气象观测站抗电磁干扰技术的研究

郭宗凯，李承昊，刘振宏，李子健，苗传海

(辽宁省气象装备保障中心，沈阳110166)

0 引言

近些年，辽宁地区大批自动气象观测站被投入业务使用，建设的气象观测站已超过1600套。随着电子信息行业迅猛发展，移动基站、工厂大型电机设备、无线网络通信系统都对自动气象站设备的正常运行造成电磁干扰，导致气象观测数据异常，设备发生故障。

根据对近5 a自动气象站故障信息的统计分析(数据统计来源于ASOM2.0平台)，辽宁地区绝大多数自动气象站设备抗电磁信号干扰能力比较薄弱，当自动气象站系统中产生电磁感应或受到外界信号干扰冲击时，气象观测数据会出现跳变、波动及异常等现象，情况严重时会使自动气象站运行系统瘫痪，直接影响辽宁省的气象防灾减灾和预报服务工作[1，2]。

通过对2016—2020年国家级地面观测站电磁干扰故障(数据统计来源于ASOM 2.0平台)统计分析，结合自动气象站受电磁干扰的实际现状，文章提出研制一种自动气象站交流稳压滤波器和信号噪声滤波器，增强自动气象站抗外界电磁干扰能力，同时，提供一种自动气象站处理电磁干扰故障操作流程，保障设备稳定运行，从而提高气象观测数据质量。

1 自动气象站受电磁干扰现状

近几年，辽宁省装备中心加大对市县局的自动气象站备件储备力度，强化对市县级保障人员的业务技能培训。目前，市县保障人员已经能够处理自动气象站绝大部分的故障，但遇到如外界电磁信号干扰造成数据跳变、波动等疑难故障，就不知如何处理，从而造成数据长时间异常、缺测，最后只能申请求助省装备中心到现场协助处理解决。

2 电磁干扰源头及防范措施

根据电磁干扰源划分，影响自动气象站运行的电磁干扰可分为外部干扰和内部干扰。外部干扰具体通过电源、信号线、接地系统影响自动气象站正常运行及气象数据的观测质量。内部干扰通过设备内部电路和元件的电磁感应以及累积的静电电压影响产生。

外部防范措施主要采用滤波技术防止外界电磁信号干扰的入侵，交流供电系统必须采用三线式(L、N、E)供电，E线应与采集器金属外壳可靠连接。同时，业务值班室内的通信机柜、金属文件柜等用导线与地连接，室内防静电地板也应可靠接地。

内部防范措施主要为自动气象站机箱内部布线要科学合理，各类信号线、直流电线、交流电线要分类布设，避免相互产生电磁干扰及静电电压；采取科学规范标准化接地，供电保护接地与信号屏蔽接地要物理分离，对地电阻阻值均要小于或等于4 Ω。

3 自主研发滤波器

3.1 研制交流稳压滤波器

交流稳压滤波器在自动气象站的供电系统中为整个系统提供稳定的工作电压，发挥稳压器的作用，并具备一定的滤波及抗外界电磁信号干扰能力。交流稳压滤波器是一种能消除供电线路中谐波及杂波，自动调整输出电压、保障电能传输质量的供电设备，使自动气象站采集器及各类传感器设备能够在稳定供电环境下正常工作。

3.2 研制信号噪声滤波器

信号噪声滤波器可使信号中特定的频率成分通过，极大地衰减其他无用频率成分，利用信号噪声滤波器的选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析，当滤波器发现自动气象站信号传输频率高于或低于有效频率范围时，则认为该信号是干扰杂波，不予通过，从而保证自动气象站不受外界电磁信号干扰，提升设备稳定性(图1)。

图1 信号滤波器基本电路设计

4 电磁干扰故障的排查流程

经省装备保障中心自动气象站维修技术人员统计分析，发现在有外界电磁信号干扰下，自动气象站观测数据往往具有波动性且无规则的大幅跳变，这是由于外界电磁信号干扰产生的电信号叠加在传感器原电信号上，使采集到的信号出现异常，进而影响相关气象数据。

在维修保障技术工作中，发现这种特征的异常数据时，首先考虑是否是由电磁干扰引起，对于由电磁干扰引起的数据异常，文章提供排除故障的具体思路及处理流程，利用替代法和排除法可有效排除故障(图2)。

图2 利用排除法和替代法解决电磁干扰引起的数据异常

5 结束语

文章自主设计研发符合辽宁省气象观测站稳定运行要求的交流稳压滤波器和信号噪声滤波器，能够有效减少气象观测站受外界电磁信号干扰，提升设备稳定性，可在辽宁地区各级气象部门的国家级地面气象观测站、省级气象观测站、自动土壤水分站、高速公路交通站等气象探测设备进行应用与推广。