羅冰 徐建敏

【摘要】? ? 惡劣的高海拔環(huán)境對(duì)信號(hào)接收系統(tǒng)安裝、使用、維保帶來了很大的挑戰(zhàn)，本文針對(duì)高海拔環(huán)境下的無人值守式信號(hào)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，從高海拔環(huán)境適應(yīng)性、高可靠性、故障智能檢測計(jì)、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(jì)，提高了系統(tǒng)在高海拔環(huán)境下的適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)24小時(shí)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(hào)接收系統(tǒng)

引言：

惡劣的高海拔環(huán)境導(dǎo)致信號(hào)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(shí)能完成24小時(shí)不間斷的無人值守式信號(hào)自動(dòng)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(jì)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(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)雷暴等極端天氣常發(fā)生。

1.1低氣壓對(duì)系統(tǒng)的影響

信號(hào)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(shí)會(huì)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(duì)于依靠空氣對(duì)流為散熱主要方式的設(shè)備及器件，長時(shí)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(shí)導(dǎo)致設(shè)備及器件損壞。

低氣壓對(duì)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(jī)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(duì)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(shí)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(duì)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(hào)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(shí)因系統(tǒng)有大量的天線，更容易遭受直擊雷。

雷電發(fā)生時(shí)，對(duì)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(qiáng)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(hào)接收系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

信號(hào)接收系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(duì)高原環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)、防雷設(shè)計(jì)、高可靠性設(shè)計(jì)、故障智能檢測設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)安全遠(yuǎn)傳設(shè)計(jì)、環(huán)境安全設(shè)計(jì)等，滿足信號(hào)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(jì)

整個(gè)系統(tǒng)主要由信號(hào)接收天線、接收機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、安全設(shè)備、光端機(jī)、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(jī)放置在機(jī)房內(nèi)，示意圖如下圖1所示。

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

針對(duì)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(duì)半密閉式設(shè)備采用大風(fēng)道增加散熱面積。對(duì)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(duì)日溫差大的環(huán)境，設(shè)備印制板涂抹“三防漆”同時(shí)預(yù)留由排水透氣孔，對(duì)于濕度特別大的區(qū)域，機(jī)房內(nèi)可設(shè)置除濕機(jī)降低周圍環(huán)境中的濕度，當(dāng)空氣濕度低于65%時(shí)，大多數(shù)金屬的腐蝕變得很慢[3]。

針對(duì)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(dú)立避雷針或避雷網(wǎng)，同時(shí)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(shí)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(shí)供電系統(tǒng)從總電源配電柜開始進(jìn)行四級(jí)防雷防護(hù)并進(jìn)行寬壓設(shè)計(jì)，如下圖2所示。

2.3高可靠性設(shè)計(jì)

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(jì)，當(dāng)主用的網(wǎng)絡(luò)接口異常后自動(dòng)切成串口。設(shè)備采用28/24VDC雙電源模塊設(shè)計(jì)，當(dāng)其中某個(gè)模塊故障后，自動(dòng)切成另一個(gè)電壓供電，無需掉電即可完成切換。

功能進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)提升可靠性，接收機(jī)采用多模塊并串聯(lián)冗余設(shè)計(jì)，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(jì)在降低系統(tǒng)規(guī)模及成本的同時(shí)大幅提高了任務(wù)可靠性，設(shè)計(jì)示意圖如下圖3所示。

2.4故障智能檢測設(shè)計(jì)

系統(tǒng)任務(wù)設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊可對(duì)自身狀態(tài)（如電壓、電流、溫度等信息）進(jìn)行監(jiān)視并上報(bào)。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(bào)。

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(shí)時(shí)上自檢及運(yùn)行狀態(tài)等信息，油機(jī)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)上報(bào)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(shí)時(shí)上報(bào)電量數(shù)據(jù)，電池健康程度，當(dāng)某一供電手段故障時(shí)，自動(dòng)啟用其它供電手段。

所有數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至計(jì)算機(jī)中的軟件進(jìn)行管理，運(yùn)維運(yùn)控?cái)?shù)據(jù)回傳后通過后端可視化界面可實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)報(bào)警提示，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)設(shè)備故障率，自動(dòng)形成故障日志。

2.5數(shù)據(jù)安全遠(yuǎn)傳設(shè)計(jì)

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(jī)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(jì)在往后端推送數(shù)據(jù)的同時(shí)利用大容量存儲(chǔ)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(dòng)將未及時(shí)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(jì)

系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)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(shí)別）、紅外對(duì)射裝置、機(jī)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(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析及顯示、存儲(chǔ)管理等，同時(shí)提供相應(yīng)告警提醒。

三、結(jié)束語

本文從針對(duì)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(jì)、數(shù)據(jù)安全傳輸、環(huán)境安全等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(duì)性的設(shè)計(jì)，使得某型信號(hào)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(jì)預(yù)期效果，該研究對(duì)后續(xù)類似系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)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(jī)偏航系統(tǒng)防雷技術(shù)研究[J]. 2019， （09）：40-41

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