第10章抗干扰技术概要
无线通信抗干扰技术
空间滤波抗干扰技术实验与案例分析
要点一
空间滤波抗干扰技术原理
要点二
实验与案例分析
空间滤波抗干扰技术是通过利用天线阵列，将来自不同 方向的信号进行分离，以抑制来自特定方向的干扰。
在实验室中，研究人员通过模拟不同方向的干扰，测试 空间滤波抗干扰技术的效果。结果表明，采用合适的天 线阵列配置，能够有效地抑制来自特定方向的干扰。案 例分析还表明，该技术在无线通信的实际应用中，能够 有效地降低来自特定方向的干扰，提高通信质量。
通过将信号扩展到更宽的频带，使其难以被侦听和干扰。
跳频技术
通过在多个频率之间跳变，使得敌方难以锁定目标。
猝发通信
将大量信息集中在短时间内传输，降低被干扰的可能性。
移动通信抗干扰应用
1 2
频偏纠偏技术
对由于干扰引起的频偏进行纠正，确保通信质 量。
联合检测技术
通过联合检测多个用户信号，提高抗干扰性能 。
扩频抗干扰技术实验与案例分析
扩频抗干扰技术原理
扩频抗干扰技术是通过将无线通信信号扩 展到更宽的频带中，以降低信号的干扰密 度，从而降低干扰的影响。
实验与案例分析
在实验室中，研究人员通过采用不同的扩 频方式，测试扩频抗干扰技术的效果。结 果表明，采用合适的扩频方式，能够有效 地降低信号的干扰密度。案例分析还表明 ，该技术在无线通信的实际应用中，能够 有效地抵御密集的同频干扰，提高通信质 量。
指通信系统之间的无意干扰，如设备故障、自然干扰等。
无线通信干扰的危害
01
02
03
通信中断
干扰会导致通信信道质量 下降，甚至通信中断，影 响军事行动和应急救援等 任务的完成。
信息泄露
通信干扰可能会泄露机密 信息，对国家安全和商业 利益造成威胁。
《抗干扰技术》课件 (2)
# 抗干扰技术
一、背景
- 干扰是指无线通信中的外部电波、电磁辐射等对正常信号的影响。 - 干扰会导致通信信号质量下降、误码率增加等问题。 - 抗干扰技术的发展可以提高通信系统的抗干扰能力，保障通信质量。
二、抗干扰技术的分类
时域抗干扰技术
通过在时域对信号进行处 理，降低干扰信号的损害。
空域抗干扰技术
通过在空域对信号进行处 理，减少干扰信号的干扰 效果。
三、抗干扰技术的实现
1
数字信号处理技术
利用数字滤波器等技术进行信号处理以消除干扰。
2
模拟信号处理技术
通过模拟滤波器等技术对信号进行处理以降低干扰。
四、实例分析
航天器通信抗干扰技术实现
探索航天器通信中的干扰问题并提出相应的抗干 扰技术。
电磁环境下雷达抗干扰技术实现
研究雷达在电磁环境中的干扰问题，提出相应的 抗干扰解决方案。
五、总结
- 抗干扰技术的发展对通信系统的稳定运行至关重要。 - 未来的发展趋势是进一步提高抗干扰技术的效能和适用范围。
六、参考文献
通信抗干扰技术
10.1.1基本原理及关键技术
5、功率信号的产生
干扰功率信号由激励器和功率放大器产 生，激励器完成干扰源的产生和调制，其 输出功率较小。功率的放大由功率放大器 （需要较高的增益）完成。
高增益的放大器随着时间和温度的变化 容易不稳定并产生自激振荡，因此常采用 串联/并联的方法将多个放大器连在一起来 获得需要的功率输出。
通信抗干扰技术的特点
1、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。
2、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。
干扰还会影响接收机同步系统的性能，产生同 步误差甚至失步。
通信方虽然可以采用足够的编码来抵消任何干 扰，但此时，编码效率如此之低，已没有多少信 息吞吐量了。
10.2无线电通信的反侦察与抗 干10.扰2.1 无线电通信反侦察
10.2.2 无线电通信抗干扰
2007年12月
25
10.2.1 无线电通信反侦察
最佳干扰样式由信号的类型、调制方式和接 收（解调）方法决定。还要考虑技术上的可能性 、复杂度、目标电台的威胁程度，以及经济代价 等因素，有时也采用干扰效果一般的干扰样式。
10.1.1基本原理及关键技术
2、干扰压制系数、最佳干扰样式 和绝对最佳干扰样式
绝对最佳干扰：是指对于已知信号形 式的所有可能的接收方式，都有比较 小的压制系数的干扰样式。
10.1.1基本原理及关键技术
2、干扰压制系数、最佳干扰样式和绝对最 佳干扰样式
抗干扰技术及举例
2. 印制板的地线布置
图 10.9 导线的长度宽度与电流关系
图10.10 芯片的布置
五、 屏蔽 用金属外壳将整机或部分元器件包围起来, 再将金属外 壳接地, 就能起到屏蔽的作用, 对于各种通过电磁感应引起的 干扰特别有效。 屏蔽外壳的接地点要与系统的信号参考点 相接,而且只能单点接地, 所有具有同参考点的电路必须装在 同一屏蔽盒内。如有引出线, 应采用屏蔽线, 其屏蔽层应和外 壳在同一点接系统参考点。参考点不同的系统应分别屏蔽, 不可共处一个屏蔽盒内。
第10章 单片机系统的抗干扰技术 章
10.1 干扰源及其分类 10.2 干扰对单片机系统的影响 干扰对单片机系统的影响 10.3 硬件抗干扰技术 硬件抗干扰技术 10.4 软件抗干扰技术 10.5 数字滤波
10.1 干扰源及其分类
一、 干扰的含义
