系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與評估技術(shù)

一、為何系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)很重要

首先說明電磁兼容性和電磁兼容性試驗(yàn)。電磁兼容性是基于對電磁發(fā)射的控制和電磁敏感的防護(hù)，實(shí)現(xiàn)軍用裝備的正常工作。通常電磁兼容性要求包括電磁發(fā)射要求和敏感要求，其中電磁發(fā)射應(yīng)不超過極限值要求，電磁敏感應(yīng)不低于極限值要求。電磁兼容問題非常復(fù)雜，混合了非常多的因素，即便是直流情況下，也有電場和磁場。隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，問題復(fù)雜性將呈指數(shù)形式上升。電磁發(fā)射和電磁敏感以場和波的形式存在于軍用裝備中，如同經(jīng)絡(luò)，所以隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，電磁兼容性問題的復(fù)雜性呈指數(shù)上升。一個(gè)產(chǎn)品的電磁兼容性是否達(dá)到要求，將通過測試進(jìn)行驗(yàn)證。電磁兼容的問題和散射問題、隱身問題、天線問題的最大區(qū)別是它是近場和準(zhǔn)近場問題，電磁兼容性試驗(yàn)是一種近場和準(zhǔn)近場測試，測試傳感器主要為探頭和天線。如圖是典型的電磁兼容性測試屏蔽室。

系統(tǒng)級是相對設(shè)備而言。我們知道設(shè)備電磁兼容性測試中被試品是單一設(shè)備或分系統(tǒng)，其設(shè)備構(gòu)成、線纜數(shù)量、耦合關(guān)系相對簡單。而系統(tǒng)級則包括了單實(shí)體系統(tǒng)和多實(shí)體系統(tǒng)，也包括無人機(jī)系統(tǒng)這類分布在地面和空中的系統(tǒng)。系統(tǒng)級層面電磁兼容性試驗(yàn)還需面對相對設(shè)備級復(fù)雜得多的線纜測試問題。更進(jìn)一步，系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)還要考慮對使用環(huán)境的適應(yīng)性，包括艦面環(huán)境和編隊(duì)環(huán)境等。為什么系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)要考慮艦面適應(yīng)性和編隊(duì)及戰(zhàn)場電磁環(huán)境適應(yīng)性呢？因?yàn)檠兄瓶傄髮ρb備提出的功能性能要求是適用于裝備使用工況，所以對有艦載和編隊(duì)使用要求的裝備，在系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)中就應(yīng)考核此性能。不言而喻，如此復(fù)雜的試驗(yàn)，必須進(jìn)行周密的設(shè)計(jì)。那么系統(tǒng)級電磁兼容性與戰(zhàn)場電磁環(huán)境適應(yīng)性之間是什么關(guān)系呢？為此下面介紹電磁兼容性相關(guān)基本概念。尤其是說明電磁發(fā)射和電磁敏感是被試品的固有屬性。并因此電磁環(huán)境適應(yīng)性、電磁環(huán)境效應(yīng)、電磁兼容性、電磁干擾之間的五大關(guān)系。

二、與系統(tǒng)級電磁兼容性相關(guān)的基本概念

系統(tǒng)級電磁兼容性在GJB 72A中定義為：執(zhí)行或保障某項(xiàng)工作任務(wù)的若干設(shè)備、分系統(tǒng)、專職人員及技術(shù)的組合。一個(gè)完整的系統(tǒng)除包括有關(guān)的設(shè)施、設(shè)備、分系統(tǒng)、器材和輔助設(shè)備外，還包括操作人員。GJB 1389是對系統(tǒng)級電磁兼容性的要求，而GJB 1389源自美軍標(biāo)的MIL-STD 464，即系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)要求。2002年美軍頒布的系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)要求GJB1389A中，共有14項(xiàng)相關(guān)要求，包括我們熟知的系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性（即自兼容）要求，和設(shè)備分系統(tǒng)電磁發(fā)射和電磁敏感要求。綜上所述，嚴(yán)格講要求就是要求（第一大關(guān)系：系統(tǒng)級電磁兼容性與系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)的關(guān)系），除常規(guī)的設(shè)備分系統(tǒng)電磁發(fā)射和電磁敏感要求、系統(tǒng)內(nèi)自兼容要求外，還包括戰(zhàn)場電磁環(huán)境效應(yīng)要求，如友方和敵方射頻電磁環(huán)境效應(yīng)要求，甚至包括威脅毀傷環(huán)境效應(yīng)要求，如電磁脈沖效應(yīng)要求等；防信息泄漏要求；防止被過早發(fā)現(xiàn)的電磁發(fā)射控制要求；頻譜兼容要求等。2010年，美軍標(biāo)又將MIL-STD 464更新為C版，其中有兩項(xiàng)變化值得關(guān)注，一是增加了高功率微波效應(yīng)要求；二是將頻譜兼容升級為電磁頻譜支持要求。

