美軍電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)與評(píng)價(jià)策略研究

盧西義，肖凱寧

（1．61226部隊(duì)，北京 100079；2．解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院，江蘇南京 210007）

美軍電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)與評(píng)價(jià)策略研究

盧西義1，2，肖凱寧1

（1．61226部隊(duì)，北京 100079；2．解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院，江蘇南京 210007）

研究了美軍電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)與評(píng)價(jià)項(xiàng)目，將E3研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)內(nèi)容劃分為分系統(tǒng)和設(shè)備EMC、平臺(tái)和系統(tǒng)內(nèi)EMI、平臺(tái)和系統(tǒng)間EMI以及特殊的E3試驗(yàn)，重點(diǎn)分析了平臺(tái)和系統(tǒng)內(nèi)EMI試驗(yàn)方法；梳理了使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)需要考慮的問題。為建立電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)策略提供借鑒。

電磁環(huán)境效應(yīng)；試驗(yàn)與評(píng)價(jià)；研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)；使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)是裝備全壽命期管理的重要工作，通過試驗(yàn)可以驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì)方案，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝備存在的缺陷，通過試驗(yàn)檢驗(yàn)武器裝備在預(yù)期工作電磁環(huán)境中的使用效能和電磁易損性，檢驗(yàn)裝備是否達(dá)到規(guī)定的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)和使用要求。歷史上，由于不能充分確認(rèn)平臺(tái)、系統(tǒng)、分系統(tǒng)和設(shè)備在預(yù)期使用電磁環(huán)境中性能，已經(jīng)造成了嚴(yán)重的事故。因此，電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)應(yīng)著眼于未來信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的本質(zhì)特征，突出復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)武器裝備帶來的新問題、新挑戰(zhàn)。當(dāng)今，美軍在武器裝備電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)與評(píng)價(jià)方面，不斷研究和探索電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)技術(shù)與創(chuàng)新，取得了明顯的成效。筆者簡(jiǎn)要介紹了美軍電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)策略，為我軍電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)提供借鑒。

1 美軍電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)與評(píng)價(jià)分類

1．1 電磁環(huán)境效應(yīng)

電磁環(huán)境效應(yīng)是電磁環(huán)境對(duì)軍事力量、設(shè)備、系統(tǒng)和平臺(tái)運(yùn)行能力的影響，它涵蓋所有的電磁學(xué)科，包括電磁兼容性，電磁干擾，電磁易損性，電磁脈沖，電子防護(hù)、靜電放電、電磁輻射對(duì)人員、軍械和易揮發(fā)性物質(zhì)如燃油的危害。電磁環(huán)境效應(yīng)包括射頻系統(tǒng)、超寬帶設(shè)備、高功率微波系統(tǒng)、雷電和沉積靜電等輻射源產(chǎn)生的電磁環(huán)境引起的電磁效應(yīng)［1］。

1．2 美軍電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)及評(píng)價(jià)目的與分類

進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，驗(yàn)證建模與仿真，確定性能規(guī)范的符合性和確定研制裝備在預(yù)期電磁環(huán)境中的使用效能和易損性，是電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)與評(píng)價(jià)的目的。美軍電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)與評(píng)價(jià)分為研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)（DT＆E）、使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)（OT＆E）［2－3］。

1．2．1 研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)的主要目的是驗(yàn)證系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)和開發(fā)過程的完備性，降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范的滿足程度，確保系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范。研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)的主要任務(wù)是：識(shí)別研制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；驗(yàn)證系統(tǒng)的能力水平；評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)和方案的可行性；對(duì)技術(shù)進(jìn)展作出評(píng)價(jià)。

1．2．2 使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)是在接近真實(shí)作戰(zhàn)條件下的外場(chǎng)試驗(yàn)，目的是確定由典型用戶使用時(shí)用頻裝備的有效性和適用性。

2 美軍電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)與評(píng)價(jià)項(xiàng)目

研制裝備通常要進(jìn)行以下試驗(yàn)項(xiàng)目：

1）分系統(tǒng)和設(shè)備電磁兼容性鑒定試驗(yàn)；

2）分系統(tǒng)和設(shè)備安裝檢查，主要檢查接地、搭接和線纜布置等；

3）功能試驗(yàn)，確定安裝后的分系統(tǒng)和設(shè)備是否滿足性能規(guī)范；

4）分系統(tǒng)內(nèi)試驗(yàn)，其目的是驗(yàn)證構(gòu)成分系統(tǒng)的設(shè)備（如雷達(dá)、點(diǎn)火控制、機(jī)械控制、通信等）在一起能兼容工作；