所谓干扰, 一般是指有用信号以外的噪声, 在信号输入、 所谓干扰, 一般是指有用信号以外的噪声, 在信号输入、 传输和输出过程中出现的一些有害的电气变化现象。 传输和输出过程中出现的一些有害的电气变化现象。这些变 化迫使信号的传输值、 指示值或输出值出现误差, 出现假像。 化迫使信号的传输值、 指示值或输出值出现误差 出现假像。 干扰对电路的影响, 轻则降低信号的质量, 干扰对电路的影响 轻则降低信号的质量 影响系统的稳
长线传输光电耦合浮置处理
图 10.6 可控硅感性负载开关电路
继电器隔离
脉冲变压器隔离法 脉冲变压器隔离法传递脉冲输入/输出信号时，不能传递直流分量。
对于一般的交流信号，可以用普通变压器实现隔离。
交流信号的幅度检测
二、 硬件滤波电路
图 10.7 四种滤波器的结构图
过压保护电路 三、 过压保护电路 在输入通道上采用一定的过压保护电路, 以防引入高压, 损坏系统电路。 过压保护电路由限流电阻和稳压管组成, 稳压值以略高于最高传送信号电压为宜。对于微弱信号 （0.2 V 以下）, 采用两支反并联的二极管, 也可起到过压 保护作用。
抗干扰技术概论
求的情况下才考虑采用。 ５ ． 逻辑 的与或非 门 中， 在正 不
用 的“ ” 或 组输入 端 至少 要有一 个 输入 端或 全部 输入端 接 地 ； 之 ， 反
７ 触发器和计数器等 中、 ． 大
规 模集 成 电路 的不用 输入 端也 不 能 悬空 ，应 根据 逻辑 关 系的要 求
导体 的传导（ 传导干扰） 和空间的
辐 射 （ 射干 扰 ） 辐 。 ３敏 感 器 件 ， 容 易 被 干 扰 ． 指
的对 象 。如 ： ／ Ｄ Ａ Ａ Ｄ、 ／ 变换器 ， 单
、
形成 干扰 的基 本要素
片机 ， 字１ 弱信 号放 大器等 。 数 Ｃ，
二 、 干扰 设计 的基本 原则 抗 为防止 干扰 ，可 采用 硬件 抗
干 扰 源 。如 ： 电 、 电器 、 控 雷 继 可
干扰和软件抗干扰。 其中， 硬件抗
干扰是 应用 措施 中最 基本 和最 重 要 的抗 干 扰措 施 ， 般从 “ ” 一 抗 和 “ ”两方 面人 手来抑 制 干扰 ， 防 在 进 行抗 干扰 设计 时针 对干 扰 的形
硅、 电机 、 高频时钟等都可能成为
１干 扰 源 ， 产 生 干 扰 的元 ． 指
精度降低 、 系统失效 、 通信不畅 、 计算机运行错误 、自控设备误动 作等 ， 甚至危及人身安全的现象 。 因此 ， 加强 电磁容性 （ Ｍ ） Ｅ Ｃ 知识
件、 设备或信号 ， 用数学语言描述 如 下 ：ｕ ｄ，ｉｄ 大 的地 方 就 是 ｄ ／ ｔｄ／ ｔ
４ ． 集成１１ Ｔ 电路 的输入端 反 向 Ｉ Ｌ
在负逻 辑 的与或 非 门 中 ，不用 的 “ ” 输入 端至 少要 有一 个或 全 或 组 部 输入 端接 电源 。 ６与 触 点开 关 相 连接 的集 成 ． 电路 的 输 入 端 须 采 用 置 位 处 理
信号传输中的抗干扰技术
接地干扰会导致信号的失真和噪声增加， 影响信号的传输质量和稳定性。为了抵抗 接地干扰，可以采用合理的接地方式、加 强接地措施、采用隔离变压器等技术。
03
抗干扰技术介绍
屏蔽技术
01
02
03
电磁屏蔽
通过使用导电材料（如金 属）将信号和干扰源隔离， 以减少电磁干扰（EMI） 的影响。
静电屏蔽
利用导电材料将静电场隔 离，以保护信号免受静电 放电（ESD）的影响。
抗干扰技术的融合发展
结合多种抗干扰技术，如频域、时域、空域抗 干扰技术的融合，形成多维度的抗干扰策略， 提高抗干扰效果。
探索跨领域抗干扰技术的融合，如将通信抗干 扰技术与雷达、声呐等领域的抗干扰技术相结 合，拓宽抗干扰技术的应用范围。
促进军民融合发展，将军用抗干扰技术与民用 通信技术相结合，推动抗干扰技术的普及和应 用。
传输过程中，由于传输线之间的耦合作用 而引起的干扰。
详细描述
串扰干扰会导致信号的失真和畸变，影响信号的传输质量和 稳定性。为了抵抗串扰干扰，可以采用双绞线、同轴电缆、 光纤等传输线，以及采用差分信号传输等技术。
接地干扰
总结词
接地干扰是指由于接地不良或接地方 式不正确而引起的信号传输干扰。
软件冗余
通过增加额外的软件功能来提高软件的可靠性和稳定性，以减少因软件错误导致的信号传输错误。
04
抗干扰技术的应用场景
通信系统抗干扰
通信系统在传输信号过程中，常常受到各种噪声和干扰的影 响，导致信号质量下降。抗干扰技术可以有效抑制这些干扰 ，提高通信系统的可靠性和稳定性。
通信系统中的抗干扰技术包括扩频通信、跳频通信、自适应 滤波等。这些技术通过改变信号的频率、编码方式或滤波参 数等手段，增强信号的抗干扰能力，提高信号传输的可靠性 。
抗干扰技术课件
数字地
计算机 D/A
放大器
VCC
双绞线
执
行
器
RL
数字地
模拟地
（b） 在D/A转换器与执行器之间
图8-12 光耦隔离器的模拟信号隔离
动画链接
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Hale Waihona Puke 学习文档在图8-12（a）输入通道的现场传感器与A/D 转换器之间，光电耦合器一方面把放大器输出 的模拟信号线性地光耦(或放大)到A/D转换器 的输入端， 另一方面又切断了现场模拟地与 计算机数字地之间的联系，起到了很好的抗共 模干扰作用。在图8-12（b）输出通道的D/A 转换器与执行器之间，光电耦合器一方面把放 大器输出的模拟信号线性地光耦(或放大)输出 到现场执行器，另一方面又切断了计算机数字 地与现场模拟地之间的联系，起到了很好的抗 共模干扰作用。
地点之间存在一个电位差Ucm。这个Ucm是加在放大器