這張圖反映了電磁環(huán)境效應(yīng)的發(fā)展沿革：從以地面作戰(zhàn)為主的常規(guī)電磁頻譜管理，發(fā)展到以全球作戰(zhàn)為目的、考慮雷電和電磁脈沖等效應(yīng)的初期電磁環(huán)境效應(yīng)，到將電磁作為具有殺傷力武器，考慮射頻輻射對軍械、燃油、人員傷害，以及對電磁易損性和電子戰(zhàn)進(jìn)行充分防護(hù)的新電磁環(huán)境效應(yīng)?？梢钥闯?，電磁環(huán)境效應(yīng)已成為制電磁權(quán)的重要手段。

那么電磁環(huán)境效應(yīng)與電磁環(huán)境適應(yīng)性之間是什么關(guān)系呢（第二大關(guān)系：系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)與電磁環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)系）？美軍標(biāo)將電磁環(huán)境效應(yīng)、頻譜支持作為裝備對自然環(huán)境和非對抗戰(zhàn)場敵我電磁環(huán)境適應(yīng)能力，視其為生存的前提和作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。將對抗作為裝備對電子對抗環(huán)境適應(yīng)的能力，視其電子攻防的手段。我認(rèn)為，電磁環(huán)境適應(yīng)性應(yīng)由兩部分組成：一是自然環(huán)境和非對抗戰(zhàn)場敵我電磁環(huán)境適應(yīng)性，這是裝備生存前提和作戰(zhàn)基礎(chǔ)；二是電子對抗環(huán)境適應(yīng)性，這是電子攻防手段。如下圖所示：

我認(rèn)為，電磁環(huán)境效應(yīng)和電磁頻譜支持確保裝備具有“強(qiáng)健的體魄”，電子/光電對抗等使裝備具有“過人的技能”?？梢杂萌缦卤扔髡f明兩者的相互支撐作用：當(dāng)A、B兩人對抗博弈時(shí)，如果A具有強(qiáng)健的體魄，B相對A十分弱小，則A與B博弈時(shí)強(qiáng)健的A將具有明顯的優(yōu)勢，但如果弱小的B具有A不具備的的過人技能，B也可以取勝。但是，如果A既有強(qiáng)健的體魄又有過人的技能，即便B由過人的技能，A與B的博弈中，A將具有更大的優(yōu)勢。

隨著GJB 8848-2015國軍標(biāo)的頒布，GJB 1389A的試驗(yàn)考核將逐步實(shí)施。這里有必要分析GJB 1389A中15項(xiàng)要求電磁環(huán)境效應(yīng)中的內(nèi)涵以及相互之間的關(guān)系。經(jīng)過長期的研究，我認(rèn)為可以將GJB 1389A中的15項(xiàng)要求分為五大類：1）自兼容要求；2）抗預(yù)期電磁環(huán)境干擾要求；3）適應(yīng)自然環(huán)境要求；4）實(shí)戰(zhàn)及毀傷環(huán)境要求；5）實(shí)戰(zhàn)能力和持續(xù)實(shí)戰(zhàn)能力要求。下面依次進(jìn)行分析：

對于集偵察、探測、通信、導(dǎo)航、干擾、打擊于一體的信息化裝備，首先由于高靈敏度接收設(shè)備、大功率發(fā)射設(shè)備共處同一平臺(tái)，其自身的電磁干擾特性和電磁兼容性要求是面臨的首要問題，分別對應(yīng)GJB 1389A-2005中設(shè)備分系統(tǒng)級EMI和系統(tǒng)內(nèi)EMC兩項(xiàng)要求；

