系统级电磁环境效应试验设计与评估技术

   2017-02-06 测控协会苏东林8510

三、系统级电磁兼容性试验设计要点

首先,既然GJB 151、GJB 1389测试得到的是电磁干扰(EMI)和电磁环境效应(E3),电磁兼容性(EMC)和电磁环境适应性(EMA)只能通过设计实现,因此试验设计的第一个要点就是要以系统、分系统、设备设计过程为基础。其次,由于GJB 1389A系统内电磁兼容性以组成系统的各分系统和设备的电磁发射及电磁敏感特性为基础,所以试验设计的第二个要点就是要以设备分系统电磁发射和电磁敏感测试结果为基础。第三,由于现在装备的形态已发展为多实体和地面空中协同;第四,并要适应舰面电磁环境以及编队及战场电磁环境,所以试验设计的第三、四个要点就是要以装备工况和功能性能为基础,以实际使用电磁环境为基础。

1、以系统、分系统/设备设计过程为基础

 

上图给出了系统、分系统和设备设计研制过程中与电磁兼容性相关工作,包括研制总要求、系统级设计和设备分系统级设计。以设计过程为基础,就是要全面梳理研制过程中与所有故障现象、故障归零情况,并作为试验验证的重点内容之一,写入试验大纲,并将与故障现象对应的功能性能作为敏感判据。

2、设备电磁发射和电磁敏感测试结果为基础

如果对设备分系统提出的电磁发射和电磁敏感限值要求直接来自GJB151,且仅对设备单项试验是否满足极限值进行评估,却未将功能性能作为判据、未将平台是否正常工作作为判据,就会存在设备电磁兼容性与系统级电磁兼容性和系统级工况脱节的隐患。要想解决这个问题,建议首先要树立梳理系统内各设备间干扰关联关系,建立干扰关联矩阵。例如对军用飞机,将与高灵敏接收设备有关联关系的所有设备(与高灵敏度接收设备同时工作、频段可能相互覆盖)的RE102综合比对,评估是否超出接收设备抗干扰容限。将与计算机类设备有关联关系的数据线缆屏蔽、搭接、端接阻抗等与CS114综合比对,评估是否引发故障。

这里需要提醒一点,在对设备分系统提出电磁兼容性要求时,应针对具体需求提出针对性的极限值要求,如果直接采用GJB151中的极限值,虽然具有合理性,但由于该机限制是通用要求,我们认为它理解为类似在电路设计中对端口匹配阻抗的要求为50欧姆一样,虽然合理,但并不是最优要求。

综上所述,设备分系统级电磁兼容性试验结果应是系统级电磁兼容性试验大纲制定的重要依据之一。

3、装备工况和功能性能为基础

因为研制总要求对装备提出的功能性能要求是适用于装备使用工况,所以系统级电磁兼容性试验中就应以装备的公开和功能性能为基础。何为装备的工况和功能性能呢?例如,机载导弹与机载超短波电台同时工作,系统级电磁兼容性试验中应将导弹工况与机载超短波电台工况的兼容性作为考核项。又如,保障信息互联互通的机载数据链与机载大功率发射机同时工作,系统级电磁兼容性试验中应将大功率发射时数据链通信距离及误码率作为敏感判据。

4、以实际使用电磁环境为基础

作战区域的常态电磁环境、舰面不同设备工作时的电磁环境、不同装备编队使用时面临的电磁环境,都可能引发装备受到干扰。为此应按照研制总要求明确提出的该装备实际使用环境,采集环境数据,并将实际使用环境中的电磁环境数据与标准要求的信号共同作为敏感性试验中的输入信号(或注入信号)考核装备适应实际电磁环境的能力,实际电磁环境应在大量实际采集数据基础上进行统计处理后给出。应考虑不同设备(器件)对所处环境中不同性质信号的不同敏感响应,如对能量敏感的响应、对瞬态激励敏感的响应等,应依据设备的响应特征采取不同的测试设备及测试方法采集电磁环境数据。

下面以具体实例来说明系统级电磁兼容性试验设计。通常需进行设计的试验应包括科研阶段摸底试验和设计定型试验。

实例1:研制全过程电磁兼容性科研摸底试验的设计

如下图所示,科研摸底试验应涵盖从芯片到电路板、到设备级、分系统级、系统级和多系统级。

 

电磁兼容性科研试验应从芯片开始,且设备级和分系统级的试验内容丰富。电磁易损性试验是各个环节都严重关切的试验。这一点与2016年新颁布的美军标MIL-STD-461G十分吻合。MIL-STD-461G中还将将原来只在系统级中才要求的雷电试验,下沉到设备分系统要求中,并提出了静电要求。关于设备级电磁兼容性试验,还应特别关注我国新颁布的151B中CE107、CS102和CS106三项试验内容。

实例2:某武器系统的系统级电磁环境效应试验设计

将该武器系统的全任务过程分解为探测-发射-测控-打击-评估,全信息链路分解为雷达、导引头、指令线、指控通信、引信。抽象地说,将整个链路分解为若干单元,对每个单元的电磁环境效应进行测试,对各单元的集成关系进行构建。根据研制总要求中要求的各种想定,在内场构建链路组成环境,实施遍历性试验,并在外场对内场获取的典型剖面进行验证。

实例3:无人机系统的系统级电磁环境效应试验设计

由于该试验涉及地面和空中的超视距射频问题,所以试验设计要点主要包括如下4个方面:定位敏感体:此处为无人机;确保超视距工况;真实传播模型;分析空间存在的干扰。试验设计时需考虑:

1)多个实体中谁应放置在标准测试场地上,原因是什么?

2)如何设置测控站-卫星-飞机的试验链路上信号衰减,否则无法客观测出无人机系统的电磁环境效应?

3)如何阻断无人机与测控站间的耦合效应,否则试验不真实?

4)如何构建无人机工作区域的电磁环境?

 
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