输入端上共有的干扰电压，故称共模干扰电压。 既然共模干扰产生的原因是不同“地”之间存在的电压，
以及模拟信号系统对地的漏阻抗。因此，共模干扰电压的 抑制就应当是有效的隔离两个地之间的电联系，以及采用 被测信号的双端差动输入方式。具体的有变压器隔离、光 电隔离与浮地屏蔽等三种措施。
学习文档
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3.2.2 共模干扰及其抑制
1. 共模干扰
共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信 号放大器两个输入端上共有的干扰电压，可以是 直流电压，也可以是交流电压，其幅值达几伏甚 至更高，这取决于现场产生干扰的环境条件和计 算机等设备的接地情况。其表现形式与产生原因 如图3-10所示。
学习文档
共模抑制比CMRR
CMRR 20lg Ucm Un
学习文档
《抗干扰技术》课件
抗干扰技术是指通过使用各种方法，消除或减小干扰对系统性能的影响。本 课件将介绍抗干扰技术的各个方面及其在不同领域的应用。
什么是抗干扰技术？
1 定义
抗干扰技术是指通过使用 各种方法，消除或减小干 扰对系统性能的影响。
2 重要性
抗干扰技术能确保系统的 正常运行，提高系统的可 靠性和稳定性。
2
硬件设计方案
提供更高的抗干扰能力，但成本较高。
3
系统优化方案
综合考虑软硬件的抗干扰措施，但需要大量的工程设计。
抗干扰技术的设计思路
设计抗干扰技术的思路应包括系统分析、干扰源识别、性能评估和优化设计。
关键技术要素及其应用场景
信号传输
• 数字调制技术 • 差分信号传输
信号处理
• 滤波和均衡 • 时-domain和频-domain
3 目标
抗干扰技术的目标是阻止 干扰信号进入系统并保护 系统内部免受干扰的影响。
消除干扰的原则及方法
原则
• 屏蔽和隔离 • 滤波和解调 • 反馈和补偿
方法
• 地线设计 • 信号调理 • 动态调整
技术
• 频率分离 • 时序调整 • 能量分配
抗干扰技术在通讯领域的应用
通讯系统 无线通信 光通信 有线通信
处理
系统设计
• 模拟电路设计 • 抗干扰芯片设计
抗干扰芯片结构及设计流程
抗干扰芯片结构
包括前端信号处理、干扰检测和 干扰抑制等模块。
芯片设计流程
包括需求分析、架构设计、电路 设计和布局布线等阶段。
制造流程
包括掩膜制作、刻蚀、沉积层和 封装等工艺步骤。
抗干扰技术的性能评估方法
1 信噪比测试
抗干扰技术
抗干扰技术总结1、概述电磁兼容性设计（EMC：electromagnetic compatibility）包括如下含义：1.设备或系统具有抵抗给定电磁干扰的能力；2. 设备或系统具有不产生超过限度的电磁干扰的能力。
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，用数学语言描述如下：du/dt，d i/dt大的地方就是干扰源。
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。
干扰耦合传播途径：传导干扰；辐射干扰。
抗干扰设计的基本原则：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。
主要手段：接地；屏蔽和隔离；滤波和吸收。
2、干扰耦合途径2.1 传导耦合传导耦合是骚扰源与敏感设备之间的主要耦合途径之一。
传导耦合必须在骚扰源与敏感设备之间存在有完整的电路连接，电磁骚扰沿着这一连接电路从骚扰源传输电磁骚扰至敏感设备，产生电磁干扰。
按其耦合方式可分为电路性耦合、电容性耦合和电感性耦合。
在开关电源中，这三种耦合方式同时存在，互相联系。
⑴电路性耦合电路性耦合是最常见、最简单的传导耦合方式。
其又有以下几种：①直接传导耦合导线经过存在骚扰的环境时，即拾取骚扰能量并沿导线传导至电路而造成对电路的干扰。
②共阻抗耦合由于两个以上电路有公共阻抗，当两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路，这就是共阻抗耦合。
形成共阻抗耦合骚扰的有：电源输出阻抗、接地线的公共阻抗等。
⑵电容性耦合电容性耦合也称为电耦合，由于两个电路之间存在寄生电容，使一个电路的电荷通过寄生电容影响到另一条支路。
⑶电感性耦合电感性耦合也称为磁耦合，两个电路之间存在互感时，当干扰源是以电源形式出现时，此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。
单片机抗干扰技术开关量输入输出通道隔离
周围空间中的电磁场对信号线 的电磁感应干扰。
接地系统干扰
由于接地不良或地线配置不当 导致的地线噪声干扰。
信号传输线干扰
信号传输线上的外部干扰信号 通过电感和电容耦合引入。
开关量输入通道隔离技术
01
光耦隔离
利用光耦器件将输入和输出电路隔 离，以减小干扰信号的影响。
变压器隔离
利用变压器原理实现输入和输出电 路的隔离，降低共模干扰。
单片机在工作过程中，其电路板 和元件会受到周围空间电磁辐射 的影响，导致信号失真和噪声干 扰。
接地系统干扰
接地系统不良或不合理，会导致 信号接地电位不均，产生电位差， 从而引入干扰信号。
开关量输出通道隔离技术
光耦隔离
光耦隔离是利用光耦合器的工作原理，将单片机开关量输出信号通过光耦隔离器进行隔离，以减小外界干扰对输出信 号的影响。
