時間為40us左右，復(fù)位源為軟復(fù)位。進(jìn)一步測試，在系統(tǒng)啟動燃油系統(tǒng)的422數(shù)據(jù)傳輸時，會發(fā)生復(fù)位。將燃油422斷開后，現(xiàn)象消失。分析復(fù)位與422通訊的關(guān)聯(lián)情況，在處理機的接收軟件中，聲明了長度為70的數(shù)組作為接收緩沖區(qū)。模擬燃油系統(tǒng)422接口數(shù)據(jù)的包長字為01h～0ffh，發(fā)現(xiàn)包長字在超出規(guī)定的數(shù)組長度時，故障會復(fù)現(xiàn)。

根據(jù)軟復(fù)位產(chǎn)生的機理，分析如圖3所示。

問題的根源在于422接口受電磁干擾后會偶發(fā)出現(xiàn)包長字誤碼。而驅(qū)動軟件是根據(jù)接收到的包長字進(jìn)行臨時數(shù)組數(shù)據(jù)創(chuàng)建。在422接口接收到誤碼后引起軟件數(shù)組越界，進(jìn)而CPU進(jìn)入特殊總線周期造成總線超時例外，產(chǎn)生軟復(fù)位信號，導(dǎo)致復(fù)位、死機。

實例中的問題，說明在機載復(fù)雜電子系統(tǒng)綜合時，在解決“干擾源”的問題后，還需要做好“受擾者”的抗干擾措施。從以下三個方面闡述。

5 電源的抗干擾措施

在許多數(shù)據(jù)處理機中，最大的射頻干擾表現(xiàn)為電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射。可以在主電源線上安裝一個L型濾波器，就能十分有效地抑制這類干擾。需通過對用電環(huán)境、產(chǎn)品功耗、電源品質(zhì)的分析計算，選擇合適的濾波器。

6 傳輸線的抗干擾措施

采用雙絞線能降低共模干擾（見圖4），當(dāng)電流在線路流動時，由于雙絞線位置不斷地改變，導(dǎo)線內(nèi)的電磁感應(yīng)e的方向也就改變了，從而使其互相抵消， 若采用具有屏蔽的雙絞線，既可屏蔽外界的干擾又達(dá)到平衡電磁感應(yīng)的作用。實例中的422數(shù)據(jù)的干擾源就來自信號線。在實例中，干擾來自燃油系統(tǒng)的422信號線，通過重新敷設(shè)雙絞電纜，并做好信號線屏蔽連續(xù)，消除了此干擾源。

7 軟件魯棒性設(shè)計

在進(jìn)行軟件抗干擾設(shè)計時，引入了魯棒性設(shè)計的概念。魯棒性是在異常和危險情況下系統(tǒng)生存的關(guān)鍵。比如說，計算機軟件在參數(shù)變化，系統(tǒng)噪聲，不可預(yù)測的干擾輸入情況下，能否不死機、不崩潰，就是該軟件的魯棒性。

在有數(shù)據(jù)采集的計算機系統(tǒng)中，由于受電磁環(huán)境的影響，采集的數(shù)據(jù)中包含有干擾成分。為此，可以采用比較平均法設(shè)計數(shù)字濾波軟件。

比較平均法是為了剔除個別大的干擾產(chǎn)生的數(shù)據(jù)偏差或控制系統(tǒng)的誤動作，其方法是用比較判決，如對采樣點連續(xù)采樣3次，用“3取2”的判決來剔除瞬間強干擾信號造成的錯誤。實例中涉及了離散量信號的防抖設(shè)計，系統(tǒng)中的離散量信號均為慢速系統(tǒng)，使用比較平均法，在保證信號采集的實時性基礎(chǔ)上，濾除信號上的干擾。

實例中的422驅(qū)動軟件的魯棒性不足。僅按通訊協(xié)議建立了基本的通訊。沒有考慮傳輸信號干擾帶來的影響。為加強魯棒性，可以擴展數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，也可以對關(guān)鍵的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行軟件濾波。

8 結(jié)語

機載電子系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計和抗干擾設(shè)計是一個綜合的技術(shù)，需要從設(shè)計的軟、硬件各個層面共同采取措施，并分析“干擾源”和”受擾者”的耦合情況。才能夠提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

因篇幅和作者經(jīng)驗有限，不能逐一進(jìn)行闡述。本文僅圍繞典型案例，列舉了相應(yīng)的抗干擾措施。在實際工程中，這些措施有效的抑制了電磁干擾，盡早通過系統(tǒng)級的電磁兼容試驗來驗證這些措施也是很有必要的。

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作者簡介：徐楠（1981-），男，陜西西安人，本科，工程師，研究方向：計算機應(yīng)用技術(shù)。