空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建方法研究

劉 強(qiáng)，馮 源,薛姬榮,張鵬飛,彭 璨

(中國(guó)兵器科學(xué)研究院，北京 100089)

0 引言

未來作戰(zhàn)是體系與體系的全方位對(duì)抗，戰(zhàn)爭(zhēng)的信息化程度越高，其勝負(fù)越依賴于作戰(zhàn)雙方的體系化水平。信息化條件下的空降作戰(zhàn)是以武器系統(tǒng)與電子信息系統(tǒng)相融合的多維對(duì)抗，隨著空降裝備體系建設(shè)的不斷推進(jìn)，開展空降裝備體系電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)分析，研究空降裝備體系電磁兼容性要求及考核依據(jù)，構(gòu)建電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系，識(shí)別和解決在設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)考核中存在的電磁兼容性問題，進(jìn)而提高空降裝備體系電磁環(huán)境適應(yīng)能力。

1 國(guó)內(nèi)外電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)狀

國(guó)外軍事強(qiáng)國(guó)為搶占信息時(shí)代的軍事戰(zhàn)略制高點(diǎn)，正在全力推進(jìn)軍隊(duì)轉(zhuǎn)型，將體系設(shè)計(jì)方法作為其構(gòu)建信息化裝備體系、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)手段，并大力開展體系設(shè)計(jì)研究和應(yīng)用，用于指導(dǎo)其武器裝備建設(shè)[1]。

為了提高武器裝備的電磁兼容性，20世紀(jì)以來美軍陸續(xù)頒布了一系列的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，例如JAN-I-225、MIL-STD-461/462、MIL-E-6051D和MIL-B-5087B等，以實(shí)行武器裝備研制、生產(chǎn)過程中的電磁兼容性管理和認(rèn)證[2]。通過對(duì)美軍電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)文件，國(guó)防部指令/指示文件等美軍標(biāo)準(zhǔn)化文件分析，美國(guó)針對(duì)空降裝備的電磁兼容性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沒有明顯的體系結(jié)構(gòu)特征及說明。

我國(guó)軍用電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)化工作開展于20世紀(jì)80年代初，在參照美軍相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合我軍電磁兼容性工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備與分系統(tǒng)級(jí)測(cè)試方面取得了一定的成績(jī)，例如在電磁兼容性管理方面制定了GJB—Z17軍用裝備電磁兼容性管理指南，在系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性測(cè)試方面制定了GJB—1389A系統(tǒng)電磁兼容性要求，在設(shè)備與分系統(tǒng)測(cè)試方面制定了GJB—151B軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量，但在體系級(jí)電磁兼容性測(cè)試方面尚處于探索階段[3]。上述標(biāo)準(zhǔn)作為通用標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)不同武器裝備體系論證、研制需進(jìn)行不同程度選用與裁剪，且由于利益悠關(guān)者著眼點(diǎn)不同，難以形成統(tǒng)一、完善的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著空降裝備體系的快速發(fā)展，如何借鑒體系思維，開展空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系分析，提出了新的挑戰(zhàn)。

2 空降裝備體系電磁環(huán)境分析

信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，空降裝備體系將面臨復(fù)雜的電磁環(huán)境，如圖1所示，該電磁環(huán)境主要包括自然界中存在的靜電、雷電等干擾環(huán)境，運(yùn)載平臺(tái)、體系內(nèi)部、系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的輻射、傳導(dǎo)等干擾環(huán)境，以及敵方有意制造的電子對(duì)抗和電磁武器攻擊形成的威脅電磁環(huán)境，其中來自運(yùn)載平臺(tái)、體系內(nèi)部的輻射與傳導(dǎo)干擾環(huán)境以及電磁武器產(chǎn)生的高功率電磁環(huán)境對(duì)武器裝備的威脅最為嚴(yán)重[4]。

圖1 空降作戰(zhàn)電磁干擾環(huán)境構(gòu)成

2.1 靜電環(huán)境

對(duì)于空降作戰(zhàn)裝備，其靜電危害主要考慮兩個(gè)方面：一是來自于運(yùn)載平臺(tái)與空投裝備之間形成的不小于300 kV的沉積靜電；二是裝備通過人體接觸或人員操作而產(chǎn)生的25 kV靜電放電。前者涉及到的任務(wù)剖面是運(yùn)輸階段，后者涉及到的任務(wù)剖面包括裝載和作戰(zhàn)階段。

2.2 雷電環(huán)境

對(duì)于空降裝備體系，包含多種作戰(zhàn)裝備，為實(shí)現(xiàn)全天候作戰(zhàn)能力，自然形成的氣候條件或人為的氣候條件都可能會(huì)對(duì)武器系統(tǒng)產(chǎn)生影響，雷電環(huán)境對(duì)武器系統(tǒng)的威脅最為典型。該環(huán)境涉及到的任務(wù)剖面是運(yùn)輸和作戰(zhàn)階段等。

