闭路电视监控系统电磁干扰与抗干扰方法.doc

闭路电视监控系统电磁干扰及抗干扰措施随着闭路电视监控系统（ CCTV）在现代建筑工程中的广泛应用，对视频图像的质量要求也越来越高由于建筑物内电气环境复杂，如果设计施工过程中没有采取恰当的防范措施，各种干扰就会通过传输线缆进入闭路电视监控系统，严重影响信号的传输质量因此，研究系统中信号的传输特性及影响方式，以便查找和消除干扰源的影响，对提高闭路电视监控系统工程质量，确保系统的稳定运行非常有益一、信号的传输类型及方式闭路电视监控系统中，信号的传输类型主要有两类：一类是模拟视频信号，传输路径由摄像机到矩阵，再从矩阵到显示器或录像机；一类是数字信号，包括矩阵与摄像机之间的控制信息传输，矩阵中计算机部分的数字信号视频信号传输的传统方式是基带传输，即视频信号不经过频率变换等任何处理，由图像摄取端通过同轴电缆直接传输到监视端二、信号的传输特性1、视频信号的传输特性闭路电视监控系统中，一般采用同轴电缆并利用其0~6MHz低频段直接传输视频信号同轴电缆结构上采用中心内导体外包围一定厚度的绝缘介质，在介质外是管状外导体，外导体表面再用绝缘塑料保护信号电流通过电缆时，在中心导体和外导体之间建立起内部电场，方向呈放射状。

而磁场则是以中心导体为圆心，呈多个同心圆，场的方向和强弱随信号的方向和大小变化同轴电缆在信号传输过程中，会对信号不断地损耗影响信号损耗的因素主要有以下几种：⑴、电阻损耗电阻损耗是电缆所具有的直流电阻和导体高频感应所产生的涡流对信号能量的消耗由于导体在传输交流信号时具有趋肤效应，因此，随着传输频率的增加，有效电阻会不断加大，电阻损耗也随之加大⑵、介质损耗介质损耗是同轴电缆中心导体与外导体间的电介质对信号的损耗同轴电缆的内外导体相当于电容的两极由于实用中的电缆电介质有电阻存在，因此，传输中对信号的损耗是必然的温度越高，频率越高，介质损耗越大介质损耗对低频传输信号（比如0-6MHz的视频）影响不大但在高频传输时，影响十分明显⑶、失配损耗失配损耗主要与同轴电缆的物理结构密切相关信号传输过程中，电缆阻抗不均匀或与信号源及负载不匹配时，部分信号能量通过与传输方向相反的方向返回，造成传输效率下降电缆的过度弯曲、变形、损伤和接头进水，都会造成失配损耗⑷、泄漏损耗泄漏损耗是信号通过电缆屏蔽层的编织间隙辐射出去的信号它同样造成信号在传输过程中的能量损失这是高频传输中不可忽略的问题为此，电缆的编织覆盖率不能过低。

综上所述，同轴电缆对信号的传输损耗具有多种因素它的最终损耗是上述各种损耗的总和电缆的直流电阻只有在低频时才对信号衰减起主要作用；在高频时，信号的衰减主要由趋肤效应和介质损耗决定同轴电缆随着传输信号频率的增加，信号衰减成倍增长因此，信号的传输损耗重要是考虑高频损耗２、数字信号的传输特性闭路电视监控系统中，一般都采用双绞线来传输控制信号双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消双绞线可分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线通常，数字通信方式选用RS485总线RS485总线采用差分平衡电气接口，具有较强的抗电磁干扰能力数字信号传输过程中,信号反射造成的衰减比较大,并且产生波形畸变根据电磁理论，减少信号反射衰减的唯一途径就是阻抗匹配，如果按照总线型网络拓扑布线，阻抗匹配很容易实现，但如果是星型网络拓扑，在发送端串上与传输线特征阻抗相同的电阻（电阻值一般是驱动门输出内阻的5倍以上）就可以得到较高的发送电平接收的匹配阻抗是经５伏电源形成的，在阻抗匹配的同时减少了吸收功耗，这样既减少了信号的反射，又不会因为增加了匹配电阻吸收过多的信号功率，信号的电平阈值差变小。