其次，由于偵察、探測、通信、導(dǎo)航設(shè)備均要求應(yīng)在預(yù)期電磁環(huán)境下具備偵察、探測、通信、導(dǎo)航戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)要求的功能性能，因此其抗預(yù)期電磁環(huán)境干擾的能力是第二個(gè)需要面對的問題，分別對應(yīng)GJB 1389A-2005中安全裕度、外部射頻電磁環(huán)境、電磁輻射危害三項(xiàng)要求；

第三，作為直接暴露在實(shí)際環(huán)境中的裝備，應(yīng)對雷電、靜電等自然環(huán)境是不可忽視的問題，分別對應(yīng)GJB 1389A-2005中雷電、電搭接、外部接地、靜電電荷控制等四項(xiàng)要求；

第四，作為以軍事應(yīng)用為主要用途的裝備，確保對抗環(huán)境下的生存力是裝備具備實(shí)戰(zhàn)能力的關(guān)鍵，分別對應(yīng)GJB 1389A-2005中電磁脈沖、防信息泄漏、發(fā)射控制、高功率微波四項(xiàng)要求 ；

第五，對于具備實(shí)戰(zhàn)能力和持續(xù)實(shí)戰(zhàn)能力的裝備，GJB 1389A-2005中進(jìn)一步提出了全壽命期電磁環(huán)境效應(yīng)控制和電磁頻譜支持要求，其目的是控制使用區(qū)域中電子設(shè)備的電磁發(fā)射即對電磁頻譜的非正常占用，確保有更多的電磁頻譜資源可以被主動(dòng)調(diào)控。

我們認(rèn)真的分析了美軍標(biāo)為什么認(rèn)為通過這15項(xiàng)電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)就可以達(dá)到戰(zhàn)場電磁環(huán)境適應(yīng)性，結(jié)論是從裝備效應(yīng)出發(fā)。通過對戰(zhàn)場電磁環(huán)境的特征進(jìn)行研究，戰(zhàn)場電磁環(huán)境是可以分為這15個(gè)基本的要素，而且這種分解是從物理屬性上的分解，無論是發(fā)射信號，還是接收信號，都是可標(biāo)定、可重復(fù)的，我們得到這個(gè)結(jié)論，是基于我們對151和461的研究。不論是美軍標(biāo)461還是國軍標(biāo)151，都是希望實(shí)現(xiàn)設(shè)備分系統(tǒng)的電磁兼容性，但兩類標(biāo)準(zhǔn)中都是從物理屬性上對電磁發(fā)射和電磁敏感即EMI提出了限值要求。并且是從物理屬性上對被試品進(jìn)行考核，不論是施加的信號還是檢測的信號，都強(qiáng)調(diào)具有可標(biāo)定、可重復(fù)性。

下面對設(shè)備分系統(tǒng)EMI和系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性的關(guān)系進(jìn)行分析。不知大家是否注意到，在GJB1389A中，對系統(tǒng)內(nèi)提出的是電磁兼容性要求，對分系統(tǒng)設(shè)備提出的是電磁干擾要求。這就需要了解什么是EMI和EMC（第三大關(guān)系：電磁干擾與電磁兼容性的關(guān)系）？

電磁干擾包括電磁發(fā)射和電磁敏感兩方面，是產(chǎn)品的固有屬性；在電磁敏感性中存在一個(gè)子集叫電磁易損性。電磁干擾和電磁易損性均與產(chǎn)品的電氣設(shè)計(jì)原理（電路設(shè)計(jì)中激勵(lì)源特性、非線性模塊特性、電路板布局及板上各部分之間的阻抗匹配特性等）、結(jié)構(gòu)、布局、工藝、加載條件等相關(guān)。電磁兼容性是基于自兼容的目標(biāo)對電磁干擾提出了極限值要求，只有滿足限值要求，才可以說是具有電磁兼容性的。電磁易損性特指可導(dǎo)致嚴(yán)重故障、性能下降、人員或產(chǎn)品受到安全威脅等的電磁敏感性。電磁易損性也是產(chǎn)品的固有屬性。與敏感性檢測一樣，采用掃頻的方法存在漏檢的風(fēng)險(xiǎn)，對于易損性而言，漏檢意味著嚴(yán)重的隱患。如圖就是電磁干擾和電磁兼容性。

