赵培丛
中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽省合肥市230031
摘要：基于自带动力系统可自行飞行的特点，飞艇和系留气球是当前世界上民用价值和军事价值最高的飞行浮空器，应用效率极高。但在其实际运作过程中，其电气系统易受到干扰而影响整体运行。本文研究目的是通过分析飞艇及系留气球受到的干扰源和干扰途径，提出有效防治干扰的具体措施，从而减低干扰对飞艇和系留气球运行的不利影响从而保证其安全使用。
关键词：飞艇；系留气球；电气系统干扰；对策
前言：飞艇属于浮空器类别，是一种利用轻于空气的气体如氢气、氦气等为自身提供升力的航空器，系留气球是利用缆绳将其拴在地面绞车上固定并可控制其在大气中飘浮高度的气球，与飞艇同属于浮空器。飞艇及系留气球的应用最早出现在18世纪末，主要被应用于观察监控战场情况、军队备战状态和运动路线。作为软囊体浮空器，飞艇及系留气球的电气系统缺少坚硬金属外壳的保护，无法得到稳定的电磁屏蔽和足够面积的地电位，因此在运行过程中容易受到各类因素干扰，使得其安全飞行受到不利影响。因此，提升飞艇及系留气球电气系统设计中的干扰抵抗能力至关重要，可以为其飞行提供稳定可靠的安全保障。
1 干扰源
为提出有效的防干扰路径，首先要分析飞艇及系留气球电气系统受到的干扰来源。其电气系统的干扰源较为复杂，通常情况下将其分为内部干扰和外部干扰进行具体分类分析。
1.1内部干扰
飞艇及系留气球受到的内部干扰是指电气系统自身电路间的相互干扰，这种干扰主要是来源于电气系统内部元件和电路的设计缺乏合理性。例如电气系统的线路分布和元件组合排列合理性低，致使电气线路的电容分布出现不均匀现象，分配电感耦合并反馈导致整个电气系统的稳定运行受到影响，无法正常开展工作。除此之外，飞艇及系留气球在选择组成元件时，选择的元件在自身性能上不够稳定，易受到干扰源的影响，在后续的设计和组装时并没有针对元件的这一特点进行一定的处理和防治，致使元件在系统内运行时无法有效抵挡干扰。例如飞艇及系留气球电气系统中的DC/DC线路、继电器、线圈及可控硅等元件，在具体运行过程中可能产生脉冲、高次谐波等干扰纹波从而对其他部件造成影响扰乱。同时，继电器和线圈等元件不仅是干扰源同时又敏感易受干扰，自身和其他元件产生的谐波也会干扰其自身工作产生误操作，从而使整个电气系统的内部运行出现问题。
1.2外部干扰
飞艇及系留气球受到的外部干扰是指外部环境及各因素对其造成的干扰。在电气系统面临的外部干扰中，影响最大的是天电干扰。天电干扰是指自然大气层中会积攒电荷达到一定程度时发生放电反应从而产生电磁辐射如雷电。飞艇及系留气球的飞行高度一般在数千米左右，离雷电发生高度极其靠近，当大气层中出现闪电雷击时，即时飞艇及系留气球没有被直接击中，也会因雷电产生的巨大电磁辐射能力而受到强烈干扰，其产生的雷电浪涌电压和强电流会时飞艇及系留气球的电气系统出现故障，严重时可能直接受到损害。除自然界带来的天电干扰以外，人工因素也会成为电气系统的干扰源，例如广播电视信号发射接收器、通信设备和卫星导航设备等人工装置在运行时会持续向外界传输电磁能量，这些发射的电磁能力一部分会对飞艇及系留气球的电气系统产生干扰，使其电气系统运行和信号传输出现阻碍，会导致其整体运行不流畅、不稳定。
2 干扰途径
飞艇及系留气球电气系统受到的干扰途径主要有两种，一种是场力干扰，包括电场干扰、磁场干扰和电磁场干扰，电磁场干扰还可以具体分为静电场和交变磁场。另一种是路源干扰，包括电源干扰、接地干扰、电压干扰、噪声干扰等，主要是因电路元件和线路出现耦合而导致的。
电气系统受到场力干扰和路源干扰中影响最大的为共模干扰和差模干扰电流。
共模干扰电流会在电缆和地线回路中循环流动，外部干扰和内部干扰都有可能产生共模干扰电流，差模干扰电流会在信号正负线间循环流动，主要会因飞艇及系留气球的电气系统工作电流而产生，若差模干扰电流流经运转工作信号路线，可能会对电气系统的运作质量产生干扰而造成误差。