二、常见的视频干扰分类及其成因闭路电视监控系统中常见的视频干扰可以概括为源干扰、终端干扰和传输干扰三类源干扰：即视频信号源内部，包括电源产生的干扰；终端干扰：终端设备，包括设备电源产生的干扰；传输干扰：传输过程中通过传输线缆引入的干扰，主要是电磁波干扰，包括地电位干扰等源干扰和终端干扰，都属于设备本身问题，对设备合理选型即可避免下面着重分析一下视频传输工程中的电磁干扰按照电磁干扰信号在视频传输终端的表现方式，可以分为以下几类：1、 工频干扰现象：监控图像中出现雪花噪点、网纹或很宽的横暗带且持续滚动 由于地电阻和电缆外皮电阻的存在，当前端摄像机与监控主机设备两端同时接地时，两地之间因电力系统各相负载的不平衡，或者接地方式不同而引起50Hz电位差，地电位使两接地端存在电压降，电压降加在屏蔽层两端并与大地（地电阻）构成回路并产生地电流，地电流经过线缆屏蔽层形成干扰电压，地电流的部分谐波分量落入视频芯线，致使芯线与屏蔽层之间产生干扰电位，使干扰信号叠加到视频信号中，对监控图像形成干扰2、 空间电磁波干扰（广播干扰）现象：监控图像中出现较密的斜形网纹，严重时会淹没图像空中架设监控电缆时，这时电缆本身就相当于一根很长的天线。

由于天线效应的结果，空间电磁波干扰信号所产生的空间电场会作用于监控传输线路，使线路两端而产生相当大的电磁干扰电压，其频率范围大约在200 Hz~2.3 MHz之间电缆中电位差的存在，使电缆屏蔽层产生干扰电流，而在一般情况下，前端摄像机与监控主机设备端均为接地状态，从而使干扰电流通过线缆两端接地点与大地形成回路，导致终端负载产生干扰电压，干扰信号耦合进视频信号中，对监控图像形成干扰3、 低频干扰（20HZ--n KHz低频噪声干扰）现象：监控图像中出现静止水平条纹 由于声音、数据等信号属于低频信号，其频带狭窄，在传输时只用到20Hz~nKHZ，几乎采用任何种类的电缆都可以传输，一般只受交流声干扰而用于传输视频信号的同轴电缆，通过观看其屏蔽层抗干扰特性曲线可以发现，干扰信号频率越高，电缆的屏蔽性能也越好，相反，对于诸如载波、有线电台等低频率信号干扰反而显得苍白无力低频干扰信号同样会在传输线缆上产生干扰电压，从而影响图像质量4、 高频干扰（高频噪声干扰）现象：监控图像中出现雪花点或高亮点同轴电缆在进行视频信号传输时，抗高频干扰性能要远高于抗低频干扰性能，但是，强高频信号仍然能对图像的传输产生干扰。

例如，大电感负载启停、变频机及高频机等在工作时，除了输出高强度基波外，同时还会产生高强度的二次谐波虽然谐波强度比基波低很多，但高次谐波频带很宽且成分复杂，所以基波的各次谐波都会对利用视频基带传输（即6MHZ带宽内）的视频信号造成不同程度的干扰5、 反射干扰现象：监控图像中出现重影视频信号在传输过程中，色度、亮度及饱和度都会有相应衰减当传输视频的同轴网络阻抗不匹配（也称失配）时，视频信号传输到终端会有部分色度、亮度及饱和度产生微反射，反射回来的信号会回到发射处形成再反射，然后与视频信号相叠加，经过延时和损耗到达终端多个反射信号将在接收端产生码间干扰（ISI），ISI会导致监视器收到错误的输入信号幅度和相位并显示出来6、 传输线路引起的干扰现象：监控图像中出现若干条间距相等的竖条纹，干扰信号的频率是行频的整数倍 视频传输线的质量不好，特别是屏蔽性能差，比如屏蔽网不是质量很好的铜线网或者屏蔽网过稀而不起作用，与此同时，这类视频线的线电阻过大，因而造成信号产生较大衰减此外，这类视频线的特性阻抗不是75Ω以及参数超标也是产生故障的原因之一三、 视频干扰的解决方法以上分析表明，设备成为干扰源的可能性很小。

