魏建峰,靳秋紅,陳文海

(西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所,西安 710065)

0 引言

隨著科技水平的發(fā)展、高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及軍隊現(xiàn)代化建設(shè)的持續(xù)推進(jìn),武器裝備的數(shù)字化、信息化程度有了大幅的提高,功能和性能有了質(zhì)的的飛躍。但是,與此同時,隨著武器系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高,電磁兼容問題的復(fù)雜性也呈指數(shù)形式上升,并成為影響裝備作戰(zhàn)能力提升的關(guān)鍵因素。其原因主要是一方面戰(zhàn)場電磁環(huán)境愈來愈復(fù)雜,多類型高密度的時域、頻域電磁信號互相疊加,互相影響,電磁環(huán)境的不確定性導(dǎo)致采取的電磁兼容針對性措施受到了挑戰(zhàn)[1];另一方面產(chǎn)品本身大量應(yīng)用了大功率、寬頻帶、大規(guī)模集成電路的電子產(chǎn)品,體積減小,重量減輕,但同時卻限制了處理電磁兼容問題所需要的濾波、屏蔽和抗浪涌等措施所必須的條件和空間[2]。因此,提升武器裝備性能的同時,必須重視武器裝備所面對的電磁兼容問題,采取必要的措施予以應(yīng)對。

通常,設(shè)備級產(chǎn)品都按GJB151B—2013進(jìn)行電磁兼容試驗,但即使系統(tǒng)內(nèi)的每個設(shè)備都通過了電磁兼容試驗,并不能必然保證系統(tǒng)級電磁兼容試驗一定通過。這主要是因為設(shè)備級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)級產(chǎn)品則涉及到設(shè)備或分系統(tǒng)之間的電纜連接、空間耦合、系統(tǒng)接地等系統(tǒng)級的問題,不是每個部件能夠獨立解決的,因此,為了驗證武器裝備的系統(tǒng)電磁兼容性能,有必要對武器系統(tǒng)的電磁兼容性進(jìn)行研究、評估和試驗[3-6]。文中基于對GJB1389A—2005相關(guān)要求的理解,結(jié)合項目實際,提出了某型導(dǎo)彈發(fā)射車系統(tǒng)級電磁兼容試驗的方法。

1 某型導(dǎo)彈發(fā)射車特點分析

某型導(dǎo)彈發(fā)射車,主要遂行用導(dǎo)彈攻擊地面坦克、裝甲車輛、防御工事和低空直升機等作戰(zhàn)任務(wù),其主要特點有三。首先,發(fā)射車系統(tǒng)組成非常復(fù)雜,設(shè)備眾多,集偵察、指揮和打擊于一體,因此既有頻率復(fù)雜的通信設(shè)備,也有功率很大的伺服控制設(shè)備,發(fā)射車工作電源供電形式多樣,既可以由車載自發(fā)電裝置產(chǎn)生,也可以外接市電,還可以由蓄電池提供電源,電磁干擾和電磁輻射控制難度很大。其二,系統(tǒng)綜合化信息化程度高。系統(tǒng)采用高度集成化綜合設(shè)計,中央任務(wù)處理機負(fù)責(zé)指揮控制、火力分配、模型解算和火力攻擊等任務(wù),多級總線系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)和視頻信息共享,保證系統(tǒng)各設(shè)備間的協(xié)同工作;中央任務(wù)處理機和總線系統(tǒng)是發(fā)射車系統(tǒng)的核心,也是電磁兼容設(shè)計的重點,一旦處理不好,對系統(tǒng)的影響將是致命的。第三,系統(tǒng)配置靈活,工作模式多樣,發(fā)射車既可以獨立工作在某種模式,又可以工作在多種工作組合模式,既可以單發(fā)攻擊,也可以連續(xù)攻擊,既可以間瞄射擊,也可以自主偵察自主作戰(zhàn)。工作模式的多樣化,同時也表明系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間干擾關(guān)聯(lián)關(guān)系的多樣化,電磁兼容試驗方法的設(shè)計必須以此不同使用工況為基礎(chǔ),進(jìn)行全面分析和考核。

