[科普中国]-抗干扰

干扰是指对有用信号的接收造成损伤。抗干扰即用来对抗通讯或雷达运行的任何干扰的系统或技术 。

学术定义：

（1）结合电路的特点使干扰减少到最小。

（2）是指设备能够防止经过天线输入端，设备的外壳以及沿电源线作用于设备的电磁干扰。

简介抗干扰是指设备能够防止经过天线输入端，设备的外壳以及沿电源线作用于设备的电磁干扰。

雷达往往工作在复杂的电磁环境中，雷达抗干扰性能的优劣直接决定了整个雷达系统的性能。然而，如何评价雷达抗干扰性能的优劣，至今还没有公认的标准。因此人们难以把握雷达抗干扰能力的好坏，严重阻碍了雷达抗干扰技术和战术的发展。

目前对于雷达抗干扰性能的评估,已经有了部分研究成果,但存在以下缺点：

(1)干扰和抗干扰性能分开评估,没有把两者联系起来,这不符合实际情况；

(2)由于雷达系统的复杂性,往往不能表征整个雷达的抗干扰性能,而仅从雷达采取的抗干扰措施或雷达本身固有的特性来研究；

(3)度量值具有不可测性,计算繁琐。

干扰在通信领域中，信号是表示消息的物理量，如电信号可以通过幅度、频率、相位的变化来表示不同的消息。干扰是指对有用信号的接收造成损伤。干扰一般由以下两种，串扰：电子学上两条信号线之间的耦合现象。无线电干扰：通过发送无线电信号来降低信噪比的方式，达到破坏通信、阻止广播电台信号的行为。1

形成干扰的基本要素有三个：

（1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可 能成为干扰源。

（2）传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传 播路径是通过 导线的传导和空间的辐射。

（3）敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC， 弱信号放大 器等。

抗干扰措施抗干扰措施的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。

抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制干扰源的常用措施如下：2

⑴继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。

⑵在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。

⑶给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。

⑷电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。

⑸布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。

⑹可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的）。

切断干扰传播路径的常用措施⑴充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感，要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。

⑵如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。

⑶注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。

⑷电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。

⑸用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。

⑹单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。

⑺在单片机I/O口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。

提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。

提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：

⑴布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。

⑵布线时，电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。

⑶对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。

⑷对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813，X25043，X25045等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。

⑸在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。

⑹IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。

软件方面⑴我习惯于将不用的代码空间全清成“0”，因为这等效于NOP，可在程序跑飞时归位；

⑵在跳转指令前加几个NOP，目的同1；

⑶在无硬件WatchDog时可采用软件模拟WatchDog，以监测程序的运行；

⑷涉及处理外部器件参数调整或设置时，为防止外部器件因受干扰而出错可定时将参数重新发送一遍，这样可使外部器件尽快恢复正确；⑸通讯中的抗干扰，可加数据校验位，可采取3取2或5取3策略；

⑹在有通讯线时，如I^2C、三线制等，实际中我们发现将Data线、CLK线、INH线常态置为高，其抗干扰效果要好过置为低。

硬件方面⑴地线、电源线的布线肯定重要了！

⑵线路的去耦；

⑶数、模地的分开；

⑷每个数字元件在地与电源之间都要104电容；

⑸在有继电器的应用场合，尤其是大电流时，防继电器触点火花对电路的干扰，可在继电器线圈间并一104和二极管，在触点和常开端间接472电容，效果不错！

⑹为防I/O口的串扰，可将I/O口隔离，方法有二极管隔离、门电路隔离、光偶隔离、电磁隔离等；

⑺当然多层板的抗干扰肯定好过单面板，但成本却高了几倍。

⑻选择一个抗干扰能力强的器件比之任何方法都有效，我想这点应该最重要。因为器件天生的不足是很难用外部方法去弥补的，但往往抗干扰能力强的就贵些，抗干扰能力差的就便宜，正如台湾的东东便宜但性能却大打折扣一样！主要看各位的应用场合了！

实现办法干扰现象分析干扰成因：现有的国内卫星广播电视系统普遍采用的是透明转发器和单波束赋形收发天线。并且，因为地球静止轨道位置资源和无线频率资源有限，所以卫星的空间位置和工作频率必须向国际电联申报并要符合国际规定，其参数包括电视信号的编码方式都是公开的。另外，卫星广播电视的频带利用方式通常由SCPC（单路单载波）和MCPC（多路单载波）两种方式。采用SCPC方式，多套节目可以通过频率分配共用同一卫星转发器，节省大量的地面节目接收设施，但是由于多载波上行存在互调干扰，转发器功率回退较多，功率利用率不高，而且由于每个载波间需要足够的保护频带，频带利用率也不高，卫星转发器较易受到其他载波信号的干扰，安全性较低。而MCPC方式下，多套节目共用一个完整的转发器经由同一上行站上行，由于单一载波上行，卫星转发器的功率资源可以得到充分利用，而且节省了多载波上行时的频率保护间隔，转发器可工作在饱和状态，安全得到了最大限度的保护，但也相应增加了地面信号引接设施。