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備分系統(tǒng)的電磁兼容性，國軍標(biāo)對每項(xiàng)電磁發(fā)射和電磁敏感測試都提出了限值要求。但請注意，定型試驗(yàn)采用的方法是檢測EMI特性的方法，所檢測出的電磁發(fā)射和電磁敏感特性，是與被試品設(shè)計(jì)原理、工藝、布局、結(jié)構(gòu)對應(yīng)的特性。所以，對于軍標(biāo)提出的限值要求，只有通過設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)落實(shí)到原理、工藝、布局、結(jié)構(gòu)中，才有可能滿足限值要求。

下面我們回答GJB 1389A-2005中為何對系統(tǒng)提出EMC要求，對設(shè)備分系統(tǒng)提出EMI要求。由于GJB 1389A是從系統(tǒng)級層面提出電磁兼容性要求，因此需以充分掌握組成系統(tǒng)的各分系統(tǒng)和設(shè)備的電磁發(fā)射及電磁敏感特性為基礎(chǔ)，才能優(yōu)化得到系統(tǒng)內(nèi)的電磁兼容性。就像班長在掌握了全班成員的特性后，才能使全班成為一個(gè)團(tuán)結(jié)且有戰(zhàn)斗力的群體一樣。我們稱之為電磁兼容性屬性構(gòu)成關(guān)系。這種“屬性構(gòu)成關(guān)系”同樣可以向下推廣到分系統(tǒng)、設(shè)備、電路板、器件等，向上擴(kuò)展到系統(tǒng)間、系統(tǒng)與環(huán)境間。即基于本層級構(gòu)成單元的基本屬性，優(yōu)化本層級的性能。接著說明電磁頻譜支持。電磁頻譜支持指不同產(chǎn)品之間能夠有效使用特定的頻率和帶寬，以確保在預(yù)期電磁環(huán)境中具備協(xié)同工作和發(fā)揮應(yīng)有效能的能力。與電磁頻譜管理不同的是，電磁頻譜支持采用主動(dòng)協(xié)同技術(shù)。這也充分說明了第四大關(guān)系：系統(tǒng)級電磁兼容性與戰(zhàn)場電磁環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)系。

綜上，電磁干擾和電磁環(huán)境效應(yīng)是裝備的固有屬性，電磁兼容性和電磁環(huán)境適應(yīng)性是對裝備提出了限值要求，通過測試可以檢測出裝備的電磁干擾和電磁環(huán)境效應(yīng)，但必須通過設(shè)計(jì)方能使被試品滿足極限值要求。

三、系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先，既然GJB 151、GJB 1389測試得到的是電磁干擾（EMI）和電磁環(huán)境效應(yīng)（E3），電磁兼容性（EMC）和電磁環(huán)境適應(yīng)性（EMA）只能通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，因此試驗(yàn)設(shè)計(jì)的第一個(gè)要點(diǎn)就是要以系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備設(shè)計(jì)過程為基礎(chǔ)。其次，由于GJB 1389A系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性以組成系統(tǒng)的各分系統(tǒng)和設(shè)備的電磁發(fā)射及電磁敏感特性為基礎(chǔ)，所以試驗(yàn)設(shè)計(jì)的第二個(gè)要點(diǎn)就是要以設(shè)備分系統(tǒng)電磁發(fā)射和電磁敏感測試結(jié)果為基礎(chǔ)。第三，由于現(xiàn)在裝備的形態(tài)已發(fā)展為多實(shí)體和地面空中協(xié)同；第四，并要適應(yīng)艦面電磁環(huán)境以及編隊(duì)及戰(zhàn)場電磁環(huán)境，所以試驗(yàn)設(shè)計(jì)的第三、四個(gè)要點(diǎn)就是要以裝備工況和功能性能為基礎(chǔ)，以實(shí)際使用電磁環(huán)境為基礎(chǔ)。