2 系統(tǒng)電磁兼容試驗必要條件

2.1 確定分系統(tǒng)和各設(shè)備狀態(tài)

在進(jìn)行發(fā)射車系統(tǒng)電磁兼容試驗前,組成系統(tǒng)的各分系統(tǒng)和各設(shè)備應(yīng)經(jīng)過產(chǎn)品調(diào)試、驗收,滿足設(shè)計技術(shù)要求,其硬件軟件狀態(tài)已經(jīng)固化,各分系統(tǒng)和各設(shè)備應(yīng)通過GJB151B—2013規(guī)定的相應(yīng)項目的電磁兼容試驗考核,或個別項目未通過但經(jīng)評估對系統(tǒng)自兼容影響不大的設(shè)備,也可以參加系統(tǒng)電磁兼容試驗。

2.2 確定系統(tǒng)級電磁兼容試驗大綱

在進(jìn)行系統(tǒng)電磁兼容試驗前,首先需要根據(jù)GJB1389A—2005的要求,結(jié)合訂購方需求以及項目實際,經(jīng)過適當(dāng)裁減或增加,確定系統(tǒng)級電磁兼容試驗項目;其次,針對具體項目,要明確切實可行的試驗方法,發(fā)射車系統(tǒng)的各種供電方式、各種工作模式和各種實際使用狀態(tài),防止電磁兼容試驗時避重就輕,錯測漏測現(xiàn)象的發(fā)生;第三,應(yīng)編制系統(tǒng)級電磁兼容試驗大綱并應(yīng)通過評審,試驗大綱是試驗的依據(jù)。

2.3 試驗要以實際使用環(huán)境為基礎(chǔ)

作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)導(dǎo)彈發(fā)射車的常態(tài)電磁環(huán)境以及不同裝備編配使用時面臨的電磁兼容環(huán)境,都有可能引發(fā)設(shè)備間的相互干擾。因此,要盡可能的采集可能遇到的實際戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù),經(jīng)過統(tǒng)計處理,必要時將其和標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)據(jù)作為共同的敏感性試驗中的注入信號,以考核導(dǎo)彈發(fā)射車適應(yīng)實際電磁環(huán)境的能力。

2.4 對測試工裝要采取隔離措施

導(dǎo)彈發(fā)射車工作時,有時需要模擬一些外部輸入,包括目標(biāo)信息、外接工作電源以及模擬指揮或模擬偵察設(shè)備等,同時發(fā)射車輸出的一些數(shù)據(jù)或參數(shù)也需要進(jìn)行檢測,以判斷發(fā)射車工作狀態(tài)。但是這些輸入輸出設(shè)備有可能因自身原因?qū)е卤粶y系統(tǒng)無法通過系統(tǒng)電磁兼容試驗,因此,有必要對測試工裝和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行隔離。

3 系統(tǒng)電磁兼容試驗項目

某型導(dǎo)彈發(fā)射車系統(tǒng)級電磁兼容試驗,主要進(jìn)行系統(tǒng)輻射安全裕度、系統(tǒng)傳導(dǎo)安全裕度、系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性、外部射頻電磁環(huán)境、靜電電荷控制、電磁輻射危害、電搭接和復(fù)雜電磁環(huán)境等八項試驗,具體內(nèi)容如表1所示。

表1 系統(tǒng)電磁兼容試驗項目

4 系統(tǒng)電磁兼容試驗方法

4.1 系統(tǒng)輻射安全裕度

對于安全或者完成任務(wù)有關(guān)鍵影響的功能,系統(tǒng)應(yīng)具有至少6 dB的安全裕度;對于確保系統(tǒng)安全的裝置至少應(yīng)具有16.5 dB的安全裕度[7]。

首先,試驗選取發(fā)射車內(nèi)部左右兩側(cè)和后部3個位置進(jìn)行測試,所有設(shè)備和分系統(tǒng)加電工作,電臺處于全功率發(fā)射狀態(tài),敵我識別系統(tǒng)處于詢問狀態(tài),測量時天線盡可能對準(zhǔn)測試位置,測量10 kHz～18 GHz頻率范圍內(nèi)發(fā)射車不同測試位置的實際電場強度E0。