5）系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性試驗(yàn)與分析，其目的是驗(yàn)證平臺(tái)、系統(tǒng)內(nèi)的所有分系統(tǒng)和設(shè)備能兼容工作，沒有因?yàn)镋3而降低性能；

6）系統(tǒng)、平臺(tái)電磁兼容性試驗(yàn)與分析，目的是確認(rèn)系統(tǒng)、平臺(tái)在預(yù)期電磁環(huán)境中的使用效能、易損性等。

其中1）—5）屬于研制試驗(yàn)，通常由承研單位或軍方研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)部門在電波暗室等標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地內(nèi)完成；6）屬于使用試驗(yàn)，由專門的使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)部門在接近真實(shí)環(huán)境的外場(chǎng)條件下組織實(shí)施。

3 E3研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

E3研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)將驗(yàn)證工程設(shè)計(jì)和研制過程的完整性，E3風(fēng)險(xiǎn)降至最小，研制項(xiàng)目符合經(jīng)剪裁的軍用標(biāo)準(zhǔn)（MIL－STD－461或464）形成的合同E3規(guī)范。研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)主要考慮技術(shù)問題。

3．1 E3研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)內(nèi)容

表1給出了美軍E3研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)內(nèi)容及依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。

3．1．1 分系統(tǒng)和設(shè)備EMC

分系統(tǒng)和設(shè)備EMC試驗(yàn)，即傳導(dǎo)和輻射的發(fā)射和敏感度試驗(yàn)，試驗(yàn)依據(jù)美軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL－STD－461F—2007《設(shè)備和分系統(tǒng)電磁干擾特性控制要求》進(jìn)行。在試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)被試分系統(tǒng)和設(shè)備實(shí)際，對(duì)試驗(yàn)限值進(jìn)行剪裁［4］。

3．1．2 平臺(tái)和系統(tǒng)內(nèi)EMI試驗(yàn)

MIL－STD－461規(guī)定的分系統(tǒng)和設(shè)備的限值由大多數(shù)技術(shù)狀態(tài)和環(huán)境的經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)得到的。符合這些限值要求可以保證以高的置信度實(shí)現(xiàn)平臺(tái)或系統(tǒng)的電磁兼容性，然而，并不能完全保證實(shí)現(xiàn)兼容性。在一個(gè)平臺(tái)或系統(tǒng)內(nèi)，分系統(tǒng)和設(shè)備必須能夠與同時(shí)運(yùn)行的其他分系統(tǒng)和設(shè)備一起提供全面的性能。某一分系統(tǒng)或設(shè)備產(chǎn)生的EMI必須不能降低整個(gè)平臺(tái)或系統(tǒng)的性能。平臺(tái)或系統(tǒng)內(nèi)EMI是需要關(guān)注的要素之一，MILSTD－464C《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)要求》對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的討論。

平臺(tái)和系統(tǒng)內(nèi)EMI試驗(yàn)是最復(fù)雜的，其試驗(yàn)?zāi)康氖菣z查平臺(tái)、系統(tǒng)內(nèi)電子設(shè)備能否兼容工作。要進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)EMI試驗(yàn)，不僅要保持系統(tǒng)工作時(shí)實(shí)際的互連關(guān)系，而且要保持系統(tǒng)實(shí)際工作狀態(tài)。首先要確定作為干擾源的電子設(shè)備，確定作為干擾源的電子設(shè)備的工作模式、工作狀態(tài)、發(fā)射頻率等；再確定潛在的敏感設(shè)備。通過分析、試驗(yàn)確定最敏感的途徑；要選擇系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)；要確定敏感判據(jù)；要對(duì)所有設(shè)備以不同組合的工作狀態(tài)、不同組合的開關(guān)機(jī)進(jìn)行設(shè)備的“多對(duì)一”、“多對(duì)多”相互干擾檢查。在進(jìn)行相互干擾檢查前，需要電磁環(huán)境效應(yīng)專業(yè)人員進(jìn)行大量的協(xié)調(diào)工作，認(rèn)真與設(shè)備生產(chǎn)廠家、設(shè)備集成廠家進(jìn)行技術(shù)交流，了解各個(gè)電子設(shè)備的工作原理、工作方式和敏感判據(jù)。要制定詳細(xì)的試驗(yàn)步驟和方法（包括試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)步驟、敏感判據(jù)、應(yīng)用的限值、關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)、頻率選擇等）。