1、以系統(tǒng)、分系統(tǒng)/設(shè)備設(shè)計(jì)過程為基礎(chǔ)

上圖給出了系統(tǒng)、分系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)計(jì)研制過程中與電磁兼容性相關(guān)工作，包括研制總要求、系統(tǒng)級設(shè)計(jì)和設(shè)備分系統(tǒng)級設(shè)計(jì)。以設(shè)計(jì)過程為基礎(chǔ)，就是要全面梳理研制過程中與所有故障現(xiàn)象、故障歸零情況，并作為試驗(yàn)驗(yàn)證的重點(diǎn)內(nèi)容之一，寫入試驗(yàn)大綱，并將與故障現(xiàn)象對應(yīng)的功能性能作為敏感判據(jù)。

2、設(shè)備電磁發(fā)射和電磁敏感測試結(jié)果為基礎(chǔ)

如果對設(shè)備分系統(tǒng)提出的電磁發(fā)射和電磁敏感限值要求直接來自GJB151，且僅對設(shè)備單項(xiàng)試驗(yàn)是否滿足極限值進(jìn)行評估，卻未將功能性能作為判據(jù)、未將平臺(tái)是否正常工作作為判據(jù)，就會(huì)存在設(shè)備電磁兼容性與系統(tǒng)級電磁兼容性和系統(tǒng)級工況脫節(jié)的隱患。要想解決這個(gè)問題，建議首先要樹立梳理系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間干擾關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立干擾關(guān)聯(lián)矩陣。例如對軍用飛機(jī)，將與高靈敏接收設(shè)備有關(guān)聯(lián)關(guān)系的所有設(shè)備（與高靈敏度接收設(shè)備同時(shí)工作、頻段可能相互覆蓋）的RE102綜合比對，評估是否超出接收設(shè)備抗干擾容限。將與計(jì)算機(jī)類設(shè)備有關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)線纜屏蔽、搭接、端接阻抗等與CS114綜合比對，評估是否引發(fā)故障。

這里需要提醒一點(diǎn)，在對設(shè)備分系統(tǒng)提出電磁兼容性要求時(shí)，應(yīng)針對具體需求提出針對性的極限值要求，如果直接采用GJB151中的極限值，雖然具有合理性，但由于該機(jī)限制是通用要求，我們認(rèn)為它理解為類似在電路設(shè)計(jì)中對端口匹配阻抗的要求為50歐姆一樣，雖然合理，但并不是最優(yōu)要求。

綜上所述，設(shè)備分系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)是系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)大綱制定的重要依據(jù)之一。

3、裝備工況和功能性能為基礎(chǔ)

因?yàn)檠兄瓶傄髮ρb備提出的功能性能要求是適用于裝備使用工況，所以系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)中就應(yīng)以裝備的公開和功能性能為基礎(chǔ)。何為裝備的工況和功能性能呢？例如，機(jī)載導(dǎo)彈與機(jī)載超短波電臺(tái)同時(shí)工作，系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)中應(yīng)將導(dǎo)彈工況與機(jī)載超短波電臺(tái)工況的兼容性作為考核項(xiàng)。又如，保障信息互聯(lián)互通的機(jī)載數(shù)據(jù)鏈與機(jī)載大功率發(fā)射機(jī)同時(shí)工作，系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)中應(yīng)將大功率發(fā)射時(shí)數(shù)據(jù)鏈通信距離及誤碼率作為敏感判據(jù)。

4、以實(shí)際使用電磁環(huán)境為基礎(chǔ)

