系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度測試與評估技術(shù)研究

賈翠霞，唐曉斌，闞德鵬

（中國電子科學(xué)研究院，北京 100041）

系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度測試與評估技術(shù)研究

賈翠霞，唐曉斌，闞德鵬

（中國電子科學(xué)研究院，北京 100041）

討論了系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度的內(nèi)涵和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，分析了系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度評估流程、評估指標(biāo)體系等難點(diǎn)，并結(jié)合系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度測試、計(jì)算、評估方法的研究，提出了工程中常用的幾種有效驗(yàn)證方法，最后，給出了系統(tǒng)EMC安全裕度評估實(shí)例，并對得出的結(jié)果進(jìn)行了分析。

電磁兼容；安全裕度；測試；評估

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，催生了一大批專用的復(fù)雜電子信息系統(tǒng)，特別是飛機(jī)、艦船、航天器、地面站、指揮車等系統(tǒng)，在有限的空間和平臺上集成了大量的電子信息設(shè)備。這類系統(tǒng)信息化高度集成，性能指標(biāo)高度先進(jìn)，使用環(huán)境和使用模式高度復(fù)雜，系統(tǒng)內(nèi)／系統(tǒng)間／系統(tǒng)與環(huán)境間的電磁干擾耦合交融，系統(tǒng)電磁兼容問題對系統(tǒng)安全具有決定性。

安全裕度用于反映系統(tǒng)電磁兼容性的安全程度，是評定一個(gè)系統(tǒng)電磁兼容性的重要指標(biāo)之一。為保證系統(tǒng)達(dá)到令人滿意的預(yù)期工作狀態(tài)，中國頒布了GJB1389A，明確規(guī)定了系統(tǒng)的電磁兼容性要求［1］，但未給出具體的測試方法，而且系統(tǒng)EMC測量技術(shù)在中國一直是薄弱環(huán)節(jié)，特別是系統(tǒng)EMC安全裕度的測試與評估更是系統(tǒng)級電磁兼容測評技術(shù)的一個(gè)難題。

1 系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度及要求

安全裕度是評定一個(gè)系統(tǒng)電磁兼容性的重要指標(biāo)之一，定義為敏感度閾值與實(shí)際干擾值之比?？杀硎緸椋?］

式中：mdB代表安全裕度；SdB代表系統(tǒng)的敏感閾值電平；IdB代表系統(tǒng)實(shí)際接收的電磁干擾值。

當(dāng)SdB＞IdB時(shí)，mdB＞0，系統(tǒng)處于兼容工作狀態(tài)。從可靠性看，系統(tǒng)的安全裕度（mdB）應(yīng)愈大愈好，但綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)費(fèi)效比問題，安全裕度愈大，電磁兼容設(shè)計(jì)費(fèi)用就增加愈多，只有適當(dāng)?shù)陌踩６戎担拍茉诖_保系統(tǒng)電磁兼容安全的基礎(chǔ)上使系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合平衡。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)［1］要求，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工作性能的要求、系統(tǒng)硬件的不一致性以及驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求時(shí)有關(guān)的不確定因素，確定安全裕度：

1）對于安全或者完成任務(wù)有關(guān)鍵性影響的功能，系統(tǒng)應(yīng)具有至少6 d B的安全裕度；

2）對于需要確保系統(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16．5 d B的安全裕度；對于其他電起爆裝置的最大不發(fā)火激勵(lì)應(yīng)具有6 d B的安全裕度。

可見，對于大多數(shù)信息系統(tǒng)平臺而言，安全裕度至少要求mdB≥6 d B，其符合性應(yīng)由試驗(yàn)、分析或其組合來驗(yàn)證。

2 系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度評估流程

對于系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度的測試與評估可以圖1所示的流程圖為參考進(jìn)行綜合測試評估。其基本過程為明確系統(tǒng)功能和任務(wù)→確定系統(tǒng)工作環(huán)境和工作狀態(tài)→建立評價(jià)指標(biāo)體系→選定評價(jià)原則和評價(jià)方法→理論仿真分析及試驗(yàn)驗(yàn)證→綜合評價(jià)→輸出評價(jià)結(jié)果→對系統(tǒng)功能和使用進(jìn)行完善。