03
02
继电器隔离
通过继电器触点实现输入信号的电 气隔离，提高抗干扰能力。
运算放大器隔离
通过运算放大器将输入信号进行放 大和隔离，提高信号质量。
04
开关量输入通道隔离的实现方法
选择合适的隔离器件
根据应用需求选择适合的光耦、继电器、变 压器或运算放大器等器件。
正确连接隔离器件
按照隔离器件的连接方式，正确接入输入和 输出电路。
单片机抗干扰技术开关量输入输出 通道隔离
contents
目录
• 单片机抗干扰技术概述 • 单片机开关量输入通道隔离 • 单片机开关量输出通道隔离 • 单片机抗干扰技术的实际应用
01 单片机抗干扰技术概述
干扰的定义与影响
定义
干扰是指对系统正常信号的扰动 或破坏，导致信号失真、畸变或 阻塞。
抗干扰技术
抗干扰技术干扰：有用信号以外的噪声或受恶劣环境影响而使信号变化部分的总称。
检测装置小型化，而大量的信号电路采用低电平，工业控制环境现场条件恶劣，所以装置的抗干扰技术是我们在设计测试系统时所必须要考虑的问题。
危害：在检测元件中，混入干扰信号会使测量指示产生误差；在控制系统中，干扰信号可能导致误操作。
为使检测系统正常、可靠工作，必须研究系统的抗干扰技术。
第一节干扰信号源和侵入途径干扰有的来自设备内部，有的来自设备外部。
外部干扰与结构无关，取决于使用条件和外部环境；内部干扰则取决于系统结构布局，生产工艺及电路设计等因素。
一、干扰信号源分类1、设备内部干扰：（1）热动干扰：电阻元件在不合适的温度下由于热运动产生的干扰，它随温度的升高而增大。
一般来说，传感器输出的电压信号很微弱，必须将它放大到所需的电平。
在传感器和放大器之间距离很长的情况下，可以通过电缆传送信号。
由于传感器有内阻，在电缆中有串连电阻，所以在这些电阻和放大器中就有可能产生热动干扰。
（2）元器件自身的物理噪声干扰：元器件质量或特性不良产生的噪声干扰，以及接插件和开关的接触不良等等所产生的干扰。
（3）尖峰或振铃干扰：在有电感元件的电路中，由于电流突变而产生的冲击或衰减振荡形成的干扰。
（4）感应干扰：由于电路中布线和元件安放位置不合理所引起的相互间的静电感应、磁感应和电磁感应干扰。
2、设备外部干扰设备外部干扰可分为工业电网瞬变所引起的干扰以及自然界所引起的干扰。
（1）工业电网瞬变干扰高电压回路及强电场产生的静电感应噪声；大电流回路及强磁场形成的电磁感应噪声；继电器、接触器、断路器、电磁阀等电器设备的吸合与释放所产生的开关噪声。
（2）自然界干扰雷击造成的过电压和过电流可达数千伏以上所产生的干扰；宇宙辐射的自由电磁波所导致的噪声。
第二节防干扰措施一、屏蔽法保护性屏蔽合理布线（高低压分开）二、接地法保护性接地防止噪声三、光电耦合隔离器四、信号处理软硬件滤波波形整定：已知波形10种软件滤波方法1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）A、方法：根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A）每次检测到新值时判断：如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值B、优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰C、缺点无法抑制那种周期性的干扰平滑度差2、中位值滤波法A、方法：连续采样N次（N取奇数）把N次采样值按大小排列取中间值为本次有效值B、优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果C、缺点：对流量、速度等快速变化的参数不宜3、算术平均滤波法A、方法：连续取N个采样值进行算术平均运算N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4B、优点：适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动C、缺点：对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用比较浪费RAM4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）A、方法：把连续取N个采样值看成一个队列队列的长度固定为N每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4B、优点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高适用于高频振荡的系统C、缺点：灵敏度低对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差不适用于脉冲干扰比较严重的场合比较浪费RAM5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）A、方法：相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值然后计算N-2个数据的算术平均值N值的选取：3~14B、优点：融合了两种滤波法的优点对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差C、缺点：测量速度较慢，和算术平均滤波法一样比较浪