柳州市洪水预警预报系统干扰问题的研究

摘要 干扰是超短波通信不可避免的问题，柳州市洪水预警预报系统超短波子系统常常受干扰而影响整个报汛系统的正常运行。通过对超短波通信干扰的机理分析研究，找出干扰的原因，研究出适合于干扰环境中传输信息的通信系统，有效地保护了超短波设备的安全运行。

　　柳州市洪水预警预报系统（简称柳洪系统），于2000年建成并投入运行。系统采用超短波、短波、卫星混合组网方式，控制流域面积45413ｋｍ² 。柳洪系统投入正式运行后，实现了柳州市及其上下沿江河流水情信息自动采集、传输、处理、洪水预报的自动化，柳州市的洪水预报预见期由原来的18ｈ增加到36ｈ，预报的准确率提高到85％以上，在多次防洪减灾工作中发挥了巨大的作用。

　　柳洪系统的遥测站绝大多数分布在贵州黔东南和广西桂西及桂北边远山区，人烟稀少，自然环境十分恶劣。加上雷击和仪器本身质量以及电子元件老化等原因，造成设备出现各种各样的故障，影响了整个系统的正常运行。

　　5个超短波中继站全部建设在与当地电视转播台和寻呼机差转台同一山顶上，这样就不可避免地受到各种各样的电磁干扰。柳洪系统刚安装时，各超短波中继站受到外部的电磁干扰较小，各遥测站的水位、雨量数据传输畅通无阻，水文报文很少出现错乱码。

　　随着系统运行年限的增加，当地电信业和其他通信行业发展迅速，原租用的中继站山头上，各种大功率的无线电通信站不断增多，使得本来就十分拥挤的电磁波环境越来越恶劣。西山中继站自2000年4月以来，古亭山中继站自2001年1月以来分别受到严重的电磁干扰。具体表现是转发报文明显减少，错码乱码增多，有一段时间，两个中继站上午7：00至晚上24：00（手机、寻呼机通信繁忙期）基本上不转发报文，遇到大暴雨天气，无线信号较弱时，受到的干扰更加严重。导致中继站处于瘫痪状态，即使偶尔转发报文也多是错乱码，使得柳州中心站前置计算机识别错误，水文信息完全失真，计算机显示的降雨量和实际降雨量相差甚远，导致计算机洪水预报结果错误。表1是2000年6月10日，西山中继站所属遥测站受干扰的雨量表。

站名	显示雨量（mm）	实际降雨（mm）	站名	显示雨量（mm）	实际降雨（mm）
再老	4043	355	香粉	255	141
中塞	1134	215	板榄	27	67
竹口	3524	348	富乐	22	79
江门	128	104	泗顶	8	52
勾滩	190	97	大良	3	14
小长安	111	71	融水	59	68

　　发现以上情况后，广西水文水资源局柳州分局和水利部南京水文自动化研究所技术专家一道上西山中继站，检查发现中继站设备运行正常，但中继站周边增加了多个无线寻呼差转台，整个山头上天线林立，形状各式各样。在中继站天线靠东偏北方向新建造约20ｍ高的大铁塔，铁塔上也布满各式各样的天线，且新建的寻呼差转台频率范围在200～300ＭＨｚ，发射功率均在100Ｗ左右。而西山中继站电台频率在224.725～231.725ＭＨｚ之间，发射功率仅为25Ｗ，受邻道或同频等干扰非常严重，电台受干扰噪声接连不断，天馈系统电压驻波SWR[SWR＝（P入＋P反）/（P入－P反），P入、P反为发射和反射功率由刚安装时的1.2增至1.5（临界点），电台不能正常收发。

　　为了把干扰减小到最低限度，柳州分局把天线移到新建铁塔的最下方，安装在干扰源辐射的死区（中继站工作的安全区），转移天线位置，中继站受外部电磁干扰明显减少，驻波比也由1.5减少到1.2，中继站基本恢复正常工作。但转发信号仍存在错乱码，为了进一步减少相邻波道之间干扰，在发射机输入/输出（I/O）端安装载带滤波器，有效滤掉周围所有同频、邻频等干扰信号，大大提高系统的抗干扰能力。经当地无线电委员会与中国联通等多家电信单位协商，并进行了技术改造，各家寻呼台把功率调低到无线电委员会所规定值。这样西山中继站转发正常，恢复了24ｈ全天候工作。

