某型導彈發射車系統電磁兼容試驗方法*

魏建峰,靳秋紅,陳文海

(西安現代控制技術研究所,西安 710065)

0 引言

隨著科技水平的發展、高新技術的廣泛應用以及軍隊現代化建設的持續推進,武器裝備的數字化、信息化程度有了大幅的提高,功能和性能有了質的的飛躍。但是,與此同時,隨著武器系統復雜程度的提高,電磁兼容問題的復雜性也呈指數形式上升,并成為影響裝備作戰能力提升的關鍵因素。其原因主要是一方面戰場電磁環境愈來愈復雜,多類型高密度的時域、頻域電磁信號互相疊加,互相影響,電磁環境的不確定性導致采取的電磁兼容針對性措施受到了挑戰[1];另一方面產品本身大量應用了大功率、寬頻帶、大規模集成電路的電子產品,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對。

通常,設備級產品都按GJB151B—2013進行電磁兼容試驗,但即使系統內的每個設備都通過了電磁兼容試驗,并不能必然保證系統級電磁兼容試驗一定通過。這主要是因為設備級電磁兼容性測試中被試品是單一設備或分系統,其設備構成、線纜數量、耦合關系相對簡單。而系統級產品則涉及到設備或分系統之間的電纜連接、空間耦合、系統接地等系統級的問題,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電磁兼容性能,有必要對武器系統的電磁兼容性進行研究、評估和試驗[3-6]。文中基于對GJB1389A—2005相關要求的理解,結合項目實際,提出了某型導彈發射車系統級電磁兼容試驗的方法。

1 某型導彈發射車特點分析

某型導彈發射車,主要遂行用導彈攻擊地面坦克、裝甲車輛、防御工事和低空直升機等作戰任務,其主要特點有三。首先,發射車系統組成非常復雜,設備眾多,集偵察、指揮和打擊于一體,因此既有頻率復雜的通信設備,也有功率很大的伺服控制設備,發射車工作電源供電形式多樣,既可以由車載自發電裝置產生,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,系統綜合化信息化程度高。系統采用高度集成化綜合設計,中央任務處理機負責指揮控制、火力分配、模型解算和火力攻擊等任務,多級總線系統實現數據和視頻信息共享,保證系統各設備間的協同工作;中央任務處理機和總線系統是發射車系統的核心,也是電磁兼容設計的重點,一旦處理不好,對系統的影響將是致命的。第三,系統配置靈活,工作模式多樣,發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,既可以單發攻擊,也可以連續攻擊,既可以間瞄射擊,也可以自主偵察自主作戰。工作模式的多樣化,同時也表明系統內各設備間干擾關聯關系的多樣化,電磁兼容試驗方法的設計必須以此不同使用工況為基礎,進行全面分析和考核。

2 系統電磁兼容試驗必要條件

2.1 確定分系統和各設備狀態

在進行發射車系統電磁兼容試驗前,組成系統的各分系統和各設備應經過產品調試、驗收,滿足設計技術要求,其硬件軟件狀態已經固化,各分系統和各設備應通過GJB151B—2013規定的相應項目的電磁兼容試驗考核,或個別項目未通過但經評估對系統自兼容影響不大的設備,也可以參加系統電磁兼容試驗。

2.2 確定系統級電磁兼容試驗大綱

在進行系統電磁兼容試驗前,首先需要根據GJB1389A—2005的要求,結合訂購方需求以及項目實際,經過適當裁減或增加,確定系統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,發射車系統的各種供電方式、各種工作模式和各種實際使用狀態,防止電磁兼容試驗時避重就輕,錯測漏測現象的發生;第三,應編制系統級電磁兼容試驗大綱并應通過評審,試驗大綱是試驗的依據。

2.3 試驗要以實際使用環境為基礎

作戰區域內導彈發射車的常態電磁環境以及不同裝備編配使用時面臨的電磁兼容環境,都有可能引發設備間的相互干擾。因此,要盡可能的采集可能遇到的實際戰場環境數據,經過統計處理,必要時將其和標準要求的數據作為共同的敏感性試驗中的注入信號,以考核導彈發射車適應實際電磁環境的能力。

2.4 對測試工裝要采取隔離措施

導彈發射車工作時,有時需要模擬一些外部輸入,包括目標信息、外接工作電源以及模擬指揮或模擬偵察設備等,同時發射車輸出的一些數據或參數也需要進行檢測,以判斷發射車工作狀態。但是這些輸入輸出設備有可能因自身原因導致被測系統無法通過系統電磁兼容試驗,因此,有必要對測試工裝和相關設備進行隔離。

3 系統電磁兼容試驗項目

某型導彈發射車系統級電磁兼容試驗,主要進行系統輻射安全裕度、系統傳導安全裕度、系統內電磁兼容性、外部射頻電磁環境、靜電電荷控制、電磁輻射危害、電搭接和復雜電磁環境等八項試驗,具體內容如表1所示。