费RAM6、限幅平均滤波法A、方法：相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”每次采样到的新数据先进行限幅处理，再送入队列进行递推平均滤波处理B、优点：融合了两种滤波法的优点对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差C、缺点：比较浪费RAM7、一阶滞后滤波法A、方法：取a=0~1本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果B、优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用适用于波动频率较高的场合C、缺点：相位滞后，灵敏度低滞后程度取决于a值大小不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号8、加权递推平均滤波法A、方法：是对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
《抗干扰技术》课程教学大纲.doc
《抗干扰技术》课程教学大纲课程代码:030132008课程英文名称：Anti-jamming Technique课程总学时：24讲课：24实验：0上机：0适用专业：自动化大纲编写（修订）时间：2010.7—、大纲使用说明（-）课程的地位及教学目标本课程是自动化专业的选修课，教授学生掌握提高应用系统抗干扰能力的基本理论和基本方法，培养学生独立排除自动控制系统干扰影响的技能。
（-）知识、能力及技能方面的基本要求知识方面。
针对课程地位及教学目标，该课程的知识系统结构应围绕常见的自动控制系统所遇到的干扰的影响和防护措施的分析来展开。
为此在知识方面应紧密联系实际自动控制装置的结构及相关的理论知识。
能力方面。
首先，要有自学能力，才能保证赶上时代飞速发展的步伐。
通迫本课程的教学，要培养和提高学生对所学知识进行整理、概括、消化吸收的能力，以及围绕课堂教学内容，阅读参考书籍和资料，自我扩充知识领域的能力。
其次，是形成思维有序，有据，会归纳、演绎的逻辑思维方法，以提高分析能力（主要是对电子设备电磁兼容性进行分析的能力的培养）。
然后，要学会从正反两方面看问题，并学会从全局出发，摆正位置去处理事情的辩证思维方法。
最后，要求具备联想与类比的设计能力以建立创新思维的体系。
技能方面。
应在通晓基本自动控制系统的基础上，能确定可能的干扰因素，采取有效、可行的抗干扰措施，确保自动控制装置正常运行。
（三）实施说明素质教育要求在本课程教学过程中，站在培养人才的整体高度上，去看待本课程所应承担的职责。
在讲授具体内容时，也要求分清每一部分内容在课程整体中所处的地位，对不同内容采用相应的处理方法，只有这样才能在大纲的具体实施中事半功倍，取得好的教学效果。
要提高学生的基本素质，必须合理选取教材，启发和引导学生从被动吸收知识的状态下，转化到主动索取知识的状态中来。
要注重方法的传授和能力的培养，而不纠缠细节，这样就可以将学生的注意力引导到教学的主题上来，在明确学习的目的后，学生就有能力去索取和掌握自己需要的知识，能充分的调动学生的内在潜力，培养出高质量的技术人才。
抗干扰技术
❖ 智能仪表及其他微机系统的广泛应用；
❖ 工业现场工作环境比较恶劣和复杂；
❖ 影响系统可靠安全运行的主要因素是：
各种内外电磁干扰，包括：
❖系统结构设计；
内部
❖元器件选择；
❖安装、制造工艺；
❖外部环境条件。
第1页
课程简介
❖ 基本要求 ❖ 课程基本内容 ❖ 时间分配 ❖ 教材及参考书
第2页
基本要求
注重物理概念和应用背景，避免空 洞理论和复杂公式
内容实用，实践性强 培养解决电磁干扰的综合能力（基
本理论、分析方法、问题解决能力 等）
第3页
课程基本内容
❖ 可靠性与抗干扰技术的基本概念 ❖ 元器件的选择与主要抗干扰技术
❖滤波 ❖屏蔽 ❖接地
❖ 单片机系统配置与抗干扰技术
❖主机单元；测量单元；A/D、D/A单元； ❖功率接口；键盘／显示单元；电源
教材及参考书
王幸之等 《单片机应 用系统抗干扰技术》
北京航空航天大学出版 社 2000年版
第6页
参考书
杨士元 《模拟系统的故障诊断与可靠性设 计》 清华大学出版社
杨士元 《数字系统的故障诊断与可靠性设 计》 清华大学出版社
张松春等 《电子控制设备抗干扰技术及其 应用》 机械工业出版社
第7页
❖ 软件抗干扰技术
第4页
课时安排
❖ 可靠性与抗干扰技术概述（4课时）
❖ 常用元件及硬件抗干扰技术（8课时）
❖ 单片机系统配置与抗干扰技术（8课时）
❖ 数字电路的抗干扰措施（2课时）
❖ 电源的干扰与抑制（2课时）
❖ 软件抗干扰技术（4课时）
❖ 印刷电路板抗干扰措施（2课时）
抗干扰技术
数字滤波技术. ⑦ 数字滤波技术.该技术既可称为硬 件仿真(代替滤波器的功能)技术, 件仿真(代替滤波器的功能)技术,又可 属于时间冗余技术.它不需要硬件, 属于时间冗余技术.它不需要硬件,靠单 片机特殊设计的计算程序,高速, 片机特殊设计的计算程序,高速,多次运 算达到对采样数据序列进行平滑的目的, 算达到对采样数据序列进行平滑的目的, 以提高其有用信号在采样值中所占的比例, 以提高其有用信号在采样值中所占的比例, 减少乃至消除各种干扰和噪声, 减少乃至消除各种干扰和噪声,以保证测 控系统工作的可靠性. 控系统工作的可靠性.
