车载音频设备电磁干扰故障分析与排除
杨晓
（中国西南电子技术研究所四川成都610036）
摘要： 针对某大型地面系统话音无线通信试验中，某型车出现了噪声大、刺耳啸叫的问题，通过搭建独立的音频收发系统、逐一关闭同一平台的其他设备、串件等手段排查，定位干扰源为该车乘员盒，干扰路径为该车电台电源线。经权衡，选取电源隔离单元切断干扰耦合路径的方式，将较难处理的低音频干扰转化成较容易处理的高DC/DC开关频率干扰，并通过模拟试验，验证了此方法对低音频干扰信号具有较高的幅度的隔离作用，从而提高电台通信的话音清晰度，使此车载音频系统话音无线通信质量达到要求。
关键词： 地面系统；话音无线通信；音频设备；耦合路径；电源隔离单元
为考核验证系统级装备的电磁兼容性，依据现行标准GJB1389A系统电磁兼容性要求，话音无线通信试验是系统级电磁兼容性试验项目中相互干扰试验内容之一[1]，是检验武器系统通信能力的重要手段。
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由于超短波通信具有传输距离远、动中通信能力和地形适应能力强的特点，广泛应用于无线通信领域[2-3]。对于采用超短波电台作为通信手段的某大型地面系统，根据GJB8848系统电磁环境效应试验方法，做话音无线通信试验时，系统内A型车辆接收无线话音信号，B型车辆发射时，A型车辆车载音频设备中的电台耳机听筒出现持续的啸叫声，话音质量受到严重影响，甚至到了无法识别的程度。更换工作频段内其他通信频率，存在相同情况。
保持系统内A型车辆接收，C型、D型车辆发射，在A型车话音信号同样出现了共性的严重啸叫声。B、C、D型车辆相互话音无线通信时未发现此情况。
与音响系统中由于回声自激造成啸叫的原因不同[4]，地面系统中的音频设备产生啸叫的原因，主要是因为系统中的超短波电台，由于具有较高的灵敏度[5]，容易在其工作频段，被来自所处环境、自身平台或外部平台的干扰源，通过传导或空间辐射的方式进行干扰导致啸叫[6-7]，导致话音无线通信试验满足不了设计要求。
1 车载音频设备无线话音通信原理
而在该地面系统的话音无线通信试验中，为了验证系统的通信能力，一般试验流程为：车载超短波电台在DC24V车载电源上电自检正常后，通过乘员盒人工设置需要通话的频点，按压话音手柄的PPT后同时输出话音信号，电台将音频信号进行调制，加载到所设置好的射频载波信号上，电台的功放模块将信号放大，最后通过车顶的鞭天线发射出去。
对于车载音频设备，实现话音无线通信的组成包含超短波电台、鞭天线、车通主控器、乘员盒、通话控制器，其连接如图1所示。
图1 车载话音通信系统连接示意图
与无线话音通信原理相同，车载话音通信系统的通信通过超短波电台及天线实现远距离无线通信，车通控制器、通话控制器、乘员盒等组成设备是为实现无线话音通信中的同步、控制等其它复杂功能。
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话音无线通信的原理，简单来讲，就是将处理后的语音信号，加载到射频信号中，经放大器放大，再通过发射天线，将射频能量转换成电磁波发射出去，通过接收设备将收到的信号进行处理后，得到有用的语音信号，从而实现话音无线通信。
通过以上故障分析和问题定位过程，确定了干扰源为乘员盒，敏感体是10 W超短波电台，干扰途径是10 W超短波电台的电源线。干扰产生的机理是A型车乘员盒产生的音频干扰信号通过10 W超短波电台的电源线，通过传导的方式耦合进了电台的射频接收通路中，从而听到啸叫声。
2 故障分析与定位
以电磁兼容三要素中的干扰源、干扰路径和敏感体来进行故障分析和定位[8-9]，地面系统中的音频接收设备为超短波电台，属于其中的敏感体。
2.1 干扰源确定
对于系统内其它型号车辆同样配备车载超短波电台和乘员盒，却没有出现啸叫的现象，通过进一步核实，所有类型车辆的乘员盒的技术状态一致，只有A型车车载超短波电台与其他车载电台型号不一致。