作戰(zhàn)區(qū)域的常態(tài)電磁環(huán)境、艦面不同設(shè)備工作時(shí)的電磁環(huán)境、不同裝備編隊(duì)使用時(shí)面臨的電磁環(huán)境，都可能引發(fā)裝備受到干擾。為此應(yīng)按照研制總要求明確提出的該裝備實(shí)際使用環(huán)境，采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并將實(shí)際使用環(huán)境中的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)要求的信號共同作為敏感性試驗(yàn)中的輸入信號（或注入信號）考核裝備適應(yīng)實(shí)際電磁環(huán)境的能力，實(shí)際電磁環(huán)境應(yīng)在大量實(shí)際采集數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理后給出。應(yīng)考慮不同設(shè)備（器件）對所處環(huán)境中不同性質(zhì)信號的不同敏感響應(yīng)，如對能量敏感的響應(yīng)、對瞬態(tài)激勵(lì)敏感的響應(yīng)等，應(yīng)依據(jù)設(shè)備的響應(yīng)特征采取不同的測試設(shè)備及測試方法采集電磁環(huán)境數(shù)據(jù)。

下面以具體實(shí)例來說明系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)設(shè)計(jì)。通常需進(jìn)行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)應(yīng)包括科研階段摸底試驗(yàn)和設(shè)計(jì)定型試驗(yàn)。

實(shí)例1：研制全過程電磁兼容性科研摸底試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

如下圖所示，科研摸底試驗(yàn)應(yīng)涵蓋從芯片到電路板、到設(shè)備級、分系統(tǒng)級、系統(tǒng)級和多系統(tǒng)級。

電磁兼容性科研試驗(yàn)應(yīng)從芯片開始，且設(shè)備級和分系統(tǒng)級的試驗(yàn)內(nèi)容豐富。電磁易損性試驗(yàn)是各個(gè)環(huán)節(jié)都嚴(yán)重關(guān)切的試驗(yàn)。這一點(diǎn)與2016年新頒布的美軍標(biāo) MIL-STD-461G十分吻合。MIL-STD-461G中還將將原來只在系統(tǒng)級中才要求的雷電試驗(yàn)，下沉到設(shè)備分系統(tǒng)要求中，并提出了靜電要求。關(guān)于設(shè)備級電磁兼容性試驗(yàn)，還應(yīng)特別關(guān)注我國新頒布的151B中CE107、CS102和CS106三項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容。

實(shí)例2：某武器系統(tǒng)的系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將該武器系統(tǒng)的全任務(wù)過程分解為探測-發(fā)射-測控-打擊-評估，全信息鏈路分解為雷達(dá)、導(dǎo)引頭、指令線、指控通信、引信。抽象地說，將整個(gè)鏈路分解為若干單元，對每個(gè)單元的電磁環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行測試，對各單元的集成關(guān)系進(jìn)行構(gòu)建。根據(jù)研制總要求中要求的各種想定，在內(nèi)場構(gòu)建鏈路組成環(huán)境，實(shí)施遍歷性試驗(yàn)，并在外場對內(nèi)場獲取的典型剖面進(jìn)行驗(yàn)證。

實(shí)例3：無人機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

由于該試驗(yàn)涉及地面和空中的超視距射頻問題，所以試驗(yàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要包括如下4個(gè)方面：定位敏感體：此處為無人機(jī)；確保超視距工況；真實(shí)傳播模型；分析空間存在的干擾。試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮：

1）多個(gè)實(shí)體中誰應(yīng)放置在標(biāo)準(zhǔn)測試場地上，原因是什么？

2）如何設(shè)置測控站-衛(wèi)星-飛機(jī)的試驗(yàn)鏈路上信號衰減，否則無法客觀測出無人機(jī)系統(tǒng)的電磁環(huán)境效應(yīng)？

3）如何阻斷無人機(jī)與測控站間的耦合效應(yīng)，否則試驗(yàn)不真實(shí)？

4）如何構(gòu)建無人機(jī)工作區(qū)域的電磁環(huán)境？

四、系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)評估重點(diǎn)及難點(diǎn)

前面提到的系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)設(shè)計(jì)的4個(gè)要點(diǎn)，在一定層面上決定了我們的試驗(yàn)評估方法應(yīng)關(guān)注的問題即重點(diǎn)和難點(diǎn)。首先針對系統(tǒng)、分系統(tǒng)/設(shè)備設(shè)計(jì)過程檢查，通過相互干擾檢查試驗(yàn)以及敏感性試驗(yàn)，檢測設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題是否有效解決，評估歸零方案對功能性能是否帶來新的影響，評估在系統(tǒng)級實(shí)際工作環(huán)境下的歸零方案的穩(wěn)健性；對于難以實(shí)施試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案，如何實(shí)施驗(yàn)證評估（如全機(jī)雷電設(shè)計(jì)、全機(jī)搭接設(shè)計(jì)等）。