　　采用西山中继站抗干扰同样的办法对古亭山中继站进行抗干扰处理后，中继站受到外部电磁干扰明显减少，但未能彻底排除故障，柳城遥测站信息中断，大良和小长安遥测站通信很不稳定。为了解决上述问题，广西水文水资源局多次向水利部水文局汇报情况，并于2001年9月上报《关于申请“解决柳州市洪水预警预报系统超短波系统干扰问题的研究”的报告》。水利部水文局很重视这一问题，很快批复同意设立专项研究解决，并以技术服务合同书的方式委托广西水文水资源局完成该项目工作。

　　广西水文水资源局与其下属柳州分局立即组织有关专家和技术人员，进行分析研究，并针对实际问题，从抗干扰性、可靠性、性能稳定性和价格比等方面考虑，决定选用设备性能优良并具有高抗干扰能力的、具有符合国际标准化组织ISO开放互连体系（OSI）的高性能通信协议MDLC（Mottorola数据链路通信协议）的遥测通信设备——Motorola SCADACUOSCAD）系统，在柳州市组建了一个规模为1∶1.2的MOSCAD水情自动测报试验系统，Motorola的代理商北京塞特雷特科技有限责任公司负责安装这套超短波水情自动试验系统。系统结构为一个柳州中心、一个古亭山中继站、两个遥测站即柳城水文站及东泉雨量遥测站（图1），中继站和遥测站房及水位台、地网、铁塔等基础设施全部采用柳洪系统现有的设施。雨量和水位传感器也是共用的。试验系统于2001年8月6日正式投入运行。

　　（2）遥测站和中继站设备通过软件编程可以互换，即遥测站的设备可作为中继站使用，中继站的设备也可用作遥测站，大大提高了整个系统的通信组网能力。

　　（3）在中继站安装载带滤波器，有效滤过周围所有同频、邻频等干扰信号，大大地提高了系统的抗干扰能力。

　　（4）试验系统通信协议为MDLC协议，具有自动信道侦听、碰撞检测、拥塞调度等功能确保系统在暴雨洪水等恶劣天气条件下抵御外部干扰，确保遥测站与中心站之间的双向数据可靠通信；具有通信信道自动检测能力，支持通信链路备份和通信信道备份。当主无线通信链路或主通信信道发生故障时，能够在其通信范围内自动搜寻并切换到备份链路上，或自动切换到备份信道上，实现网络中的各站点间路由的选择，在信道争用和碰撞时确保数据的可靠传输；具有数据传输中检错和纠错功能，在信道状态检测的基础上自动搜索和转换传输速率，确保极低的误码率，特别适用于受干扰严重的地区。

　　（5）中心站计算机数据处理软件运行稳定可靠，具有人机界面好操作简捷、检索、查询速度快等优点。

　　采用MOSCAD抗干扰实验系统１年多来，遥测站中继站各种设备运行正常，由于采用先进的遥测设备和有效的通信协议（MDLC），成功地解决了在强电磁波干扰环境下安全可靠地完成水文遥测信息的传输任务，基本上消除了中继站的电磁干扰，现在遥测数据的原始报文上很少出现乱码，各项指标均达到有关规范和设计要求。电磁干扰是超短波和其他无线通信不可避免又难于解决的问题，干扰随着环境的变化而变化。随着柳洪系统运行时间的不断增加，各种仪器、设备和线路的老化，各式各样的电磁干扰将会不断增加，只有不断加强维护管理，善于总结经验，不断进行设备更新和技术创新，才能进一步提高排除干扰问题的能力，保证柳州市洪水预警预报系统的正常运行。

1.钟道隆．通信系统中的电磁干扰与屏蔽接地．北京：国防工业出版社．1997．
2.曹志刚，钱亚生．现代通信原理．北京：清华大学出版社．1992．

作者单位：广西壮族自治区水文水资源局柳州分局，广西壮族自治区水文水资源局