孫恒坤，謝鑫

（1.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，陜西西安，710089；2.西安遠(yuǎn)方航空技術(shù)發(fā)展有限公司，陜西西安，710089）

0 引言

隨著航空電子設(shè)備的復(fù)雜程度不斷提升，越來(lái)越多的實(shí)踐表明設(shè)備和分系統(tǒng)通過(guò)了規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的電磁兼容性試驗(yàn)，并不能保證它們組成系統(tǒng)后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自兼容。因此，為了保證復(fù)雜的電子系統(tǒng)能夠正常有效地工作，必須進(jìn)行全系統(tǒng)的電磁兼容性試驗(yàn)[1]。

本文結(jié)合某型直升機(jī)全機(jī)電磁兼容性試驗(yàn)，分析被試系統(tǒng)工作特點(diǎn)，重點(diǎn)探討了如何對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，提出了相關(guān)的評(píng)估方法，可為后續(xù)直升機(jī)系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性試驗(yàn)提供借鑒。

1 被試系統(tǒng)特點(diǎn)分析

被試系統(tǒng)為某型直升機(jī)，其組成系統(tǒng)中燃油系統(tǒng)、電傳飛控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、機(jī)電管理系統(tǒng)、綜合航電系統(tǒng)等易受電磁環(huán)境影響，尤其是綜合航電系統(tǒng)，其主要由綜合任務(wù)處理系統(tǒng)、組合導(dǎo)航系統(tǒng)、通信導(dǎo)航識(shí)別系統(tǒng)、氣象/防撞雷達(dá)、應(yīng)急儀表等分系統(tǒng)組成，簡(jiǎn)要原理框圖見(jiàn)圖1。

圖1 綜合航電系統(tǒng)簡(jiǎn)要原理框圖

2 試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置

由于本次試驗(yàn)項(xiàng)目周期較短，結(jié)合被試對(duì)象特點(diǎn)，重點(diǎn)依據(jù)GJB1389A-2005、GJB151B-2013、GJB/Z17-91、GJB/Z182-2016等標(biāo)準(zhǔn)及指南，參考MIL-STD-464C、MIL-STD-461F以及TOP01-2-511A中對(duì)電磁兼容性的相關(guān)要求。將本次試驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目最終確定為全機(jī)系統(tǒng)相互干擾檢查試驗(yàn)、傳導(dǎo)安全裕度試驗(yàn)、輻射安全裕度試驗(yàn)、外部射頻電磁環(huán)境試驗(yàn)、電源線瞬變?cè)囼?yàn)以及電磁兼容性試飛檢查[2]等共6項(xiàng)內(nèi)容。

3 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估

一般機(jī)載設(shè)備電磁兼容性分析與評(píng)估的基本步驟可以參考如下：

（1）根據(jù)被試系統(tǒng)設(shè)備清單，對(duì)于設(shè)備是否可能產(chǎn)生電磁敏感進(jìn)行識(shí)別，并初步判定其靈敏度和可容許的抗干擾閾值；

（2）識(shí)別可能對(duì)該敏感設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾的干擾源；

（3）考慮各種可能的耦合通道，初步計(jì)算從干擾源到敏感設(shè)備的干擾電平；

（4）根據(jù)被試系統(tǒng)設(shè)備清單，對(duì)所有潛在的干擾源重復(fù)以上步驟；

（5）綜合計(jì)算所有潛在干擾源在敏感設(shè)備上的電磁干擾量值，并與其抗干擾閾值進(jìn)行比較；

（6）通過(guò)調(diào)整干擾源的發(fā)射電平，使其低于敏感設(shè)備抗干擾閾值；

（7）通過(guò)調(diào)整敏感設(shè)備的抗干擾閾值，使其高于干擾電平；

（8）根據(jù)被試系統(tǒng)設(shè)備清單，對(duì)所有敏感設(shè)備重復(fù)以上步驟。

3.1 試驗(yàn)前評(píng)估

在獲取電磁兼容性測(cè)試數(shù)據(jù)方面，進(jìn)行試驗(yàn)前評(píng)估并記錄試驗(yàn)結(jié)果，以便在編制電磁兼容性試驗(yàn)大綱時(shí)進(jìn)行參考，通常可以減少測(cè)試的工作量，試驗(yàn)前評(píng)估一般應(yīng)包括：

（1）確定適用的測(cè)試點(diǎn)；

（2）確定主電流路徑及大電流測(cè)量點(diǎn)；

（3）確定最容易/最不易受影響的被試系統(tǒng)配置及操作模式；

（4）確定電磁能量的可能進(jìn)入點(diǎn)并進(jìn)行能量耦合分析，以確定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的類(lèi)型和功能要求；

（5）確定需要用儀器檢測(cè)和監(jiān)控的關(guān)鍵被試系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

（6）確定被試系統(tǒng)/平臺(tái)關(guān)鍵功能和電路；

（7）確定被試系統(tǒng)電磁保護(hù)功能及其預(yù)測(cè)性能，以及它們是否可修復(fù)或可更換；

（8）確定驗(yàn)證與通過(guò)/失敗標(biāo)準(zhǔn)以及所需的安全裕度；

（9）確定被試系統(tǒng)操作和檢查程序；

（10）可以對(duì)先前測(cè)試的已經(jīng)存在的分析和測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，并將其納入測(cè)試規(guī)劃和預(yù)先測(cè)試分析中，以便增強(qiáng)和減小新測(cè)試的范圍。

試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)每個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試是為了及時(shí)監(jiān)控其性能或操作性下降，包括故障、降級(jí)以及不可接受的系統(tǒng)響應(yīng)。對(duì)系統(tǒng)電磁兼容性整改后，需要進(jìn)行再次驗(yàn)證。