2.3 運(yùn)載平臺(tái)電磁環(huán)境

空降裝備依托運(yùn)載平臺(tái)投送至敵后戰(zhàn)場(chǎng)，在空降裝備裝載、投送過程中，運(yùn)載平臺(tái)產(chǎn)生的電磁輻射、靜電等對(duì)空降裝備電臺(tái)、通信組網(wǎng)、無線電引信等產(chǎn)生輻射干擾，影響裝載、投送過程中指揮控制以及運(yùn)輸安全性等。該環(huán)境涉及到的任務(wù)剖面是裝載、投送等。

2.4 體系內(nèi)、系統(tǒng)內(nèi)電磁環(huán)境

空降裝備在地面組成大型作戰(zhàn)系統(tǒng)，包含多種作戰(zhàn)裝備，配備電臺(tái)、雷達(dá)、電源等功率設(shè)備，這些裝備產(chǎn)生的電磁輻射會(huì)作為復(fù)雜電磁環(huán)境的一部分，對(duì)其他裝備或設(shè)備的正常功能產(chǎn)生影響。一方面，不同的電氣設(shè)備在同一空間同時(shí)工作時(shí)，總會(huì)在它周圍產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁場(chǎng)，這些電磁場(chǎng)通過輻射把能量耦合給其他裝備、設(shè)備，通過傳導(dǎo)把能量耦合給其他設(shè)備，使其他裝備、設(shè)備不能正常工作。另一方面，這些裝備、設(shè)備也會(huì)從其他的電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁場(chǎng)中吸收能量，使自己不能正常工作。這種相互影響在小范圍內(nèi)存在于設(shè)備與設(shè)備、部件與部件、元件與元件之間，甚至存在于集成電路內(nèi)部；在大的范圍內(nèi)則存在于裝備與裝備之間、設(shè)備與裝備之間。該環(huán)境涉及到的任務(wù)剖面是作戰(zhàn)階段。

2.5 電子干擾/對(duì)抗環(huán)境

無線電電子干擾是交戰(zhàn)雙方為加強(qiáng)對(duì)電子設(shè)備的偵察監(jiān)視，并對(duì)指揮、通信、雷達(dá)等系統(tǒng)實(shí)施偵察與反偵察、干擾與反干擾、壓制與反壓制，電子信息系統(tǒng)將工作在激烈對(duì)抗的電磁環(huán)境中[5]。電子對(duì)抗有多種有源干擾設(shè)備，包括各種車載、機(jī)載、艦載干擾機(jī)。該環(huán)境涉及到的任務(wù)剖面是作戰(zhàn)階段。

2.6 強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境

核電磁脈沖、非核電磁脈沖對(duì)武器裝備具備軟殺傷和硬摧毀雙重能力，會(huì)嚴(yán)重影響武器裝備作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。高空核爆電磁脈沖(HEMP)強(qiáng)度大，覆蓋區(qū)域廣。傳統(tǒng)的百萬噸當(dāng)量級(jí)的核武器在高空爆炸時(shí)，釋放的電磁脈沖能量約為1～1015J級(jí)，其作用范圍可以覆蓋上千千米。目前，隨著核技術(shù)的發(fā)展，美俄等國(guó)已研制出次臨界的小型核武器，增強(qiáng)了其電磁脈沖效應(yīng)。非核電磁脈沖危害源一般指超寬帶(UWB)和高功率微波(HPM)等定向能武器。該環(huán)境涉及到的任務(wù)剖面是作戰(zhàn)階段。

3 空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建方法

構(gòu)建空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系采用體系架構(gòu)分析法，基于空降裝備體系典型作戰(zhàn)流程，首先開展空降裝備電磁兼容性能力需求分析，針對(duì)空降裝備面臨的電磁環(huán)境、空降作戰(zhàn)特點(diǎn)，正確識(shí)別利益悠關(guān)方，并獲得、協(xié)調(diào)和維護(hù)利益悠關(guān)方的需求；第二，借鑒美國(guó)國(guó)防體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)，從能力、作戰(zhàn)等不同視角構(gòu)建空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)[6]；第三，基于空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，開展空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)研究；第四，基于構(gòu)建的空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系，在空降裝備研制的不同階段開展空降裝備電磁兼容性測(cè)試工作；第五，結(jié)合空降裝備日常訓(xùn)練、演習(xí)等，進(jìn)一步優(yōu)化完善空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系。其過程如圖2所示。