容错技术.采用一些特定的编码, ③ 容错技术.采用一些特定的编码, 对经过存放的数据进行检查, 对经过存放的数据进行检查,判断是否是 因为存放受干扰, 因为存放受干扰,然后从逻辑上对错误进 行纠正. 行纠正. 指令冗余技术. ④ 指令冗余技术.对重要的指令重复 写上多个,即使某一个被干扰, 写上多个,即使某一个被干扰,程序仍可 执行. 执行.
第10章 抗干扰技术
10.1
引言 电源系统干扰
10.2
10.3
总线的抗干扰设计 接口电路抗干扰设计 软件的抗干扰设计
10.4
10.5
10.1 引
言
干扰是指有用信号以外的变化部分, 干扰是指有用信号以外的变化部分, 是通常被称为噪声信号中能产生恶劣影响 的那一部分, 的那一部分,故有时又称其为噪声干扰信 号或无意干扰信号. 号或无意干扰信号.
噪声敏感器件应缩短连接的信号线. ③ 噪声敏感器件应缩短连接的信号线. 发热量大的器件如ROM,RAM等 ④ 发热量大的器件如 , 等 应尽量安排在较小影响关键电路的地方和 通风冷却较好的地方, 通风冷却较好的地方,印制板垂直放置时 发热量大的器件应安置在最上面. 发热量大的器件应安置在最上面.
10之一抗干扰技术
1授课教师：王翥信号检测与处理之一系统的可靠性及抗干扰设计一、干扰的来源二、供电系统干扰及抗干扰措施三、过程通道干扰的抑制措施——隔离四、空间干扰及其抗干扰措施五、反电动势干扰的抑制六、印制电路板的抗干扰措施2授课教师：王翥信号检测与处理之一智能温度测控系统框图系统由：主机、输入通道、输出通道、人机对话、电源四部分组成。
3授课教师：王翥信号检测与处理之一一、干扰的来源通常，影响测控系统正常工作的信号称为干扰信号。
干扰会影响指令的正常执行，造成控制事故或控制失灵；在测量通道中产生了干扰，就会使测量产生误差；电压的冲击有可能使系统遭到致命的破坏。
干扰一般都是以脉冲的形式进入系统的，窜入系统的渠道主要有三条：（1）空间干扰；（2）供电系统干扰；（3）过程通道干扰；噪声与干扰有区别，为了叙述方便这里统称“干扰”4授课教师：王翥信号检测与处理之一(1)空间干扰：①周围的电气设备，如：发射机、中频炉、可控硅逆变电源等发出的电干扰和磁干扰；②广播电台或通讯发射台发出的电磁波；③空中雷电，甚至地磁场的变化也会引起干扰。
图一5授课教师：王翥信号检测与处理之一(2)供电系统干扰①大功率设备，大感性负载设备的启停会使得电网电压大幅度涨落（浪涌）；②电网电压的欠压或过压。
图一6授课教师：王翥信号检测与处理之一(3)过程通道干扰对于现场数据采集和实时控制来说，开关量输入输出，模拟量输入输出必不可少。
①输入输出的信号线多至几百条甚至几千条，长度往往达几百或几千米，不可避免地将干扰引入系统；②当大的电气设备漏电，接地系统不完善，或者测量部件绝缘不好，会使通道中直接串入干扰信号；③各通道的线路，模拟信号与数字信号，直流信号与交流信号，强电信号与弱电信号，绑扎在一起。
彼此感应产生的干扰其表现形式仍然是通道中形成干扰电压。
7授课教师：王翥信号检测与处理之一三种干扰以来自供电系统的干扰最甚，其次为来自过程通道的干扰。
对于来自空间的辐射干扰，需加适当的屏蔽及接地来解决。
抗干扰技术——精选推荐
通信系统的抗干扰技术摘要：在通信技术迅猛发展的今天，通信系统的抗干扰技术已经成为通信研究的一项重要内容。
通过对各种通信系统抗干扰技术的研究分析，变换域通信系统具有更高的抗窄带干扰性能，分析和研究了变换域通信系统中基函数生成的主要算法。
通信装备及系统为对抗干扰方利用电磁能和定向能控制、攻击通信电磁频谱，以提高其在通信对抗中的生存能力所采取的通信反对抗技术体系、方法和措施。
关键词：信号处理空间处理事件处理通信对抗扩频技术实用性可靠性一、扩展频谱抗干扰技术跳频技术是用扩频码序列去进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法。
它是一种比较成熟的抗干扰技术，具有较强的抗干扰能力，已在战术通信中得到广泛的应用。
国外自六十年代起就对跳频体制的理论和技术进行了研究，七十年代即研制出实用的跳频电台，到了八十年代，跳频电台已成为世界各主要国家的重要通信装备。
随着调制技术、编码技术、微电子技术、特别是DSP技术和计算机网络技术的迅速发展，跳频技术在90年代又有了新的发展，目前正向着自适应、高速、变速率和宽带的方向发展。