3.2 安全裕度評(píng)估

根據(jù)GJB1389A中對(duì)安全裕度的定義，對(duì)于系統(tǒng)安全或使命任務(wù)的關(guān)鍵性設(shè)備，其應(yīng)具有至少6dB的安全裕度；對(duì)于確保系統(tǒng)安全的電起爆裝置，其最大不發(fā)火激勵(lì)應(yīng)具有至少16.5dB的安全裕度[3]。在評(píng)估安全裕度時(shí)，對(duì)會(huì)導(dǎo)致被試系統(tǒng)降級(jí)的原因、發(fā)生的測(cè)試級(jí)別、允許的停機(jī)時(shí)間和任務(wù)影響都要進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以使用多個(gè)方程式計(jì)算安全裕度。與測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的安全裕度計(jì)算如下：

（1）對(duì)于瞬態(tài)測(cè)試，如上所述，電流被轉(zhuǎn)換為能量進(jìn)行測(cè)量。可以使用以下安全裕度的方程：

式中：

EMNF——電起爆裝置（簡(jiǎn)稱EID）最大不發(fā)火能量（J）；

EInduced——在EID電路中測(cè)得的能量（J）。

注意：如果EID或點(diǎn)火電路中的感應(yīng)電流低于儀器所能測(cè)量的電流，則采用最小可檢測(cè)電流作為保守的安全裕度。

（2）對(duì)于常規(guī)點(diǎn)火電路，通常測(cè)量感應(yīng)電流，并用于根據(jù)已知的要求點(diǎn)火電流來(lái)計(jì)算安全裕度。如果對(duì)于EID的真實(shí)的瞬態(tài)最大不發(fā)火能量是已知的，利用EID電流通過(guò)如下公式來(lái)計(jì)算安全裕度：

式中：

IMNF——EID最大不發(fā)火電流（A）；

IInduced——在EID電路中測(cè)得的電流（A），（或者為最小分辨電流（Minimum Detectable Current，簡(jiǎn)稱 MDC），如果信號(hào)低于MDC）。

（3）對(duì)于電子安全及保險(xiǎn)裝置（簡(jiǎn)稱ESAD）和其他電容性點(diǎn)火電路，測(cè)量出感應(yīng)電壓來(lái)計(jì)算安全裕度。如果不知道真正的最小點(diǎn)火電壓，一般使用500伏特進(jìn)行保守計(jì)算：

式中：

MFV——ESAD電容器最小點(diǎn)火電壓，（通常為500伏）；

VInduced——感應(yīng)ESAD電容器點(diǎn)火電壓的測(cè)量值，（或最小分辨電壓，MDV，如果信號(hào)低于MDV）[4]。

3.3 外部射頻電磁環(huán)境評(píng)估

為了準(zhǔn)確地測(cè)定被試對(duì)象的環(huán)境電平，主要通過(guò)外部測(cè)量結(jié)合計(jì)算進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)，可以利用公式（4）進(jìn)行初步估算[5]：

式中：

Eo(f)——外部電磁環(huán)境的總場(chǎng)強(qiáng)；

Ej——飛機(jī)受到外部第j臺(tái)等效發(fā)射機(jī)的干擾；

f——頻率；

m——干擾發(fā)射機(jī)總數(shù)量。

對(duì)于某一個(gè)發(fā)射源，在距離發(fā)射機(jī)r處的電場(chǎng)強(qiáng)度可用式（5）估算 ；

式中：

P——發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率；

G( f ,θ,φ) ——發(fā)射天線的增益，θ和φ分別是極坐標(biāo)系下天線方向圖的兩個(gè)張角。

3.4 試飛專(zhuān)項(xiàng)評(píng)估

在電磁兼容性試飛中，當(dāng)對(duì)被試系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)定時(shí)，通常關(guān)注如下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)于語(yǔ)音通信設(shè)備，對(duì)清晰度進(jìn)行分級(jí)（1～10）（正確接收字的百分率），參照GJB2763-1996以描述其性能；

（2）對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)，通過(guò)誤碼率或誤比特率進(jìn)行性能分析；

（3）對(duì)于電視、畫(huà)面、傳真等設(shè)備，通過(guò)分辨率（決定視覺(jué)分辨物體的能力）進(jìn)行性能分析；

（4）通過(guò)檢測(cè)率、虛警率和畫(huà)面顯示狀態(tài)等來(lái)度量雷達(dá)系統(tǒng)的主要性能；

（5）對(duì)于導(dǎo)航系統(tǒng)，通過(guò)方位角、距離、經(jīng)緯度、高度等參數(shù)的誤差來(lái)表示其性能，一般以總值的百分率表示。

4 總結(jié)與展望

本文通過(guò)被試直升機(jī)系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性試驗(yàn)，對(duì)整機(jī)電磁兼容性進(jìn)行評(píng)估分析，隨著直升機(jī)系統(tǒng)面臨的內(nèi)部和外部電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)電磁兼容評(píng)估技術(shù)也會(huì)有新的發(fā)展，例如安全裕度，目前國(guó)軍標(biāo)中安全裕度試驗(yàn)方法對(duì)裝備的要求偏于寬松，不能完全體現(xiàn)裝備在復(fù)雜環(huán)境下的電磁兼容性能，此外未來(lái)作戰(zhàn)面臨的電磁環(huán)境也會(huì)更加復(fù)雜。直升機(jī)研制要求也會(huì)更加嚴(yán)苛，研制進(jìn)度壓力會(huì)更加緊迫，這些都對(duì)全機(jī)系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性試驗(yàn)和評(píng)估提出了新的要求。