因此，现有的卫星广播电视系统较易受到非法信号的干扰。并且传输体制采取SCPC较MCPC更易受到非法信号的干扰。

干扰类型及应对措施从干扰来源上说，主要分为自然现象干扰、设备故障干扰、地面电磁环境干扰、邻星干扰与人为原因造成的干扰等，有些干扰是相互交叉。

自然现象干扰主要包括日凌干扰、雨雪衰等。日凌干扰目前尚无有效的方法来避免，一般卫星公司会把各地的日凌时间通知用户，以便用户提前做好准备，地球站可通过增大天线口径和接收灵敏度来缩短日凌干扰的持续时间。而雨（雪）衰所导致的接收信号的恶化有一个渐变过程，可以通过补偿上行链路的雨（雪）衰损耗和留出足够的下行链路的雨衰备余量，来降低因雨（雪）衰造成的损失。

设备故障干扰主要包括卫星故障干扰和地面设备故障干扰两大类。卫星设备故障干扰可以通过及时切换备份器件，严重时转星或者更换转发器来解决。而地面设备故障干扰又分为中频转发干扰、地面调频广播干扰、交调干扰、杂散干扰等。前两者都是属于中频引入的干扰，可通过卫星公司协助排查干扰源以及地球站做好相应的系统或传输线路的电磁屏蔽工作来减小受干扰的可能性。杂散干扰可通过卫星公司改变受影响转发器的增益档设置、地球站相应提高上行功率来减少干扰影响。交调干扰可通过地球站严格控制上行功率以及确保调制解调器、上变频器、发射机等有足够的预留回退余量来解决。

地面电磁环境干扰主要包括微波通信中继信号干扰、雷达信号干扰等，可以通过电磁检测和频率协调，以及电磁屏蔽手段来解决问题。3、地球站的抗干扰系统实现地球站的抗干扰措施。通过以上对干扰现象的分析，目前，各地球站可以采取以下抗干扰措施。

⑴上行地球站应使用大功率发射机和大口径高增益发射天线：一旦卫星受干扰时，减小星上接收机增益，加大上行功率，以增强转发器输入载噪比，减小干扰影响。

⑵上行地球站应使用大功率MCPC上行信号推至转发器饱和点：传送电视节目少用或不用SCPC信号，从而利用转发器饱和点强信号对弱信号的抑制作用特性，进一步减小非法干扰影响。

⑶上行地球站应配备相应的抗干扰系统，通过对地球站所有设备的实时监控，对各类干扰及时发现、判断和处理。

卫星通信抗干扰技术随着国民经济的发展，无线通信已被广泛地应用在国民经济的各个领域和人们的日常生活中，特别是公用移动通信的迅速发展，社会上使用的各种无线通信设备的数量急剧上升。现代战争中，指挥通信、军事情报、兵器控制都日益依赖于电子设备，特别是无线电设备的支持。信息战和电子战作为一种崭新的作战形式涉及军事领域，开辟了继陆海空战场之后的第四维战场——电磁战场..为了提高通信系统信息传输的可靠性，对抗各种形式的干扰，人们采用了各种通信抗干扰技术，保护通信系统在干扰环境下能准确、实时、不间断地传输信息。因此，对通信抗干扰原理和技术进行系统的介绍是很有必要的。一般说，通信抗干扰的基本体系、方法、措施可分为三类：3

⑴信号处理。如直接序列扩频技术(DS-SS），其关键参量是作为时间函数的相位；跳频技术(FH-SS）其关键参量是作为时间函数的载频；等等。

⑵空间处理。如采用自适应天线调零技术，当接收端受到干扰时，使其天线方向图零点自动指向干扰方向，以提高通信接收机的信干比。

⑶时间处理。如猝发传输技术，由于通信信号在传输过程中暴露的时间很短暂，从而大大降低了被干扰方侦察、截获的概率。

通信抗干扰技术研究的就是在已知或预测敌方的干扰手段情况下，在上述技术基础上（当然不排除以后有新的技术类别）选取适当的技术手段来消除或减轻敌方干扰，而使我方需要进行的通信能够延续的一项技术。对敌方的干扰性质，强度、种类、手段、采用的体系，了解得越清楚，采取的措施越有针对性，取得的效果也越好。由于敌方的对抗手段往往是综合的、多变的，有的可能是完全新颖的，所以抗干扰的手段也必须采取多种方式的结合才能取得较好的效果。

通信抗干扰技术的特点：⑴对抗性强，技术综合性强，难度高，发展快，某种程度上说是敌我双方智慧和技术的斗争。通信的成败关系着战争的胜负，所以此技术对抗性很强。通信抗干扰有了新技术，搞对抗的就想新的对策，反过来也一样，这样就促进了技术的发展和难度的提高。4

⑵对技术的实用性和可靠性的要求高，通信抗干扰必须在战场上实际解决问题。指标高而不可靠或不实用是不能容忍的，其后果不堪设想。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学