安防系统消除频段干扰的优化方案

刘洪洋 李海军 谢军军

（中国石油独山子石化分公司信息网络公司 新疆独山子 833699）

1 概述

独山子石化炼化新区周界安防系统始建于2015年，2017年6月系统中交验收时因南门至东门44对微波探测器投用不正常，施工方和厂商技术人员多次调试无果，始终无法通过验收，但迫于项目投用紧迫和项目拖延工期一直无法交工的压力，通讯安防中心从2017年7月起主动承担调试工作，用了不到一个月的时间，将设备全部调试正常，为独山子石化公司周界安防设施交工投用贡献了一份力量。

2 现状分析

2.1 微波探测报警系统工作原理

微波探测报警系统由微波发射端和接收端组成，微波对射工作时，在发射端和接收端之间形成一道不可见的纺锤形立体探测区域，用来警戒需要防范的周界地带。当入侵者进入微波探测区域时，接收端接收的信号会发生变化，当信号变化达到报警阈值时，干接点信号状态将由常闭转变成常开，PLC监测到微波探测器干接点状态变化后实时推送信息给报警平台，报警平台根据预先配置的逻辑关系联动启动相应的预置位、灯光、警笛、音响，完成一次有效报警和联动（图1）。

2.2 现场微波探测器安装情况

图1 微波工作原理示意图

微波探测器设备安装说明书上明确规定：①微波探测器一般采用落地安装方式，发射器和接收器（天线中心）离地面高度75～95厘米；②安装地势需平坦，防范区域内无遮挡物的开阔区域；③同区域安装多个微波对射器时，易产生干扰。

但是现场调试发现，微波探测器实际的安装高度均在120～130厘米，微波探测器的射程均为120米，但实际安装距离都在70米左右。从微波探测器的工作原理示意图可以看出，微波探测器发射端发射的微波能量主要是依靠直射和反射两种途径到达接收端，现场的安装高度高于规定的高度，再加之实际安装距离远没有达到极限射程，所以有大量的微波能量通过地面反射至相邻间隔的接收端，相邻间隔的接收端会产生大量的干扰，这种干扰是调节发射端频段所无法消除的，会导致大量的频段干扰报警。频段干扰有一个显著的特点是无需达到触发阈值即可报警，换句话说就是只要有干扰就会报警，而且报警持续输出。

3 解决方案

确定频段干扰是导致系统无法投用的主要原因，可以从以下两个方面来消除干扰。

3.1 降低微波探测器的安装高度

通过上面的现状分析可以看出，因微波探测器发射端和接收端的天线具有抛物面特性，导致安装高度越高，通过地面反射的能量就越多的反射给相邻的接收端，自身配对的接收端反而接收到的能量越少，为了避免或减少这种情况导致的影响，就必须将安装高度降低至规定的高度，本次调试一共降低19对微波的安装高度，将高度降至距离地面90厘米左右。

3.2 调整天线的极化方向

虽然降低了微波探测器的安装高度，但是由于大约70米的安装位置已经固定好了，无法再做调节，所以对于120米射程的微波来说，发射端仍然有足够的直射能量和地面反射能量到达相邻间隔的接收端，从历史记录可看出，这个能量也足以导致频段干扰。消除这种干扰有两种方法：第一是更换为80米短射程的微波探测器；第二是改变微波探测器天线的极化方向。因第一种方法需要将微波探测器全部更换成80米射程的微波探测器，投资巨大，也不现实，所以选择第二种方法。

根据电磁原理，电磁波由电场和磁场构成的，天线向周围空间辐射电磁波，电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的，垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收，右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当发射天线的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。例如：当用+45°极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收+45°极化或-45°极化波时，等等情况下，都会产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发生极化损失，只能接收到来波的一半能量。当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称为极化完全隔离。理想的极化完全隔离是没有的，馈送到一种极化的天线中去的信号多少总会有那么一点在另外一种极化的天线中出现。

根据以上天线极化的知识，可以采用间隔调整微波探测器天线极化方向的方法来避免频段干扰，本次共调整16对微波天线的极化方向，将天线的原水平极化方向全部调整为垂直极化方向，具体做法是将间隔的一对微波探测器的天线的收发极性做正交调整，确保接收天线的极化方向与干扰来波的极化方向完全正交，接收天线就完全接收不到干扰来波的能量，没有了频段干扰也就可以常工作了。

3.3 优化参数

通过调试发现大部分微波探测器的灵敏度依然使用设备出厂设置的默认值，没有设置成经过现场人员行走测试的合理数值，这种情况虽然可以正常工作，但误报率会明显增多。在降低安装高度和调试天线极化方向的时候顺便将灵敏度参数数值同时完成了优化，共调整报警和预警阈值26对，这样能保证系统更加稳定运行。

4 结论

通过对微波对射探测器的工作原理和报警历史数据的分析，找出了新区周界安防系统44对微波频繁报警的原因，并采用降低安装高度和开创性地提出了改变微波探测器天线极性的方法消除频段干扰，将遗留已久一直无法交工和投用的新区南门至东门周界技防设施全部调试正常投用，至今已稳定运行9个月，效果验证明显，彻底消除了3公里的周界安防无法投用的隐患，避免了项目的推倒重建，按当期的设备费和施工费用折算，为独山子石化公司节约资金近300万元。