接著針對設(shè)備/分系統(tǒng)電磁發(fā)射和電磁敏感測試結(jié)果分析，解析GJB 151規(guī)定的設(shè)備分系統(tǒng)級試驗(yàn)方法的適用性；梳理設(shè)備分系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。

1、GJB 151設(shè)備分系統(tǒng)級試驗(yàn)方法存在以下幾個(gè)問題：1）電磁敏感性后門試驗(yàn)。實(shí)際測試難以在空域、頻域、時(shí)域全覆蓋；軍標(biāo)要求RS103測試7851頻點(diǎn) （@40GHz）、6254頻點(diǎn)（@18GHz），CS114測試2183頻點(diǎn) （@10kHz-400MHz）。敏感性是否得到全部排查，軍用飛機(jī)是否存在未知薄弱環(huán)節(jié)。2）電磁敏感性前門接收天線。設(shè)備、分系統(tǒng)級輻射敏感度試驗(yàn)不含接收天線，實(shí)際使用時(shí)含接收天線；CS103、CS104、CS105試驗(yàn)雖考核了接收機(jī)的交互調(diào)等，卻未考核通過天線進(jìn)入到接收機(jī)帶內(nèi)的干擾。從天線進(jìn)入到接收機(jī)帶內(nèi)導(dǎo)致的敏感性問題是否被有效排查，是否存在未知薄弱環(huán)節(jié)。3）電磁易損性是否被有效排查。單頻點(diǎn)測試無法有效排查易損點(diǎn)，對于單頻點(diǎn)、模擬信號形式，在充斥各種制式信號電磁環(huán)境，通過了電磁兼容性測試的系統(tǒng)，而在實(shí)際工作中還會(huì)出現(xiàn)敏感現(xiàn)象。4）GJB/GB規(guī)定的線纜敏感性測試信號太理想。根據(jù)NASA給出的數(shù)據(jù)，60%電磁兼容性問題都與線纜有關(guān)，GJB 151中線纜敏感性相關(guān)試驗(yàn)非常理想，不能滿足實(shí)際射頻系統(tǒng)工作時(shí)的線纜狀態(tài)，導(dǎo)致許多實(shí)際裝備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的電磁干擾問題，無法在地面電磁兼容性試驗(yàn)中被檢測。為解決此問題，北航電磁兼容技術(shù)研究所自主研制了多頻電磁傳導(dǎo)敏感性測試設(shè)備，已在實(shí)際裝備電磁干擾問題檢測中發(fā)揮了重要作用，實(shí)施效果顯著。