表1 系統電磁兼容試驗項目

4 系統電磁兼容試驗方法

4.1 系統輻射安全裕度

對于安全或者完成任務有關鍵影響的功能,系統應具有至少6 dB的安全裕度;對于確保系統安全的裝置至少應具有16.5 dB的安全裕度[7]。

首先,試驗選取發射車內部左右兩側和后部3個位置進行測試,所有設備和分系統加電工作,電臺處于全功率發射狀態,敵我識別系統處于詢問狀態,測量時天線盡可能對準測試位置,測量10 kHz～18 GHz頻率范圍內發射車不同測試位置的實際電場強度E0。

然后所有系統和設備加電工作,按照干擾電場E1=E0+6 dB,使用重復頻率1 kHz、占空比50%脈沖進行調制,對各測試點進行照射,并用場強監測儀進行監測,觀察系統運行過程中是否敏感。

4.2 系統傳導安全裕度

首先,所有設備和分系統加電工作,電臺處于全功率發射狀態,敵我識別系統處于詢問狀態,測量400 mHz～10 kHz頻率范圍內發射車各設備所有供電電纜的最大傳導發射電流I0;

然后根據關鍵性分類,對電磁兼容性可能導致有可能危及生命、可能嚴重阻礙任務執行、耽誤發射或大大降低系統有效性的設備和分系統,按照干擾電流I1=I0+16.5 dB,使用重復頻率1 kHz、占空比50%脈沖進行調制,注入到相應的電源線;對電磁兼容性可能導致降低系統有效性,從而影響任務完成的分系統和設備,按照干擾電流I1=I0+6 dB,使用重復頻率1 kHz、占空比50%脈沖進行調制,注入到相應的電源線;

系統在全功率、各種模式狀態下按照系統工作流程工作,監測系統運行過程中是否敏感。

4.3 系統內電磁兼容性

系統內電磁兼容的要求是系統內各設備同時工作時應無相互干擾的現象,發射車應能完成既定的功能和性能要求。試驗時,所有分系統和設備按照工作狀態進行連接,全部正常上電工作,系統要分別在各種工作狀態、各種工作模式和各種功率狀態下進行工作,電臺處于全功率發射、敵我識別處于詢問狀態,試驗過程中檢查所有分系統和設備是否在工作時對其他設備和系統有影響,觀察系統工作狀態,記錄相互干擾現象。

系統內電磁兼容的還需要考核的試驗項目是電源線瞬變,要求持續時間小于50 μs的電壓瞬變不應超過額定直流電壓的150%[7]。試驗時,所有分系統和設備按照工作狀態進行連接,全部正常上電工作后,手動操作電源配電箱輸入電源開關通斷,操控發射裝置調轉,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 外部射頻電磁環境

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

4.5 靜電電荷控制

發射車系統應消除各種電荷產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條的試驗程序進行,靜電放電點主要選擇與人員操控有關的區域,包括發射車乘員經常接觸的顯示器外殼、電連接器外殼和開關鍵盤人員操作部位,具體方法是對于金屬導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,觀察顯示器應無黑屏等干擾現象,發射控制裝置不應意外點火。

表2 系統外部電磁環境

4.6 電磁輻射危害

發射車應保證乘員在各個工作狀態時身體的安全,電磁輻射不能超過規定的要求。利用寬輻測量儀探頭,在發射車正常工作時間內,取一定時間間隔進行最大電平測量,然后通過公式轉化為場強,每個點測量觀察時間應大于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 作業區短波、超短波、微波連續波暴露極限

4.7 電搭接

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

4.8 復雜電磁環境

考核導彈發射車在復雜電磁環境下的適應性,其難點主要在于如何構建復雜的電磁環境。采取的試驗方法主要是針對3個方面來模擬。一是要考慮作戰區域以及武器裝備之間協同作戰經常會遇到的各種電磁環境;二是要考慮作戰對象的相關因素,主要模擬敵方作戰平臺上的設備的型號、數量、功率和工作頻率等;三是要考慮背景對象,主要模擬作戰區域內自然電磁環境背景對裝備可能帶來的影響。在這幾種或更多復雜電磁環境下,導彈發射車按照正常使用工況進行工作,觀察系統運行過程中其功能性能是否受到影響[9]。

5 結論

針對某型導彈發射車武器系統的系統電磁兼容的試驗方法,經過了電磁兼容試驗室的系統電磁兼容試驗考核驗證,系統工作正常,各項功能性能指標滿足研制總要求,證明方法合理可行,試驗過程中累積的工程經驗,可以為同類產品的系統電磁兼容試驗提供一定的借鑒。由于武器系統面臨的的電磁環境日益復雜,未來考核的項目和內容一定會越來越多,文中所提的試驗方法還會進一步改進和完善。