安防系統(tǒng)消除頻段干擾的優(yōu)化方案

劉洪洋 李海軍 謝軍軍

（中國石油獨(dú)山子石化分公司信息網(wǎng)絡(luò)公司 新疆獨(dú)山子 833699）

1 概述

獨(dú)山子石化煉化新區(qū)周界安防系統(tǒng)始建于2015年，2017年6月系統(tǒng)中交驗(yàn)收時(shí)因南門至東門44對微波探測器投用不正常，施工方和廠商技術(shù)人員多次調(diào)試無果，始終無法通過驗(yàn)收，但迫于項(xiàng)目投用緊迫和項(xiàng)目拖延工期一直無法交工的壓力，通訊安防中心從2017年7月起主動承擔(dān)調(diào)試工作，用了不到一個(gè)月的時(shí)間，將設(shè)備全部調(diào)試正常，為獨(dú)山子石化公司周界安防設(shè)施交工投用貢獻(xiàn)了一份力量。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 微波探測報(bào)警系統(tǒng)工作原理

微波探測報(bào)警系統(tǒng)由微波發(fā)射端和接收端組成，微波對射工作時(shí)，在發(fā)射端和接收端之間形成一道不可見的紡錘形立體探測區(qū)域，用來警戒需要防范的周界地帶。當(dāng)入侵者進(jìn)入微波探測區(qū)域時(shí)，接收端接收的信號會發(fā)生變化，當(dāng)信號變化達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)，干接點(diǎn)信號狀態(tài)將由常閉轉(zhuǎn)變成常開，PLC監(jiān)測到微波探測器干接點(diǎn)狀態(tài)變化后實(shí)時(shí)推送信息給報(bào)警平臺，報(bào)警平臺根據(jù)預(yù)先配置的邏輯關(guān)系聯(lián)動啟動相應(yīng)的預(yù)置位、燈光、警笛、音響，完成一次有效報(bào)警和聯(lián)動（圖1）。

2.2 現(xiàn)場微波探測器安裝情況

圖1 微波工作原理示意圖

微波探測器設(shè)備安裝說明書上明確規(guī)定：①微波探測器一般采用落地安裝方式，發(fā)射器和接收器（天線中心）離地面高度75～95厘米；②安裝地勢需平坦，防范區(qū)域內(nèi)無遮擋物的開闊區(qū)域；③同區(qū)域安裝多個(gè)微波對射器時(shí)，易產(chǎn)生干擾。

但是現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)，微波探測器實(shí)際的安裝高度均在120～130厘米，微波探測器的射程均為120米，但實(shí)際安裝距離都在70米左右。從微波探測器的工作原理示意圖可以看出，微波探測器發(fā)射端發(fā)射的微波能量主要是依靠直射和反射兩種途徑到達(dá)接收端，現(xiàn)場的安裝高度高于規(guī)定的高度，再加之實(shí)際安裝距離遠(yuǎn)沒有達(dá)到極限射程，所以有大量的微波能量通過地面反射至相鄰間隔的接收端，相鄰間隔的接收端會產(chǎn)生大量的干擾，這種干擾是調(diào)節(jié)發(fā)射端頻段所無法消除的，會導(dǎo)致大量的頻段干擾報(bào)警。頻段干擾有一個(gè)顯著的特點(diǎn)是無需達(dá)到觸發(fā)閾值即可報(bào)警，換句話說就是只要有干擾就會報(bào)警，而且報(bào)警持續(xù)輸出。

3 解決方案

確定頻段干擾是導(dǎo)致系統(tǒng)無法投用的主要原因，可以從以下兩個(gè)方面來消除干擾。

3.1 降低微波探測器的安裝高度

通過上面的現(xiàn)狀分析可以看出，因微波探測器發(fā)射端和接收端的天線具有拋物面特性，導(dǎo)致安裝高度越高，通過地面反射的能量就越多的反射給相鄰的接收端，自身配對的接收端反而接收到的能量越少，為了避免或減少這種情況導(dǎo)致的影響，就必須將安裝高度降低至規(guī)定的高度，本次調(diào)試一共降低19對微波的安裝高度，將高度降至距離地面90厘米左右。

3.2 調(diào)整天線的極化方向

雖然降低了微波探測器的安裝高度，但是由于大約70米的安裝位置已經(jīng)固定好了，無法再做調(diào)節(jié)，所以對于120米射程的微波來說，發(fā)射端仍然有足夠的直射能量和地面反射能量到達(dá)相鄰間隔的接收端，從歷史記錄可看出，這個(gè)能量也足以導(dǎo)致頻段干擾。消除這種干擾有兩種方法：第一是更換為80米短射程的微波探測器；第二是改變微波探測器天線的極化方向。因第一種方法需要將微波探測器全部更換成80米射程的微波探測器，投資巨大，也不現(xiàn)實(shí)，所以選擇第二種方法。

根據(jù)電磁原理，電磁波由電場和磁場構(gòu)成的，天線向周圍空間輻射電磁波，電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的，垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收，右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。當(dāng)發(fā)射天線的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號都會變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當(dāng)用+45°極化天線接收垂直極化或水平極化波時(shí)，或者，當(dāng)用垂直極化天線接收+45°極化或-45°極化波時(shí)，等等情況下，都會產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失，只能接收到來波的一半能量。當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時(shí)，例如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時(shí)，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失為最大，稱為極化完全隔離。理想的極化完全隔離是沒有的，饋送到一種極化的天線中去的信號多少總會有那么一點(diǎn)在另外一種極化的天線中出現(xiàn)。

根據(jù)以上天線極化的知識，可以采用間隔調(diào)整微波探測器天線極化方向的方法來避免頻段干擾，本次共調(diào)整16對微波天線的極化方向，將天線的原水平極化方向全部調(diào)整為垂直極化方向，具體做法是將間隔的一對微波探測器的天線的收發(fā)極性做正交調(diào)整，確保接收天線的極化方向與干擾來波的極化方向完全正交，接收天線就完全接收不到干擾來波的能量，沒有了頻段干擾也就可以常工作了。

3.3 優(yōu)化參數(shù)

通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)大部分微波探測器的靈敏度依然使用設(shè)備出廠設(shè)置的默認(rèn)值，沒有設(shè)置成經(jīng)過現(xiàn)場人員行走測試的合理數(shù)值，這種情況雖然可以正常工作，但誤報(bào)率會明顯增多。在降低安裝高度和調(diào)試天線極化方向的時(shí)候順便將靈敏度參數(shù)數(shù)值同時(shí)完成了優(yōu)化，共調(diào)整報(bào)警和預(yù)警閾值26對，這樣能保證系統(tǒng)更加穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)論

通過對微波對射探測器的工作原理和報(bào)警歷史數(shù)據(jù)的分析，找出了新區(qū)周界安防系統(tǒng)44對微波頻繁報(bào)警的原因，并采用降低安裝高度和開創(chuàng)性地提出了改變微波探測器天線極性的方法消除頻段干擾，將遺留已久一直無法交工和投用的新區(qū)南門至東門周界技防設(shè)施全部調(diào)試正常投用，至今已穩(wěn)定運(yùn)行9個(gè)月，效果驗(yàn)證明顯，徹底消除了3公里的周界安防無法投用的隱患，避免了項(xiàng)目的推倒重建，按當(dāng)期的設(shè)備費(fèi)和施工費(fèi)用折算，為獨(dú)山子石化公司節(jié)約資金近300萬元。