试论GPS及GPRS船载设备的电磁兼容问题

【摘要】本文对船载GPS及GPRS船载设备的干扰源进行了较为详细的分析，并提出了相关优化建议，实践表明，能够有效的确保船载GPS及GPRS设备的电气性能。

【关键词】GPS;GPRS;船载设备;电磁兼容

1.前言

进入新世纪以来，随着我国电子工业和造船工业的高速发展，我国船舶上装备了越来越多的电子设备和电气设备，呈现出复杂化、智能化的发展趋势。由于PCB周围的空间较为狭小，容易产生电磁干扰的现象，进而对设备运行性能产生负面影响，严重的甚至会导致误动作，诱发事故，危及航行安全。所以，有必要重视包括GPS及GPRS等船载电子设备的电磁兼容问题，以便提升这些设备的抗干扰性能和电磁兼容性能。

2.电磁干扰的产生和传播分析

对于船载GPS及GPRS设备来说，要求处于相同电磁环境内的相关设备，不会由于另外设备所发射的电磁波影响其正常使用性能。另一方面，也不会由于其发射的电磁波，影响其他设备的正常使用性能。

就电磁干扰而言，主要产生的要素有敏感设备、干扰传播路径和干扰源。按照干扰形式，干扰源能够分为人为干扰源和自然干扰源;基于来源来进行分类，能够分为外部干扰以及内部干扰。总的来说，只要可以消除敏感设备、干扰传播路径和干扰源中的任意一个，就能够有效抑制船载GPS和GPRS等设备的电磁干扰。

船载GPS及GPRS设备的主要干扰源如下：

（1）因为电源电路的接通或断开，使电流或者电压出现急剧变化，从而形成干扰源。

（2）基于电磁辐射的形式，远距离无线电干扰传送给GPS接收机和GPRS模块，直接传送或者通过天线馈线传输至船载电子设备及其接地回路。

（3）气体放电导致产生系统干扰。

（4）在发射过程中，GPRS模块对船载电子设备系统的干扰。因为监控中心和船载GPRS模块需要经常进行数据通信工作。在数据发射的过程中，GPRS模块会产生较大的瞬间电流（超过2安培）。所以，较大的功率消耗形成的电磁波辐射会严重干扰船载电子设备的正常工作。

（5）同一船载电子系统内的GPRS通信模块和GPS模块，其工作频率均处于射频范围之内，因为GPS信号功率较小，容易被噪声所淹没;另一方面，GSM信号有着较大的发射功率，在同一系统内，GPS模块也容易受到GPRS通信模块的干扰。

总的来说，干扰传播途径主要如图1所示：

图1 船载GPS及GPRS设备电磁干扰的主要传播途径

（1）线间感应耦合。在较小线间距离的情况下，会因为信号大而导致线间耦合现象的出现。

（2）辐射耦合。相关元器件或者载荷导线会辐射电磁场，由此元器件和导线之间、导线和导线之间、元器件同元器件之间会因为互感或者分布电容形成感应电压。

（3）公共阻抗耦合。信号传递会因为电位参考点产生公共阻抗，作用于公共阻抗之上的电流会把干扰耦合到另外的相关电路中，导致公共阻抗耦合最为关键的因素是由于接地方式不良所导致的。

（4）传导耦合。具体通过信号线、地线和电源线将电磁干扰耦合到敏感单元。

3.电磁干扰抑制的优化设计

（1）船载设备电源电路的优化设计

作为船载GPS及GPRS通信设备最为主要的干扰源之一，交流电源干扰对设备的正常运行产生了明显的影响。通信设备的EMC指标直接受电源电路选择和设计的影响，并关乎这些设备的工作状态。就电源干扰而言，电源瞬时掉电、电源瞬时跌落、快速瞬变脉冲群干扰中，影响最为严重的是快速瞬变脉冲群干扰。该类型的干扰利用共模和差模的形式作用在电源入口，进而严重干扰整个系统的正常工作。因而在系统电源的设计过程中，要利用吸收、隔离和滤波的方法来对电源引入干扰进行抑制。电源系统利用隔离变压器来对公共电阻导致的耦合进行消除，通过开关稳压电源转换为直流电压，再将高频信号通过滤波器件予以滤除，接着通过吸收器件对尖峰干扰电压进行吸收后送至船载GPS及GPRS通信设备。系统工作电压为+3.8V及+5V。

（2）对外接口电路的优化设计

该系统的对外接口主要有：报警接口、按键接口、音频输出口和音频输出口。因为报警信号线和音频信号线的长度较长，易出现耦合干扰，导致误报警和系统通信质量较差的现象。为了有效规避上述干扰，在设计系统的过程中，利用吸收器件和电阻电容构成的吸收电路来对尖峰干扰进行吸收。就按键来说，在闭合或者断开的过程中，通常都会产生抖动甚至出现电弧干扰，应当将RC吸收电路加装在按键处，越大的C值能够实现更好的抑制效果，另外，电容还有着消弧功能，而电阻是用来对电容放电电流进行限制的。

（3）GPS模块和GPRS模块的优化

由于GPS接收机有着较大的噪声敏感性，为有效规避相关带内噪声影响GPS接收机的正常工作，应当将GPS模块和GPRS模块尽量分开，对滤波器和接地进行充分的优化，并分别屏蔽以上2个模块来对GPS接收机的相关干扰源进行抑制。

4.结束语

本文对船载GPS及GPRS船载设备的干扰源进行了较为详细的分析，并提出了相关优化建议，经现场验证，可以说实现GPS及GPRS船载设备正常稳定的工作，具有较强的抗干扰能力。希望通过本文的研究，为我国船用电子产业提供有益的促进。

参考文献

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[3]黄显亮，温连峰，王强，于丽贤.基于多基线GPS舰船姿态测量系统研究[J].舰船电子工程，2009（12）.

作者简介：孙萍，女，江苏泰州人，大学本科，副教授，主要从事船电系统检测与控制和电子技术教学与研究。