然后所有系統(tǒng)和設(shè)備加電工作,按照干擾電場E1=E0+6 dB,使用重復(fù)頻率1 kHz、占空比50%脈沖進(jìn)行調(diào)制,對各測試點進(jìn)行照射,并用場強監(jiān)測儀進(jìn)行監(jiān)測,觀察系統(tǒng)運行過程中是否敏感。

4.2 系統(tǒng)傳導(dǎo)安全裕度

首先,所有設(shè)備和分系統(tǒng)加電工作,電臺處于全功率發(fā)射狀態(tài),敵我識別系統(tǒng)處于詢問狀態(tài),測量400 mHz～10 kHz頻率范圍內(nèi)發(fā)射車各設(shè)備所有供電電纜的最大傳導(dǎo)發(fā)射電流I0;

然后根據(jù)關(guān)鍵性分類,對電磁兼容性可能導(dǎo)致有可能危及生命、可能嚴(yán)重阻礙任務(wù)執(zhí)行、耽誤發(fā)射或大大降低系統(tǒng)有效性的設(shè)備和分系統(tǒng),按照干擾電流I1=I0+16.5 dB,使用重復(fù)頻率1 kHz、占空比50%脈沖進(jìn)行調(diào)制,注入到相應(yīng)的電源線;對電磁兼容性可能導(dǎo)致降低系統(tǒng)有效性,從而影響任務(wù)完成的分系統(tǒng)和設(shè)備,按照干擾電流I1=I0+6 dB,使用重復(fù)頻率1 kHz、占空比50%脈沖進(jìn)行調(diào)制,注入到相應(yīng)的電源線;

系統(tǒng)在全功率、各種模式狀態(tài)下按照系統(tǒng)工作流程工作,監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中是否敏感。

4.3 系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性

系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容的要求是系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備同時工作時應(yīng)無相互干擾的現(xiàn)象,發(fā)射車應(yīng)能完成既定的功能和性能要求。試驗時,所有分系統(tǒng)和設(shè)備按照工作狀態(tài)進(jìn)行連接,全部正常上電工作,系統(tǒng)要分別在各種工作狀態(tài)、各種工作模式和各種功率狀態(tài)下進(jìn)行工作,電臺處于全功率發(fā)射、敵我識別處于詢問狀態(tài),試驗過程中檢查所有分系統(tǒng)和設(shè)備是否在工作時對其他設(shè)備和系統(tǒng)有影響,觀察系統(tǒng)工作狀態(tài),記錄相互干擾現(xiàn)象。

系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容的還需要考核的試驗項目是電源線瞬變,要求持續(xù)時間小于50 μs的電壓瞬變不應(yīng)超過額定直流電壓的150%[7]。試驗時,所有分系統(tǒng)和設(shè)備按照工作狀態(tài)進(jìn)行連接,全部正常上電工作后,手動操作電源配電箱輸入電源開關(guān)通斷,操控發(fā)射裝置調(diào)轉(zhuǎn),觀瞄儀桅桿升降,測量電源配電箱輸入電源電纜上的電壓瞬變的最大值。

4.4 外部射頻電磁環(huán)境

發(fā)射車系統(tǒng)功能和性能應(yīng)與規(guī)定的外部射頻電磁環(huán)境兼容。試驗時選取發(fā)射車外前、后、左、右各1 m四個測試位置,測試天線對準(zhǔn)被測設(shè)備中心放置。按照發(fā)射車實際工作狀態(tài)連接所有分系統(tǒng)和設(shè)備,所有設(shè)備加電正常工作,電臺處于全功率發(fā)射狀態(tài),系統(tǒng)按照正常工作流程工作,在10 kHz～40 GHz頻率范圍內(nèi)施加不同強度的干擾電場,使用重復(fù)頻率1 kHz、占空比50%脈沖進(jìn)行脈沖調(diào)制,對各測試點進(jìn)行照射,試驗過程中觀察發(fā)射車是否敏感。試驗時施加場強的大小如表2所示。對30 MHz以上頻率,發(fā)射天線要按水平極化、垂直極化兩種方式分別進(jìn)行試驗。

