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        針對高海拔環(huán)境的無人值守式信號接收系統(tǒng)設(shè)計

        2021-01-03 13:21:33羅冰徐建敏
        中國新通信 2021年20期
        關(guān)鍵詞:無人值守

        羅冰 徐建敏

        【摘要】? ? 惡劣的高海拔環(huán)境對信號接收系統(tǒng)安裝、使用、維保帶來了很大的挑戰(zhàn),本文針對高海拔環(huán)境下的無人值守式信號接收系統(tǒng)的設(shè)計需求,從高海拔環(huán)境適應(yīng)性、高可靠性、故障智能檢測計、數(shù)據(jù)安全傳輸、環(huán)境安全等方面進(jìn)行了分析及設(shè)計,提高了系統(tǒng)在高海拔環(huán)境下的適應(yīng)能力,實現(xiàn)了信號24小時不間斷的穩(wěn)定接收。

        【關(guān)鍵詞】? ? 高海拔環(huán)境? ? 無人值守? ? 信號接收系統(tǒng)

        引言:

        惡劣的高海拔環(huán)境導(dǎo)致信號接收系統(tǒng)安裝、維保困難,這種缺氧環(huán)境不適合派遣人員長期值守工作,另外人員后勤保障得不到保證。故一種適用于高海拔環(huán)境但同時能完成24小時不間斷的無人值守式信號自動接收的系統(tǒng)具有很好的發(fā)展前景及優(yōu)勢。

        一、高海拔無人值守式系統(tǒng)設(shè)計要求

        高海拔地區(qū)環(huán)境復(fù)雜多樣,各地差異明顯,主要有氣壓低、風(fēng)力大、日溫差大、紫外線強等特點,同時雷暴等極端天氣常發(fā)生。

        1.1低氣壓對系統(tǒng)的影響

        信號接收系統(tǒng)的設(shè)備中有大量的電子部件構(gòu)成,電子部件在工作時會產(chǎn)生熱量,由于高原環(huán)境氣壓低,空氣的導(dǎo)熱能力也隨之降低[1],對于依靠空氣對流為散熱主要方式的設(shè)備及器件,長時間工作后容易導(dǎo)致熱量堆積無法有效散熱,出現(xiàn)過熱現(xiàn)象,嚴(yán)重時導(dǎo)致設(shè)備及器件損壞。

        低氣壓對電子部件的絕緣性也有影響,隨著氣壓的降低,絕緣材料內(nèi)部的放電更容易發(fā)生,低壓環(huán)境容易導(dǎo)致絕緣材料更易擊穿及老化,導(dǎo)致電路短路,設(shè)備異常工作[2]。

        接收機的集成電路中使用了大量的濾波器件,不合適的濾波器件在低氣壓環(huán)境中易打火,甚至燒毀相應(yīng)的部件。

        1.2日溫差對系統(tǒng)的影響

        高海拔氣候日溫差大,在部分濕度大的地區(qū),隨著溫度的變化,容易導(dǎo)致電子部件表面出現(xiàn)水汽凝結(jié)的凝露現(xiàn)象,導(dǎo)致電子部件短路甚至燒毀。同時凝露現(xiàn)象使得電子部件的絕緣性變差,易導(dǎo)致漏電甚至出現(xiàn)擊穿等嚴(yán)重導(dǎo)致設(shè)備故障的現(xiàn)象[3]。

        1.3雷擊對系統(tǒng)的影響

        高海拔地區(qū)雷暴天氣頻發(fā),雖然雷電流比其它地區(qū)小,但其能量依然很大[4]。信號接收系統(tǒng)為了達(dá)到更遠(yuǎn)的接收距離,往往設(shè)置在山頂?shù)瓤諘鐓^(qū)域,同時因系統(tǒng)有大量的天線,更容易遭受直擊雷。

        雷電發(fā)生時,對周圍電磁場產(chǎn)生變化,電磁場變化容易導(dǎo)致電子部件內(nèi)產(chǎn)生高強度的浪涌,從而破壞設(shè)備。這類感應(yīng)雷特別容易從供電線路,通信線路進(jìn)入。

        二、無人值守式信號接收系統(tǒng)總體設(shè)計

        信號接收系統(tǒng)總體設(shè)計需要綜合考慮高原特殊氣候和地理環(huán)境等因素,采取了針對高原環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計、防雷設(shè)計、高可靠性設(shè)計、故障智能檢測設(shè)計、數(shù)據(jù)安全遠(yuǎn)傳設(shè)計、環(huán)境安全設(shè)計等,滿足信號接收系統(tǒng)在高海拔環(huán)境下的安全穩(wěn)定工作。

        2.1系統(tǒng)設(shè)計

        整個系統(tǒng)主要由信號接收天線、接收機、網(wǎng)絡(luò)交換機、安全設(shè)備、光端機、安防設(shè)備、環(huán)控設(shè)備、供電設(shè)備等組成,接收天線安裝在透波罩內(nèi),單機放置在機房內(nèi),示意圖如下圖1所示。

        2.2針對高海拔環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計

        針對低氣壓環(huán)境,系統(tǒng)電子部件采用耐低氣壓元器件及絕緣材料,對半密閉式設(shè)備采用大風(fēng)道增加散熱面積。對于小型組件如限幅放大組件等采用激光封焊工藝形成全密閉空間。

        針對日溫差大的環(huán)境,設(shè)備印制板涂抹“三防漆”同時預(yù)留由排水透氣孔,對于濕度特別大的區(qū)域,機房內(nèi)可設(shè)置除濕機降低周圍環(huán)境中的濕度,當(dāng)空氣濕度低于65%時,大多數(shù)金屬的腐蝕變得很慢[3]。