圖2 空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建流程

3.1 空降裝備電磁兼容性能力需求分析

在空降裝備電磁環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，利用基于場(chǎng)景的需求捕獲方式，構(gòu)建空降作戰(zhàn)運(yùn)輸、裝載、投送、作戰(zhàn)等典型場(chǎng)景，通過“使命-任務(wù)-能力”分析過程，綜合利益悠關(guān)者的需求，定義、分析、管理空降裝備電磁兼容性能力需求，最終得出空降裝備電磁兼容性能力需求清單，其需求分析過程如圖3所示。

圖3 空降裝備電磁兼容性能力需求分析流程

空降裝備電磁兼容性能力需求清單如表1所示。

表1 空降裝備電磁兼容性能力需求清單

3.2 空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

以空降裝備電磁兼容性能力需求為牽引，基于DoDAF體系架構(gòu)，從能力、作戰(zhàn)等不同視角，開展高級(jí)作戰(zhàn)概念視圖、能力視圖、作戰(zhàn)活動(dòng)視圖、系統(tǒng)視圖建模[7]；通過空降裝備電磁兼容性能力到空降作戰(zhàn)活動(dòng)映射矩陣、空降作戰(zhàn)活動(dòng)到空降裝備電磁兼容性功能映射矩陣分析，構(gòu)建空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)描述視圖，確定空降裝備電磁兼容性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的組成及相互關(guān)系；通過對(duì)空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的分類、選用與裁剪，進(jìn)而得到空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)[8]。空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

圖4 空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)流程

利用上述空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，得出空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系，包括電磁兼容性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、體系級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備與分系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)、電磁兼容性管理辦法等。空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)

3.3 空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系詳細(xì)設(shè)計(jì)

基于空降裝備電磁兼容性能力需求、空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，結(jié)合空降作戰(zhàn)不同階段作戰(zhàn)特點(diǎn)，借鑒GJB/Z17軍用裝備電磁兼容性管理指南、GJB—1389A系統(tǒng)電磁兼容性要求、GJB—151B軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量等電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，開展空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系詳細(xì)設(shè)計(jì)工作。

3.3.1 空降裝備電磁兼容性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

空降裝備電磁兼容性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)主要包括電磁兼容性術(shù)語、電磁兼容性總要求等。電磁兼容性術(shù)語是結(jié)合空降作戰(zhàn)特點(diǎn)，在GJB72A—2002電磁干擾和電磁兼容性術(shù)語的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改與完善。空降裝備電磁兼容性總要求應(yīng)對(duì)電磁環(huán)境、電磁兼容要素、試驗(yàn)和測(cè)量等給出定義和描述，應(yīng)明確初樣機(jī)階段、正樣機(jī)階段、定型階段等不同研制階段電磁兼容性測(cè)試目的及要求。

3.3.2 空降裝備體系級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)

空降裝備體系級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)主要包括運(yùn)載平臺(tái)兼容性要求、體系自兼容性要求、抗復(fù)雜電磁環(huán)境要求等。

1)運(yùn)載平臺(tái)兼容性要求：考慮到裝載、投送過程中，空降裝備電臺(tái)、無線電引信等應(yīng)不受運(yùn)載平臺(tái)產(chǎn)生的電磁輻射、靜電等影響；投送過程中，空降裝備自組網(wǎng)通信應(yīng)不受運(yùn)載平臺(tái)產(chǎn)生的電磁輻射影響。

2)體系自兼容要求：體系內(nèi)各裝備產(chǎn)生的電磁干擾不超過規(guī)定的電平，各裝備對(duì)電磁干擾的敏感度在功能允許范圍的，能夠在體系內(nèi)形成的電磁環(huán)境中穩(wěn)定正常工作。體系自兼容試驗(yàn)應(yīng)按照編隊(duì)行軍、作戰(zhàn)等環(huán)節(jié)開展，重點(diǎn)考核試驗(yàn)過程中各裝備間的指控通聯(lián)能力。

3)抗復(fù)雜電磁環(huán)境要求：考慮到空降作戰(zhàn)深入敵后的特殊性，空降裝備體系應(yīng)考核抗復(fù)雜電磁環(huán)境的能力，重點(diǎn)考核復(fù)雜電磁環(huán)境下空降裝備定位導(dǎo)航能力、無線電引信抗干擾能力，以及空降裝備體系間指控通聯(lián)能力等。復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建應(yīng)模擬雷電、敵壓制電子干擾、敵靈巧干擾、敵欺騙干擾等戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境。通過對(duì)美國(guó)、印度等國(guó)陸軍、空軍電子干擾設(shè)備的分析，構(gòu)建電磁干擾模型，從而模擬敵電磁干擾環(huán)境。

3.3.3 空降裝備系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)

空降裝備系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)主要包括安全裕度、系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性、外部射頻電磁環(huán)境、雷電防護(hù)、電磁脈沖防護(hù)、靜電荷控制、電磁輻射危害、電搭接、發(fā)射控制、頻譜兼容性管理等。