为进一步排除可能来自其他型号车辆的干扰，将B型车超短波电台和天线拆下来单独组成通信系统，A型车辆接收来自拆装的B型车辆发的无线发射信号，同样出现相同影响程度的啸叫声，这样就确定了干扰源来自A型车辆自身。
由于A型车所有的车载设备由车上同一DC24V电源供电，为定位干扰源，采取逐一关闭该车上其他电子设备的同时进行语音通信试验的办法来确定。当关闭乘员盒后，啸叫现象消失，再打开该乘员盒，啸叫现象复现。据此，确定干扰源来自本车乘员盒。
由于在联试现场能采用的手段有限，对干扰源的定位只能通过逐一关闭设备的方法定位到单个设备，而不能进一步定位到该设备内部的具体某个器件或电路。
2.2 敏感体确定
由于在该地面系统话音无线通信试验中，仅发现A型车辆与其他类型车辆之间无线语音通信有啸叫现象，而该地面系统其它型号车辆之间并无啸叫现象存在，由此可排除来自自然环境的干扰，且可以初步确认干扰源来自于A型车辆自身。
更换电台后，A型车50 W电台接收，其他型号车10 W电台发射，无啸叫现象；A型车50 W电台发射，其他型号10 W电台接收，啸叫复现；关掉10 W电台所在车辆的乘员盒，啸叫声消失。据此，确定10 W电台无论在哪种型号车上，均会会受到乘员盒的干扰，50 W超短波电台不会受干扰。
由于各类车辆功能差异的原因，A型车辆选用的是10 W车载超短波电台，其他型号车辆的选取的50 W载超短波电台。因此采用替换超短波电台的方式，将其他型号车辆的50 W电台在A型车辆上，将10 W电台放到其他型号车上分别进行话音发射和接收的验证。
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对于10 W电台和50 W电台受乘员盒不同干扰结果的原因，10 W和50 W两种类型的超短波电台，由于内部的主要组成模块中的电源模块、滤波模块功放模块[10]，因为发射功率、外部尺寸和重量要求的不同，而采用了完全不同的电路设计，从而造成在同样的乘员盒干扰，产生不同的结果。
2.3 干扰途径确定
干扰途径可能存在于两个方面：一是经过线缆传导，二是经空间辐射[11]。
坐在办公桌前阅读的可书记，站起来，慢慢地走到我的身边，眼神柔和地望着我说：“你刚乡镇工作，还不太熟悉情况，财政难啦，机关已经快揭不开锅了，要不是陈镇长把老婆的私房钱拿出来的，大家怕是要饿肚皮了。”
从图1看出，10 W超短波电台与DC24V电源线和通话控器连接电缆交联。为确定干扰途径，先将话音手柄直接与10 W超短波电台连接，再从电台端断开与通话控制器之间的电缆连接，进行语音无线通信测试，啸叫仍然存在，说明电台与通话控制器之间的连接电缆不是干扰途径或者不是唯一干扰途径。在此基础上，单独给10 W超短波电台加电，见图2，在此种连接方式下，干扰消失，话音质量良好；再将与通话控制器连接的电缆接上，话音手柄再接回乘员盒端，保持10 W电台单独供电，同样话音质量良好。这样，进一步确定干扰途径为超短波电源线且干扰方式为传导干扰。
图2 确定干扰途径连接示意图
2.4 本节小结
在地面系统其他车型的车载音频设备接收端，先将超短波电台的接收频率设置为发射相同的频率，并在手柄听筒处收听接收到的话音，并判定话音的音质情况。通常发射端和接收端可根据需要进行转换，从而实现对相互通信的车辆车载音频设备话音信号质量的同时判定。
3 解决措施
当明确了电磁兼容三要素中的干扰源、干扰途径和敏感体后，可以针对性的进行处理，手段一般为滤波、屏蔽、接地[12]。由于该音频干扰信号的频率处于人耳能听到的20 Hz～20 kHz范围内，一般电源滤波器的滤除频率在20 kHz以上[13]。要滤除20 kHz以下频率的干扰，滤波器的体积和重量将会很大，适用性降低，成本提高。由于干扰信号经由电源线串扰10 W超短波电台的射频通路，屏蔽和接地的措施也失去作用。
(1)研究算法中其他参数的选择问题，特别是更深入的研究隐私保护参数ε的选择，使得隐私保护力度和推荐准确率之间得到更优的折中.