直接序列扩频是一种真正对抗的抗干扰体制，它将有用信号在很宽的频带上进行扩展，使单位频带内的功率变小，即信号的功率谱密度变低，通信可在信道噪声和热噪声的背景下，用很低的信号功率谱进行通信，使信号淹没的噪声里，敌方不容易发现信号。
该技术的特点是信号隐蔽性好，截获概率低，并能抗多径干扰，而且容易实现码分多址体制。
直接序列扩频技术在卫星通信，例跟踪与数据中继卫星系统、微波通信、数字蜂窝通信中结合CDMA多址技术及军用电台中得到了广泛的应用，提高了通信的抗干扰能力。
由于器件的进步及混沌理论的直接序列的出现，使直接序列系统更利于同步和减少码间串扰，为实现超宽带序列扩频创造了条件。
典型的产品有美国SICOM公司1995年在美国95年联合武士互通性演示验证（JWID'95）演示会上演示它开发的宽带短波收发信机。
第10章-抗干扰
在如图10-5所示的同轴电缆中，为防止 信号在传输过程中受到电磁干扰，在电缆线 中设置了屏蔽层。
第10章 单片机抗干扰技术 图10-5 同轴电缆示意图
第10章 单片机抗干扰技术
第10章 单片机抗干扰技术
10.2.2 隔离 1. 光电隔离是以光作为媒介在隔离的两端之间进行
信号传输的，所用的器件是光电耦合器。由于光电 耦合器在传输信息时，不是将其输入和输出的电信 号进行直接耦合，而是借助于光作为媒介物进行耦 合的，因而具有较强的隔离和抗干扰能力。
第10章 单片机抗干扰技术
两侧没有实体连接
图10-6 (a）光电隔离；
第10章 单片机抗干扰技术
2. 对于交流信号的传输,一般使用变压器隔离干 扰信号的办法。隔离变压器也是常用的隔离部件， 用来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰 信号的强度,如图10-6(b)所示的变压器耦合隔离电 路。隔离变压器把各种模拟负载和数字信号源隔 离开来，也就是把模拟地和数字地断开。传输信 号通过变压器获得通路，而共模干扰由于不形成 回路而被抑制。
第10章 单片机抗干扰技术
另外，在变压器的一次侧和二次侧线圈外设有 静电隔离层S1和S2，其目的是防止一次和二次绕组 之间的相互耦合干扰。
变压器外的三层屏蔽密封体的内、外两层用铁， 起磁屏蔽的作用；中间层用铜，与铁心相连并直接 接地，起静电屏蔽作用。这三层屏蔽层是为了防止 外界电磁场通过变压器对电路形成干扰而设置的， 这种隔离变压器具有很强的抗干扰能力。
2. 多点接地所需地线较多，一般适用于高频 信号。若电路工作频率较高，电感分量大，各 地线间的互感耦合会增加干扰。如图10-13所示， 各接地点就近接于接地汇流排或底座、外壳等 金属构件上。 防止地线成为天线，所以地线尽可能短， 降低导线长度。
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武汉工程大学电气信息学院系统的抗干扰技术
微机控制系统大多用于工业现场，条件复杂 恶劣，干扰频繁。干扰严重影响控制系统的可靠 性和稳定性。环境的特殊，要求微机控制系统必 须有极高的抗干扰能力。所谓干扰，就是有用信 号以外的噪声或造成微机系统的设备不能正常工 作的破坏因素。干扰的产生往往是多种因素决定， 干扰的抑制是一个复杂的理论和技术问题，实践 性较强。为此，必须分析干扰的来源，研究对于 不同的干扰源采用不同的有效抑制或消除干扰的 措施，重视接地布线和供电方面的抗干扰技术， 重视CPU可靠运行的抗干扰技术和应用软件中对 数字信号的数据处理技术。本章要介绍这些方面 的一些问题。
图10．２．５ 微机系统的抗干扰供电配置
6．选用成型设备 可根据需要直接采用目前市场已大量上市的 高抗干扰的开关稳压电源、干扰抑制器和超大型 隔离变压器稳压电源、各类型不间断电源UPS等。 这类产品价格不高，即省事、又可靠。UPS要注 意后备式和在线式的选用。对供电质量要求较高 的系统，采用在线式UPS。在线式UPS在电网正 常电压时，将交流输入经变压、整流、滤波后， 变成所需要的直流电压送逆变器，经逆变器变换 和交流滤波，变成所需频率和电压的交流电压供 给负载。逆变器具有稳压和稳频双重功能，提高 了供电质量。当交流输入停电时，由蓄电池组向 逆变器供电，保证交流电不中断。