4.5 靜電電荷控制

發(fā)射車系統(tǒng)應(yīng)消除各種電荷產(chǎn)生機理引起的靜電電荷積累,防止造成可能的人員和軍械危害。試驗時采用GB/T17626.2中第8條的試驗程序進(jìn)行,靜電放電點主要選擇與人員操控有關(guān)的區(qū)域,包括發(fā)射車乘員經(jīng)常接觸的顯示器外殼、電連接器外殼和開關(guān)鍵盤人員操作部位,具體方法是對于金屬導(dǎo)電部分采用接觸放電方式,使用尖端放電頭,等級8 kV,對于絕緣表面或塑料接觸件采用空氣放電,等級15 kV,使用圓形電極頭,每點正負(fù)極放電各10次,放電利用500 pF電容器通過一個330 Ω電阻對測試點位置實施放電,觀察顯示器應(yīng)無黑屏等干擾現(xiàn)象,發(fā)射控制裝置不應(yīng)意外點火。

表2 系統(tǒng)外部電磁環(huán)境

4.6 電磁輻射危害

發(fā)射車應(yīng)保證乘員在各個工作狀態(tài)時身體的安全,電磁輻射不能超過規(guī)定的要求。利用寬輻測量儀探頭,在發(fā)射車正常工作時間內(nèi),取一定時間間隔進(jìn)行最大電平測量,然后通過公式轉(zhuǎn)化為場強,每個點測量觀察時間應(yīng)大于10 s,以讀取每次測量測量的最大值。每個位置選取3個高度進(jìn)行測量,測量位置分別為乘員坐姿時眼部、胸部和下腹部。暴露極限如表3所示。

表3 作業(yè)區(qū)短波、超短波、微波連續(xù)波暴露極限

4.7 電搭接

所謂電搭接,就是一個零件或組件的導(dǎo)電表面與另一個零件或組件導(dǎo)電表面之間提供一個低阻抗通道的一種方法。為控制電磁環(huán)境效應(yīng),系統(tǒng)電搭接應(yīng)保證設(shè)備殼體到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)地之間(包括所有接觸面)的搭接電阻不大于10 mΩ。測量搭接電阻應(yīng)用低阻儀,每個測試點測量3次,取平均值。

4.8 復(fù)雜電磁環(huán)境

考核導(dǎo)彈發(fā)射車在復(fù)雜電磁環(huán)境下的適應(yīng)性,其難點主要在于如何構(gòu)建復(fù)雜的電磁環(huán)境。采取的試驗方法主要是針對3個方面來模擬。一是要考慮作戰(zhàn)區(qū)域以及武器裝備之間協(xié)同作戰(zhàn)經(jīng)常會遇到的各種電磁環(huán)境;二是要考慮作戰(zhàn)對象的相關(guān)因素,主要模擬敵方作戰(zhàn)平臺上的設(shè)備的型號、數(shù)量、功率和工作頻率等;三是要考慮背景對象,主要模擬作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)自然電磁環(huán)境背景對裝備可能帶來的影響。在這幾種或更多復(fù)雜電磁環(huán)境下,導(dǎo)彈發(fā)射車按照正常使用工況進(jìn)行工作,觀察系統(tǒng)運行過程中其功能性能是否受到影響[9]。

5 結(jié)論

針對某型導(dǎo)彈發(fā)射車武器系統(tǒng)的系統(tǒng)電磁兼容的試驗方法,經(jīng)過了電磁兼容試驗室的系統(tǒng)電磁兼容試驗考核驗證,系統(tǒng)工作正常,各項功能性能指標(biāo)滿足研制總要求,證明方法合理可行,試驗過程中累積的工程經(jīng)驗,可以為同類產(chǎn)品的系統(tǒng)電磁兼容試驗提供一定的借鑒。由于武器系統(tǒng)面臨的的電磁環(huán)境日益復(fù)雜,未來考核的項目和內(nèi)容一定會越來越多,文中所提的試驗方法還會進(jìn)一步改進(jìn)和完善。