2、梳理設(shè)備分系統(tǒng)級電磁兼容性試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。數(shù)十個(gè)型號單項(xiàng)試驗(yàn)合格率的統(tǒng)計(jì)顯示，電磁發(fā)射不合格率最高，達(dá)到49%，而大量設(shè)備超標(biāo)，使全頻段噪底抬升。那么什么是導(dǎo)致設(shè)備電磁發(fā)生超標(biāo)的主要原因呢？我們認(rèn)為一是設(shè)計(jì)是否落實(shí)到設(shè)備的原理、工藝、結(jié)構(gòu)、布局等，二是研制過程是否有效遵循設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)有電磁兼容性國軍標(biāo)GJB 1389A和GJB 151B均未對研制過程提出控制要求，從目前的現(xiàn)狀一般可以認(rèn)為目前這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要是在試驗(yàn)測試時(shí)發(fā)揮了重要作用。對研制過程提出控制要求的國軍標(biāo)是 GJB/Z 17《軍用裝備電磁兼容管理指南》，但該標(biāo)準(zhǔn)定性要求要求多，定量要求少。為了有效控制研制過程產(chǎn)品的電磁兼容性質(zhì)量，我國新頒布了GJB/Z 170-2013《軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型文件編制要求》，其中第14部分為電磁兼容性評估報(bào)告。該標(biāo)準(zhǔn)從出口（設(shè)計(jì)定型）倒逼研制過程，旨在控制和規(guī)范研制過程的電磁兼容工作程序和工作內(nèi)容。該標(biāo)準(zhǔn)是在長期分析我國裝備研制實(shí)際情況的基礎(chǔ)上編制的，其中制定了裝備研制各階段電磁兼容性的詳實(shí)評估要求。該標(biāo)準(zhǔn)中涵蓋了方案階段的要求制定、指標(biāo)分解和設(shè)計(jì)建模，工程研制階段包括對系統(tǒng)級的8項(xiàng)評估要求和對設(shè)備/分系統(tǒng)級的7項(xiàng)評估要求；設(shè)計(jì)定型階段，對試驗(yàn)中問題的說明、原因的分析和改進(jìn)性設(shè)計(jì)等。這里還特別想介紹一下北航電磁兼容研究所提出的電磁干擾源準(zhǔn)確定位技術(shù)。通常在產(chǎn)品后期出現(xiàn)電磁發(fā)射超標(biāo)和電磁敏感問題，往往定位干擾源、排查耦合通道、剖析敏感機(jī)理、消除干擾問題十分困難，為此北航電磁兼容技術(shù)研究所在七年研究實(shí)踐基礎(chǔ)上，形成了一套與平臺(tái)工況結(jié)合、從平臺(tái)層面測試數(shù)據(jù)入手、分析發(fā)射特征如基頻重頻帶寬等、篩查主要干擾設(shè)備、在設(shè)備層面比較能量超差、將篩查出的主要干擾設(shè)備按干擾強(qiáng)弱排序等系統(tǒng)性技術(shù)方法和手段（含設(shè)備），為以較小的代價(jià)快速解決電磁干擾問題探索了新的途徑。該方法的基本思路已寫在由國防工業(yè)出版社出版的《系統(tǒng)級電磁兼容性量化設(shè)計(jì)理論與方法》專著中。下圖為該方法在某無人裝備電磁兼容性伴隨式檢測試驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)例。

3、針對裝備工況和功能性能測試，電磁兼容性試驗(yàn)需干凈電磁環(huán)境，所以通常在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行。但屏蔽室內(nèi)無法實(shí)施系統(tǒng)級動(dòng)態(tài)測試，因此需要解決：1）外場因環(huán)境噪聲與被試品電磁發(fā)射混為一體，影響測試數(shù)據(jù)的客觀性；2）測試系統(tǒng)自身電磁發(fā)射與被試品電磁發(fā)射混為一體，影響測試數(shù)據(jù)客觀性。目前我國已自主建成了開闊場-系統(tǒng)級電磁兼容性測試系統(tǒng)，可以完成大型裝備（包括多實(shí)體裝備）系統(tǒng)級動(dòng)態(tài)電磁兼容性試驗(yàn)。經(jīng)第三方檢測，該開闊場-系統(tǒng)級電磁兼容性測試系統(tǒng)自身電磁噪聲極低，可以消除開闊場中緩變電磁干擾，具備了外場輻射發(fā)射測試能力。

4、針對實(shí)際使用電磁環(huán)境試驗(yàn)，地面空中系統(tǒng)、編隊(duì)?wèi)?zhàn)場環(huán)境中需要多種技術(shù)的結(jié)合，包括電磁環(huán)境采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、模擬構(gòu)建技術(shù)等。

五、結(jié)束語

最后對本報(bào)告進(jìn)行總結(jié)：首先系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)很重要，電磁發(fā)射、電磁敏感及電磁環(huán)境效應(yīng)是固有屬性，電磁兼容性和電磁環(huán)境適應(yīng)性是設(shè)計(jì)出來的，系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)要充分考慮四大關(guān)系：電磁兼容性與戰(zhàn)場電磁環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)系，設(shè)備分系統(tǒng)電磁干擾特性與系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性的關(guān)系，系統(tǒng)級電磁兼容性與系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)的關(guān)系，系統(tǒng)級電磁環(huán)境效應(yīng)與系統(tǒng)級電磁環(huán)境適應(yīng)性之間的關(guān)系。

作者簡介：蘇東林 北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任北航電磁兼容技術(shù)研究所所長

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