4. 低通滤波器 采用低通滤波器（如图10．２．３所示） 能抑制电网侵入的外部高频干扰。低通滤 波器可让50Hz的工频信号无衰减地通过， 而滤 去高于50 Hz的高次谐波。直流侧可采 用图10．２．４所示双T滤 波器，以消除 50Hz工频干扰。其优点是结构简单，对固 定频率的干扰滤波效果好。可将电容C固定， 调节电阻，在输入50Hz信号的条件下，使 Uo=0来确定电路参数。
图10．２．３ 50Hz 低通滤波器
图10．２．４ 直流侧用双T滤波器
5．采用分散独立功能块供电 在每个系统功能模块上用三端稳压集成 块（如7805、 7905抗干扰微机电源的供电 配置如图10．２．５所示的结构。、 7812、 7912等）组成稳压电源。每个功能块单独 对电压过载进行保护，不会因某块稳压电 源故障而使整个系统破坏，而且也减少了 公共阻抗的相互耦合，大大提高供电的可 靠性，也有利于电源散热。
图10．２．１电源变压器的屏蔽
图10．２．２电源变压器的多层屏蔽
2. 交流稳压器 交流稳压器主要用于克服电网电压波动对系 统的影响；同时，由于交流稳压器中有电磁线圈， 对干扰也有一定的抑制作用。传统的交流稳压器 只能对付电源的慢慢变化，目前已有很多种能对 付电源瞬间变化的净化技术产品，较好地解决了 问题。 3. 隔离变压器 高频噪声通过变压器主要不是靠初次、级线圈 的互感耦合，而是靠初、次级间寄生电容耦合的， 因此，应采用隔离变压器或超隔离变压器，以提 高抗共模干扰的能力。
10．2．1 电源噪声的抑制 实践说明，电源的干扰是微机控制系统的主要 干扰，抑制这种干扰的主要措施有以下几个方面。 1. 电源变压器的屏蔽 对电源变压器设置合理的屏蔽（静电屏蔽和 电磁屏蔽）是一种十分有效而简单的抗干扰措施。 在微机控制和数据采集系统中，常将电源变压器 的原副边分别加以屏蔽，如图10．２．１所示。 屏蔽通常与铁芯同时接地。在要求更高的场合， 可采用层间也加屏蔽的结构，如图10．２．２所 示。
图10．１．２
串模干扰示意图
图10．１．３ 通过分布电容引入串模干扰
图10．１．４是模干扰引入的示意图。 在微机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双 端不对地输入两种方式。对于存在共模式干扰的场合， 尽量不采用单端对地输入方式，因为此时的共模干扰电 压将串联叠加，全部变为串模干扰电压。
10．2 硬件方面对几种主要干扰的抑制方法
图10．１．１ 微机控制系统的干扰来源
10．1．2 干扰的分类 按干扰的作用形式分类，干扰一般有串模干扰和共模 干扰两种。 1．串模干扰 串模干扰又称差模干扰，它是串联于信号回路之中的 干扰，如图10．１．２所示。图中Us为信号电压，Un为 串模干扰电压。Un即可来自干扰源，也可由信号源本身 产生。在图10．１．３中，如果邻近的导线（干扰线）中 有交变电流Ia流过，由不得产生的电磁干扰信号就会通过 分布电容C1和C2的耦合，引入放大器的输入端。 产生串模干扰的原因有分布电容的静电耦合、长线传 输的互感、空间电磁场引起的磁场耦合以及50Hz的工频 干扰等。 2．共模干扰 共模干扰是指放大器或模数转换电路的两个输入端上 共有的干扰电压。
10．2．2 过程通道干扰的抑制
过程 通道是输入接口、输出接口与主机或主 机相互之间进行信息传输的路径，在过程通道中 长线传输的干扰是主要因素。随着系统主振频率 越来越高，微机系统过程通道的长线传输越来越 不可避免，防止干扰的问题也就显得越来越重要。 干扰的来源是多方面的，对于共模、串模和长线 传输三类干扰，有不同的抑制方法。共模干扰的 抑制方法主要有三种：变压器隔离、光电隔离和 浮地屏蔽；串模干扰的抑制方法主要也有三种： 用双绞线作信号引线、滤波、信号的差动式收发； 长线传输干扰的抑制主要是消除线路中的波发射； 采用阻抗匹配的方法。
10．１ 干扰的来源及分类
10．1．1 干扰的来源 微机控制系统运行环境的各种干扰主要表现在以下几 个方面： 1．恶劣的供电条 2．严重的噪声环境 此外，还有来自空间的干扰，如太阳及其它天体辐射 的电磁波，广播电台或通讯发射台发出的电磁波，周围电 气设备如电机、变压器、中频炉、可控硅逆变电源等发出 的电干扰和磁干扰，气象条件、空中雷电、甚至地磁场的 变化也会引起干扰。这些空间辐射干扰有时会使微机不能 正常工作。 图10．１．１形象地表示了微机控制系统的噪声环境。 3. 其它 工业环境的温度、湿度、灰尘、腐蚀性气体 及其它损害，均会影响微机控制系统的可靠性。