1)安全裕度：對(duì)于含有電起爆裝置的設(shè)備，其最大不發(fā)火激勵(lì)應(yīng)具有至少16.5 dB的安全裕度，其余對(duì)于安全或完成任務(wù)有關(guān)鍵性影響的功能，系統(tǒng)應(yīng)具有至少6 dB安全裕度。

2)系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性：系統(tǒng)(設(shè)備)產(chǎn)生的電磁干擾不超過規(guī)定的電平，系統(tǒng)(設(shè)備)對(duì)電磁干擾的敏感度在功能允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)能夠在自身形成的電磁環(huán)境中穩(wěn)定正常工作。

3)外部射頻電磁環(huán)境：空降裝備應(yīng)與GJB1389A規(guī)定的地面系統(tǒng)外部電磁環(huán)境兼容。

4)雷電防護(hù)：空降裝備在載機(jī)環(huán)境中，載機(jī)遭受直接雷擊或經(jīng)受一個(gè)臨近雷擊而產(chǎn)生的間接效應(yīng)時(shí)，裝備應(yīng)保證安全；空降裝備在地面工作狀態(tài)下，各種電氣端口能夠承受由雷電間接效應(yīng)產(chǎn)生的浪涌電流沖擊，浪涌電流不低于10 kA。

5)電磁脈沖防護(hù)：空投裝備在遭受50 kV電磁脈沖攻擊后，通信指揮設(shè)備不出現(xiàn)不可恢復(fù)性故障，彈藥分系統(tǒng)不出現(xiàn)意外點(diǎn)火。

6)靜電荷控制：空降裝備在裝載、投送過程中，能夠承受300 kV的靜電放電；空降裝備在地面工作操作期間與人體接觸的部位能夠承受25 kV的靜電放電。

7)電磁輻射對(duì)人員的危害：系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁輻射應(yīng)滿足對(duì)人員保護(hù)的相關(guān)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)要求。

8)電磁輻射對(duì)軍械的危害：對(duì)于含有電起爆裝置的軍械，暴露在GJB1389A表9中規(guī)定的電磁環(huán)境中，不應(yīng)出現(xiàn)意外點(diǎn)火。

9)電搭接：為控制電磁環(huán)境效應(yīng)，空降裝備應(yīng)保證設(shè)備內(nèi)部或設(shè)備與系統(tǒng)其他部分之間的連接處具有電連續(xù)性，設(shè)備殼體到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的搭接電阻不大于10 mΩ，電纜屏蔽層到設(shè)備殼體之間的搭接電阻不大于15 mΩ。

3.3.4 空降裝備分系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)

空降裝備分系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)主要指空降裝備中所含單體設(shè)備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)按GJB151B所規(guī)定的項(xiàng)目，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)剪裁。具體包括：CE102、RE102、CS101、CS106、CS112、CS114、CS115、CS116、RE102、RS103等。需要進(jìn)行上述試驗(yàn)的設(shè)備包括新研及改進(jìn)的所有電氣單體設(shè)備。

3.3.5 空降裝備電磁兼容性管理指南

空降裝備電磁兼容性管理指南主要用于明確體系電磁兼容專項(xiàng)組的責(zé)任與分工，明確電磁兼容專項(xiàng)管理辦法，提高裝備體系電磁兼容設(shè)計(jì)、試驗(yàn)效率。

空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系如圖6所示。

圖6 空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系

3.4 空降裝備電磁兼容性集成與測(cè)試

依據(jù)空降裝備電磁兼容性總要求，以及體系級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、分系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，在裝備體系研制的不同階段開展電磁兼容性試驗(yàn)，用于驗(yàn)證裝備體系電磁兼容性指標(biāo)。

3.5 空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系運(yùn)行與完善

結(jié)合空降裝備日常訓(xùn)練、演習(xí)等工作，采集訓(xùn)練、演習(xí)過程中裝備存在的電磁兼容性問題，并針對(duì)問題不斷補(bǔ)充完善電磁兼容性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)體系。

4 結(jié)語

在全面分析國(guó)內(nèi)外武器裝備體系電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，深入研究了國(guó)內(nèi)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合空降作戰(zhàn)流程、作戰(zhàn)特點(diǎn)，詳細(xì)梳理了空降裝備所面臨的電磁環(huán)境；基于體系設(shè)計(jì)思維，借鑒美國(guó)國(guó)防體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)，結(jié)合空降作戰(zhàn)特點(diǎn)，提出了空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建流程，詳細(xì)描述了各環(huán)節(jié)的實(shí)施方法、內(nèi)容及原則，為我國(guó)空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建提供了方法，并利用該方法初步構(gòu)建了空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系，可為后續(xù)空降裝備電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)體系細(xì)化研究提供技術(shù)支撐。