因此，干扰主要是通过信号传输路径进入系统，即通过视频电缆和传输控制信号的双绞线耦合进系统产生干扰1、数字信号传输中的抗干扰措施实际工程应用中，RS485总线较强的抗电磁干扰能力并没有得到很好的应用问题往往出现在以下几个方面：①网络拓扑不合理，没按照总线型网络拓扑布线，成为事实上的星型拓扑②传输线与接收、发送端设备连接不正确，削弱了平衡线的抗干扰能力③没有采用屏蔽双绞线双绞线作为ＲＳ４８５传输线，对电磁感应噪声有较强的抑制能力，但对静电感应引起的噪声抑制能力较差，因此，ＲＳ４８５传输线应该选用屏蔽双绞线并且，双绞线的屏蔽层要正确接地，这里讲的 “地”是驱动总线逻辑门的”地”，而不是”机壳地”、”保护地”但在工程实践中可以发现，许多设备上往往并没有给出接地连接端，这种情况下，可以引一条线将屏蔽层与驱动逻辑门集成电路的地相连2、视频信号传输中的抗干扰措施视频信号的干扰在图像上主要表现为雪花点和５０ＨＺ横纹滚动雪花点干扰主要是由于传输线上的信号衰减以及耦合了高频干扰所致，这种干扰比较容易消除：在前端摄像机与控制矩阵之间的合理位置上增加一个视频放大器，将视频信号的信噪比提高，或者改变视频电缆的敷设路径，避开高频干扰源，高频干扰的问题基本上可以得到解决。

较难解决的是５０ＨＺ横纹滚动及进一步加入的高频干扰的情况根据电磁学理论，视频电缆的屏蔽层完全可以消除５０ＨＺ工频干扰由此可以推断，这部分干扰不是通过视频电缆耦合过来，而是来自电源线和不合理的视频线联结因为高频干扰的频带仍在８ＭＨＺ以内，采用空隙率为５０％左右的屏蔽网可基本消除高频干扰，但要达到５０％的空隙率屏蔽网根数需每个波长长度有６０根以上，这样高的密度又会使电缆的柔韧性下降，因此，比较好的方法就是采用带有双层屏蔽的视频电缆视频电缆屏蔽层做好接地后，如果视频信号 “地”与显示器的”地”相对”电网地”的电位不同，即两处接地点相对电网”地”的电压差不同，那就通过电源在摄像机与显示器之间形成了一个电源回路，这样５０ＨＺ的工频干扰就会进入显示器中从电气联接可以看出消除５０ＨＺ工频干扰方法有两种，一种是使各处的”地”电位与”电网地”的电位差完全相同由于工程环境比较复杂，使各处”地”完全等电位会比较困难，因此，只能通过加大摄像机供电线缆的线径，尽可能降低地回路的电阻另一种是采用切断地环流回路的方法，在摄像机或显示器端有一端不接地（通常在显示器端不接供电电源的地），这样虽不能完全消除干扰，但可大大减少５０ＨＺ的工频干扰。

以上分析说明，如果电源线上耦合上高频噪声，即使视频电缆的屏蔽再好，也会将噪声送至显示器，因此摄像机的供电电源线最好也要屏蔽，上述措施需要在工程设计和施工时就要全面考虑才能实现如果在系统调试时发现干扰仍然存在，可采用调制和解调的方法将噪声滤除：在摄像机端设一台调制器，将视频信号搬移到几十兆赫兹的频段上，在显示器端设一低通滤波器，将低于８MＨＺ的信号全部滤除，再经过解调将视频图像还原3、供电方式的选用闭路电视监控系统的供电方式只有两种：一种是集中供电方式，即电源都引自一处，另一种是分布式供电，即在摄像机的安装位置附近就近取电从抗干扰效果的角度讲，集中供电方式更好一些，可以基本消除各处参考电位不等的情况 。