将V28A24T200BL型号的DC/DC变换器串接入电源线中进行音频信号隔离测试，然后通过音频信号扫频源8850-1模拟音频干扰信号从25 Hz～50 kHz频段通过耦合变压器注入到DC24 V电源线上，用纯阻负载模拟超短波电台，并在负载两端用示波器DPO7254进行实时监测。输入固定2Vrms音频信号时，通过示波器在负载端测得的音频信号小于0.2Vrms，计算得到隔离度大于20 dB。对于干扰信号与有用信号幅值相当的情况，经V28A24T200BL型号的DC/DC变换器对干扰信号抑制达到20 dB以上，从理论上讲，不会再对有用信号产生干扰。
由于产品已到系统级联试阶段，设备马上面临交付，所有车上安装的设备均已进行定型，不能通过重新设计电路或采用器件替换的方式来进行处理干扰源，因此，综合考虑解决措施的经济性和时效性，本文采用在10 W超短波电台的电源线上串接一个已定型的电源隔离器的方式，即采用增加隔离来降低或消除音频干扰的手段进行排故。
电源隔离器的原理是利用DC/DC变换器，将本车乘员盒产生的音频干扰信号，与干扰传输途径即超短波电台电源输入进行隔离，降低乘员盒音频干扰对超短波电台的影响。
DC/DC变换是现阶段广为采用的电源隔离手段[14]，并且市场上有多种成熟的产品进行选择，本文采用VICOR公司的V28A24T200BL型号的DC/DC变换器，其基本参数为输入电压范围DC10V～DC36.3 V，输出电压范围为DC24V±1%，效率可达到80%以上，可提供100 W以上的功率，加装方式如图3所示。
图3 DC/DC加装方式
4 试验验证和改进
为验证加装电源隔离器的音频隔离度效果，采用GJB151A-1997中CS101电源线传导敏感度的方法，模拟25 Hz～50 kHz频段干扰信号的抑制情况[15]，连接图见图4。
图4 音频信号隔离测试连接图
目前常用的SSRIs包括：氟西汀，舍曲林，帕罗西汀，氟伏沙明，西酞普兰和艾司西酞普兰。 常用的SNRIs包括：文拉法辛，去甲文拉法辛，和度洛西汀。SSRIs整体耐受性较好，但是具体药物的副作用有差异方面，也即不同SSRIs有不同的副作用谱。SSRIs的副作用主要包括恶心呕吐等胃肠道不适反应，激动/失眠，性功能副作用，体重增加等。SNRIs最常见的副作用与 SSRIs相同，包括恶心和呕吐，性功能障碍，失眠和激动；与 SSRIs一样，这些副作用会随着治疗进行而消退。
但由于在电源线中新加入了DC/DC模块，其开关频率会使10W车载超短波电台引入新的干扰[16]，造成本身的电磁兼容性会变差。开关频率会通过电源线传导到其他设备中，也会通过电源线辐射到周围环境中，从而可能会对电台的通信频率造成新的干扰。在依据GJB151A-1997进行电磁兼容试验验证时，发现开关频率会使CE102和RE102项目超标，造成自身产品电磁兼容性测试不合格。
因此，必须对DC/DC模块改进。该DC/DC模块开关频率为33 kHz，针对此频率段的改进措施一般采用滤波的方式是比较有效和经济的，因此采取的方案具体为：在DC/DC的输入、输入端进行滤波以解决CE102超标问题；在DC/DC模块外加金属屏蔽腔的方式将辐射信号封闭在腔体内，以解决RE102超标问题。
1.2.4 制作核糖体模型 将核糖体模板粘贴在软磁贴上，剪下核糖体模型，并把葫芦状裁成空心，恰好容纳6个碱基。
预警模型训练实现流程如下：收集已有的高血压的病例对照数据，利用数据挖掘和机器学习的方法，构建出高血压早期预警的模型，然后将此模型应用到平台上，实现血压水平异常的风险预警。通过多种途径收集数据，如图6所示，把在不同医院体检单位和终端采集仪器获得的健康数据，进行统一标准、统一格式，存放到服务端的数据库内。为每个用户创建健康档案，并对用户的历史数据进行可视化展示，同时结合用户的健康指标信息和预警模型，对用户的健康风险做出评估，并提出科学的指导建议。
用仿真软件确定滤波器形式和参数，构建滤波电路和实物图见图5[17]。
图5 音频隔离滤波电路及器件实物图
将此实物隔离滤波器件串接入原电路中，依据GJB151A-1997测得CE102和RE102（覆盖车载超短波工作频段30～108 MHz）结果见图6，其结果满足要求，且有较大裕量。
主要试剂与仪器：二甲基亚砜（DMSO）、尼罗红溶液(2 g/L尼罗红母液，稀释 100倍使用)、DL2000Marker，购于Zomanbio公司；植物基因组提取试剂盒，TAKARA；LRH-150生化培养箱、Infinite®200多功能酶标仪、Eppendorf 5804R冷冻离心机。