3．1．3 平臺(tái)和系統(tǒng)間EMI評(píng)價(jià)

平臺(tái)和系統(tǒng)間EMI試驗(yàn)?zāi)康氖窃u(píng)價(jià)一個(gè)平臺(tái)或系統(tǒng)對(duì)另一個(gè)平臺(tái)或系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響而導(dǎo)致的使用問題。試驗(yàn)前必須定義EME并用于對(duì)平臺(tái)／系統(tǒng)間的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。平臺(tái)和系統(tǒng)間EMI來源于鄰近的平臺(tái)或系統(tǒng)的輻射發(fā)射，用頻系統(tǒng)的信號(hào)路徑是最敏感的路徑，試驗(yàn)時(shí)要依據(jù)定義的EME開展試驗(yàn)。

表1 E3研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)內(nèi)容

3．2 特殊的E3試驗(yàn)

特殊的E3要求包括沉積靜電、雷電、電磁脈沖、高功率微波、超寬帶系統(tǒng)以及電磁輻射的危害。特殊的E3試驗(yàn)項(xiàng)目需要根據(jù)被試系統(tǒng)全壽命期可能遇到的威脅電磁環(huán)境而定。這些試驗(yàn)大都需要特殊的試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)方法及試驗(yàn)步驟需要根據(jù)具體的試驗(yàn)系統(tǒng)而定。

4 使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

4．1 使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)的目的

歷史上，在使用EME中不能充分驗(yàn)證平臺(tái)、系統(tǒng)、分系統(tǒng)或設(shè)備的性能，已造成了昂貴的延遲、任務(wù)放棄和使用性能降低。E3使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)，在盡可能真實(shí)的使用EME中完成，用以確定被試項(xiàng)目在預(yù)期使用電磁環(huán)境中使用有效性。使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)在研制試驗(yàn)與評(píng)價(jià)之后開展。

使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)主要考慮使用問題。使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)的作用是確保被試系統(tǒng)在真實(shí)電磁環(huán)境下滿足經(jīng)過確認(rèn)的用戶使用要求。使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是使用要求、使用效能和適用性，而不是像研制試驗(yàn)?zāi)菢幼C明技術(shù)問題。

使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)強(qiáng)調(diào)在真實(shí)的使用電磁環(huán)境下進(jìn)行，要求電磁環(huán)境的設(shè)置接近真實(shí)使用電磁環(huán)境。試驗(yàn)重點(diǎn)放在EMC／EMI，以及由在頻譜可用性方面的限制所引起的使用性能的限制。

4．2 使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)考慮

成對(duì)標(biāo)識(shí)潛在的EMI源和敏感設(shè)備，并通過各種不同模式和功能對(duì)安裝在平臺(tái)或系統(tǒng)上的分系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)價(jià)，同時(shí)，監(jiān)測(cè)其余項(xiàng)目的降級(jí)情況。一個(gè)干擾源對(duì)一個(gè)敏感設(shè)備和多個(gè)干擾源對(duì)一個(gè)敏感設(shè)備的情況都應(yīng)評(píng)價(jià)。對(duì)用頻系統(tǒng)，編制頻率選擇計(jì)劃，如諧波、互調(diào)、交調(diào)等；對(duì)研制試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的不期望的響應(yīng)進(jìn)行使用試驗(yàn)與評(píng)價(jià)；所有分系統(tǒng)和設(shè)備在使用平臺(tái)電源同時(shí)工作時(shí)，輸電線失真、諧波或瞬態(tài)對(duì)共用該電源的分系統(tǒng)的影響；在使用全頻率范圍內(nèi)對(duì)接收機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

［1］ MIL－STD－464C—2010，Electromagnetic Environmental Effects Requirements for Systems［S］．

［2］ DoDD 5000．1，The Defense Acquisition System［S］．

［3］ MIL－HDBK－237D，Electromagnetic Environmental Effects and Spectrum Supportability Guidance for the Acquisition Process［S］．

［4］ MIL－STD－461F，Requirements for the Control of Electromagnetic Interference Characteristics of Subsystems and Equipment［S］．

［5］ E3 and SM，Assessment Guide for Operational Testing［S］．

TM151

A

1008－1542（2011）12－0108－03

2011－06－20；責(zé)任編輯：張士瑩

盧西義（1972－），男，山東日照人，工程師，博士，主要從事電磁環(huán)境效應(yīng)、電磁頻譜管理方面的研究。