3 抗干扰具体对策
3.1 电动机
电动机是飞艇及系留气球电气系统的重要组成部分，其通常安装在飞艇的推进系统部位和系留气球的压力调控风机部位。电动机属于敏感系统，既易受到干扰影响又会对其他元件产生干扰，其正常的工作步骤如开启、刹车、转速控制等都会对电气系统产生一定的影响，其产生的电气谐波会使系统电压产生波动。同时电动机也极易受到电气谐波的干扰而无法正常运转。因此为提升电动机的稳定性、有效消除电气谐波带来的不利影响，可以在电动机的输入端口安装电源线滤波器来减少谐波分量，通过比较正弦波和电力系统电源侧电流波型，将得出的差额部分进行弥补从而达到共模差模滤波效果。在飞艇及系留气球电气系统中使用滤波器使，首先要注意不能将开关、指示灯等装置接入电动机和滤波器之间，其次要保证电源线滤波器接地端的良好接地效果，最后要注意根据飞艇及系留气球选择电动机的具体型号、参数，选择最适配的滤波器，要立足于电动机实际情况使滤波器可以更有针对性地进行防干扰处理工作。
3.2 电源线与信号线
为有效减少在电源线与信号线之间产生干扰，可以选择在电源线和负载部位之间添加一个共模电感装置。共模电感装置可以将流经电流产生的磁场干扰与电感线圈产生的反向磁场相互抵消，使得信号电流在流经共模电感装置时只受到线圈内阻的微弱影响。电源线和信号线间的正负线是走向一致的，因此会受到同向的共模干扰，通过添加共模电感装置可以加强线圈的感抗能力，从而有效抑制共模电流干扰实现滤波的目的。而针对飞艇及系留气球中的信号线干扰防治，可采取安装屏蔽线的方式来减少外部电磁场对信号线的干扰，或安装匹配的低通滤波器来过滤相应高频杂波使信号传输保证质量。
3.3 舵机
飞艇及系留气球中舵机是较为关键的组成部分，其防干扰工作也具有重要意义。舵机通常情况下是运用PWM信号控制的步进电机，其中有1根PWM信号控制线和2根电源线。在正常情况下PWM的信号运行周期为25ms内，但实际情况是0.6-1ms的信号都会对舵机产生一定的影响，这是因为舵机部分本身较易受到信号干扰且其电缆设计较为冗长使其无法规避信号干扰，还会产生电位差从而受到共模和差模的双重干扰。因此在不改变舵机电缆长度的情况下，可以增加1根信号线并在信号传送输出端口添加反向器，2根信号线可以分别传输正常信号和反向信号，通过反向叠加的方式使干扰信号相互抵消，从而提升舵机防干扰性能。
3.4 数字滤波
飞艇及系留气球电气系统在进行信号测控工作时，在采集信号和数据的过程中通常会受到噪音和杂波的随机干扰，因这些干扰具有随机性的特点，使得产生的误差难以找到规律加以控制。为有效避免这类干扰的产生，可以采用信息化计算机软件来完成数字滤波工作，利用计算机系统的云计算功能对大量干扰数据进行规律分析找到有效滤除方法，从而有效抑制谐波干扰，降低随机误差产生的几率而使信号保持真实平滑，从而提升电气系统信号测控工作的真实可靠性，为飞艇及系留气球电气系统运行提供支持。
结束语：在飞艇及系留气球电气系统中采取科学有效的防干扰措施可以达到消除滤波、降低误差的效果，提升飞艇及系留气球的电气系统运行质量，保证了飞艇和系留气球运行的安全稳定。
参考文献：
[1]申阿强,张冰蔚,戚永康,齐超.系留气球系统牵引绞盘结构设计及其力学分析[J].机床与液压,2020,48(13):81-84.
[2]张敬锋.飞艇及系留气球电气系统设计中的干扰及对策[J].中国新技术新产品,2020(05):38-39.
[3]杨占锋,鹿麟,李浩.系留气球自动解系控制技术研究[J].机械与电子,2019,37(10):33-36.
[4]汪洋,赵伊宁,李梦超,杜以林.基于系留气球的测控系统研究[J].计算机测量与控制,2019,27(09):109-111+116.
[5]梁小玲,卢芳春.系留气球球体结构系统布置方法研究[J].中外企业家,2019(17):146.