        針對雷暴環(huán)境,系統(tǒng)采用避雷網(wǎng)、多支避雷針方式,場地受限區(qū)域也可以采用獨立避雷針或避雷網(wǎng),同時接地裝置和設(shè)備之間不小于3m,可有效保護(hù)系統(tǒng)免招直擊雷破壞,同時天線輸出口安裝防雷器,網(wǎng)絡(luò)安裝以太網(wǎng)防雷器,避雷地和電源地、工作地分? 同時供電系統(tǒng)從總電源配電柜開始進(jìn)行四級防雷防護(hù)并進(jìn)行寬壓設(shè)計,如下圖2所示。

        2.3高可靠性設(shè)計

        滿足無人值守高可靠性的要求,系統(tǒng)核心設(shè)備控制采用串口及網(wǎng)絡(luò)雙控制冗余設(shè)計,當(dāng)主用的網(wǎng)絡(luò)接口異常后自動切成串口。設(shè)備采用28/24VDC雙電源模塊設(shè)計,當(dāng)其中某個模塊故障后,自動切成另一個電壓供電,無需掉電即可完成切換。

        功能進(jìn)行冗余設(shè)計提升可靠性,接收機采用多模塊并串聯(lián)冗余設(shè)計,將功性能一致的模塊進(jìn)行并聯(lián),并與其它模塊串聯(lián)[5],當(dāng)某模塊故障后,并聯(lián)模塊將替代其工作,該設(shè)計在降低系統(tǒng)規(guī)模及成本的同時大幅提高了任務(wù)可靠性,設(shè)計示意圖如下圖3所示。

        2.4故障智能檢測設(shè)計

        系統(tǒng)任務(wù)設(shè)備采用模塊化設(shè)計,每個模塊可對自身狀態(tài)(如電壓、電流、溫度等信息)進(jìn)行監(jiān)視并上報。因安裝空間受限,部分異型部件,通過供電設(shè)備監(jiān)視其電壓電流情況并上報。

        系統(tǒng)配套設(shè)備如供電設(shè)備中太陽能、風(fēng)力系統(tǒng)可實時上自檢及運行狀態(tài)等信息,油機系統(tǒng)可實時上報轉(zhuǎn)速、油量等信息,所有供電手段產(chǎn)生的電能匯入場地下部的電池坑中,電池坑中的管理系統(tǒng)可實時上報電量數(shù)據(jù),電池健康程度,當(dāng)某一供電手段故障時,自動啟用其它供電手段。

        所有數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至計算機中的軟件進(jìn)行管理,運維運控數(shù)據(jù)回傳后通過后端可視化界面可實現(xiàn)故障自動報警提示,自動統(tǒng)計設(shè)備故障率,自動形成故障日志。

        2.5數(shù)據(jù)安全遠(yuǎn)傳設(shè)計

        系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)通過安全設(shè)備進(jìn)行加密處理后,由光端機將多路數(shù)據(jù)進(jìn)行同步壓縮編碼后通過光纖或微波散射傳送到應(yīng)用處理中心進(jìn)行處理,滿足高海拔環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/p>

        考慮高海拔環(huán)境下導(dǎo)致數(shù)據(jù)回傳的不可控性,系統(tǒng)設(shè)計在往后端推送數(shù)據(jù)的同時利用大容量存儲服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存盤管理,若回傳鏈路恢復(fù)正常后自動將未及時回傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行再次回傳,保證數(shù)據(jù)不丟失。

        2.6環(huán)境安全設(shè)計

        系統(tǒng)通過計算機環(huán)境安全管理軟件統(tǒng)一管理場地周圍的安防攝像頭(AI智能識別)、紅外對射裝置、機房門禁系統(tǒng)以及溫濕度傳感器、煙霧傳感器、氣象傳感器、雷電預(yù)警傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù),環(huán)境安全監(jiān)視系統(tǒng)示意圖如圖4所示

        環(huán)境安全監(jiān)視系統(tǒng)由各類傳感器、通信傳輸設(shè)備、環(huán)境安全管理軟件組成,各類傳感器獲取相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù),通過通信傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)回傳至后端,管理軟件對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析及顯示、存儲管理等,同時提供相應(yīng)告警提醒。

        三、結(jié)束語

        本文從針對高海拔環(huán)境下無人值守系統(tǒng)特殊要求出發(fā),從高海拔環(huán)境適應(yīng)性、高可靠性、故障智能檢測計、數(shù)據(jù)安全傳輸、環(huán)境安全等方面進(jìn)行設(shè)計,提高了無人值守系統(tǒng)在高海拔環(huán)境下的可靠性及安全性,根據(jù)這些針對性的設(shè)計,使得某型信號接收系統(tǒng)在該惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠工作,達(dá)到了設(shè)計預(yù)期效果,該研究對后續(xù)類似系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的參考意義。

        參? 考? 文? 獻(xiàn)

        [1]趙斌、郭贊洪等.淺談低氣壓對裝備及元器件的影響[J].重慶,裝備環(huán)境工程.2016

        [2]田志海,葛景謗,程錫圭.低氣壓聚合物絕緣材料內(nèi)部局部放電量特性研究[J],絕緣材料通訊[J],1992(2):1-4

        [3]韋生文.雷達(dá)電子設(shè)備的呼吸凝露作用及預(yù)防[J]. 2010,(8)6

        [4]姚敬海 趙煜、張恩壽等.高原地區(qū)風(fēng)機偏航系統(tǒng)防雷技術(shù)研究[J]. 2019, (09):40-41

        [5]孫國強.無人值守雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計[J]. 兵器裝備工程學(xué)報,2018(1):34-36,70

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