经过改进的音频隔离滤波器件再按照图5的方式进行音频隔离度试验，结果见图7，从中可以看出，隔离性能基本一致，仍大于20 dB。
图6 测试结果比较
图7 改进后与改进前音频隔离性能对比
5 结束语
对此地面系统中的6辆A型车辆上加装上音频隔离滤波器件后，经再次试验验证，啸叫声音得到消除，话音质量大幅改善，证明整改措施有效。
对于选用V28A24T200BL型号的DC/DC变换器对该车载音频设备10 W超短波电台进行干扰信号的隔离的方法不是唯一的，考虑到今后该车型其他电子设备进行改型或增加新的电子设备而可能引入新的干扰，采用此方法是较为经济和有效的方式。至于选用200 W功率的DC/DC器件，也是考虑到可能会换装50 W功率的超短波电台而留有裕量，避免在选用小功率器件时，使用方不清楚情况下换装大功率电台而造成器件烧毁情况的发生。另外，此型号DC/DC变换器还具有较好的稳压作用，有利于电台的正常使用。
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Analysis and elimination of electromagnetic interference of vehicle-mounted audio equipment
YANG Xiao
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China ）
Abstract: In the voice wireless communication test of a large-scale ground system，the noise and screaming of the audio equipment of a certain type of vehicle appeared.By building an independent audio transceiver system，closing the other equipment of the same platform one by one，and series of other means，the interference source was located as the occupant box of the vehicle，and the interference path was the power line of the vehicle radio.After weighing，the power isolation unit is selected to cut off the interference coupling path，and the low frequency interference which is difficult to deal with is transformed into the high DC/DC switching frequency interference which is easy to deal with.The simulation test proves that this method has a high isolation effect on the low frequency interference signal，thus improving the voice clarity of radio communication and making the vehicle audio system voice wireless communication quality meeting requirements.
Key words: ground system；voice wireless communication；vehicle-mounted audio equipment；coupling path；power isolation unit
中图分类号： TN03
文献标识码： A
文章编号： 1674-6236（2019）22-0179-05
收稿日期： 2019-04-10
稿件编号： 201904065
作者简介： 杨晓（1982—），男，四川仁寿人，工程师。研究方向：电磁兼容整改及测试。
标签：地面系统论文; 话音无线通信论文; 音频设备论文; 耦合路径论文; 电源隔离单元论文; 中国西南电子技术研究所论文;