红外成像跟踪系统中的电磁兼容问题研究

，有刷直流电机带有换向器和电刷，转子线圈通过换向器与电刷和外部电源相连，在高速旋转中，电刷不断接通和断开，如果电流来不及反向，瞬间就会使换向器和电刷之间积聚大量电荷，极易产生电刷电弧，形成火花骚扰，实质是一种时间间隔很孝不规则的电流突变。电动机为感性负载，当切换负载的供电电源时，将在电感线圈两端产生高于电源电压数倍到数十倍的高反向电压。火花骚扰是宽带的脉冲骚扰，高反向电压是前沿很陡的传导电压脉冲，它们具有频谱宽、谐波丰富的特点，在几十兆赫到上千兆赫的频率范围中都有很强的辐射骚扰［9］。这些杂散的电磁波沿电机外壳，电源线及杂散电感杂散电容进行辐射和传播，对电磁环境造成污染，影响到其它设备的正常运行。

　　被干扰对象分析：在本系统中，小信号电路主要有红外成像组件输出的模拟视频信号和敏感台体运动的传感器信号。本系统采用的红外成像组件的输出电压量级约为数百毫伏，在台体位置偏离角度和台体运动角速度不大的情况下，电位计和陀螺仪的输出信号也是小信号，这些小信号极易受到干扰，影响到跟踪的稳定性，甚至导致系统不能正常工作。电路易受干扰程度的定量描述可以用敏感度来表示，敏感度越高，则电路的敏感电平越低，抗干扰能力越差。模拟电路系统和数字电路系统的最大敏感度指数定义参见参考文献［6］。

　　耦合是干扰源与敏感设备之间的通道，耦合的形式有直接耦合、电磁感应耦合和辐射耦合三种。在本系统中，信号处理电路、平台控制电路、功率放大电路、电机和传感器之间存在信号线的直接互连关系。一些电路之间也存在有公共阻抗，同时功率放大电路中的电力电子器件工作中高低电平转换时的f/d噪声电流会引起地线的跳跃，干扰数字电路的电平，

　　电机电刷的火花放电引起的电平波动通过电源线和地线向外传播，这些因素形成了干扰源和敏感设备之间的直接耦合通道。系统中高频信号和低频信号并存，强电信号和弱电信号并存，开关信号和敏感信号并存，所有这些信号的走线都汇总到布线槽走出后连接到台体上的电位计、陀螺、电机和红外成像组件。由于系统的小型化程度和集成度较高，可用于走线的空间有限，因此这些信号线之间不可避免地存在有并行接近的情况，互相之间形成电磁感应耦合，造成了大信号对小信号的干扰和高频信号对低频信号的干扰。舱体空间不仅限制了各电路板的大小，使得pcb走线间距不可能很大，而且也使各电路板相互接近，增大了走线与走线之间、走线与元器件之间以及各电路之间的分布参数，这些分布参数增强了系统内部的辐射耦合，形成了辐射耦合通道。

　　在对系统进行初步联调时，发现系统出现以下问题：

　　（1）pwm波形品质不好

　　在功率放大器输出pwm波形的低电平部分出现间歇性的干扰噪声，表现为出现频率较为固定的不规则毛刺，伴随噪声的出现往往能听到力矩电机电刷打火出现的“兹兹”声，同时电机的输出力矩减小。当毛刺幅值较大且出现频繁时，电机的输出力矩损失非常大。

　　（2）图像闪白

　　在对模拟目标进行圆周跟踪的过程中，显示器图像出现闪白现象，表现为图像中有闪烁的亮点和多条不规则的横向条纹，图像的清晰度降低，随着跟踪速度的提高，闪白现象更加严重且频繁出现。不但给图像处理带来困难，而且影响跟踪的稳定性，必须采取合适 的抗电磁干扰措施。

　　（3）跟踪不稳定

　　当跟踪速度加快时，平台在俯仰轴和方位轴上出现间歇性的抖动现象，导致图像随之抖动。该系统是一个闭环跟踪系统，图像的抖动又加剧了平台框架的抖动。跟踪速度越快，抖动越频繁，抖动幅度也越剧烈，当跟踪速度达到一定数值时，已不能保证图像时刻位于视场的中央，平台框架的抖动有时会造成图像突然逸出视场，逸出速度超出了系统的最大跟踪速度，导致跟踪过程丢失目标。

　　4 电磁干扰抑制技术

　　电磁干扰抑制技术就是围绕电磁干扰三要素，根据具体情况，有针对性地采取相应措施，归纳起来就是三条：一是抑制电磁干扰源；二是切断电磁干扰耦合途径；三是降低电磁敏感设备的敏感性。根据电磁兼容理论和对本系统电磁环境的分析，我们分别对干扰源、干扰耦合途径和敏感设备采取了以下措施：

　　（1）抑制干扰源

　　根据功放输出pwm波形干扰噪声和电机电刷打火在时间上的同步性，判断对pwm波形干扰是由电机电刷打火造成的。为此，我们在电机电刷之间加了一个起滤波作用的瓷片电容，如图3所示，瓷片电容的容值一般可选10nf或100nf。

为了抑制pwm功率放大器功率转换电路中电力电子器件开关时产生的di/dt、du/dt和电压、电流浪涌，降低电路尖峰噪声对其它电路的影响，我们为pwm