3 系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度評估指標(biāo)體系

圖1 系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度評估流程圖

進(jìn)行系統(tǒng)電磁兼容安全裕度測試與評估的前提條件是：選擇正確的安全裕度評估體系。評估體系指標(biāo)選取的恰當(dāng)與否，將直接關(guān)系到系統(tǒng)電磁兼容安全裕度評估的科學(xué)性與合理性。

根據(jù)任務(wù)需求，明確系統(tǒng)、分系統(tǒng)和子系統(tǒng)的任務(wù)、效能因素構(gòu)成和評估要求。通過系統(tǒng)分析，理清效能因素的構(gòu)成及相互之間的關(guān)系，抓住主要環(huán)節(jié)建立系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度測試與評估指標(biāo)體系，圖2給出了電子信息系統(tǒng)常用的評估指標(biāo)體系。

圖2 系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度評估指標(biāo)體系

4 系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度測試與評估方法

圖3 系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度測試方法分析

依據(jù)電磁兼容理論及系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)機(jī)理，復(fù)雜電磁環(huán)境下系統(tǒng)內(nèi)／系統(tǒng)間／系統(tǒng)與環(huán)境間時(shí)域、頻域、能域和空域的電磁干擾耦合途徑只有前門耦合和后門耦合兩種情況，故系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度的測試方法最終都可歸結(jié)為輻射干擾法和傳導(dǎo)注入法2種，如圖3所示。

系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度計(jì)算方法如圖4所示：圖中橫坐標(biāo)f代表頻率，縱坐標(biāo)P代表安全系數(shù)，其中曲線A為實(shí)測的敏感度閾值，曲線為系統(tǒng)驗(yàn)收或摸底測試時(shí)依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或大綱要求所施加的敏感度限值線，曲線B為實(shí)測的系統(tǒng)電磁干擾限值。

由圖4分析，A－B系統(tǒng)的安全系數(shù)為m，當(dāng)系統(tǒng)通過了滿足A＇的敏感度試驗(yàn)后，并不能證明系統(tǒng)滿足安全裕度的要求，仍需開展相關(guān)的試驗(yàn)及綜合分析來進(jìn)一步評估該指標(biāo)的符合性。

系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度評估的方法［2］主要有直接試驗(yàn)法、外推法、故障判據(jù)法、綜合分析法幾種。在實(shí)際工程應(yīng)用中，鑒于單一方法的局限性，可根據(jù)被測系統(tǒng)特點(diǎn)幾種方法綜合使用。

以下介紹幾種在某些工程項(xiàng)目中使用過且行之有效的系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度的驗(yàn)證方法：

1）將規(guī)定的安全裕度（例如6 dB）人為地從敏感度閾值上減去，使受試系統(tǒng)對于干擾更為敏感；

2）在系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾的設(shè)備工作情況下，測量關(guān)鍵接口處的傳導(dǎo)干擾和所研究設(shè)備處的輻射干擾，然后與實(shí)驗(yàn)室里測量的敏感度結(jié)果進(jìn)行比較，就可以確定安全裕度，只要系統(tǒng)的試驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)室敏感度的試驗(yàn)方法之間具有類似性，這一比較就是正確、有效的；

3）首先在干擾發(fā)生器工作時(shí)，測量關(guān)鍵接口點(diǎn)的最大干擾信號，然后再向系統(tǒng)加入同樣性質(zhì)的、增加了規(guī)定安全裕度的信號，如果系統(tǒng)性能沒有下降，就驗(yàn)證了安全裕度滿足要求；

4）增加干擾源與敏感設(shè)備間的耦合度。如減少收發(fā)天線間距離、減少極化損失或減小饋線損耗。

5 系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度測試與評估實(shí)例

圖4 安全系數(shù)計(jì)算示意圖

下面以某信息系統(tǒng)平臺通信系統(tǒng)為例說明該項(xiàng)測試在實(shí)際工程中的應(yīng)用。EMC安全裕度評估主要是檢測被評估系統(tǒng)協(xié)同兼容工作及抗干擾能力，與普通的敏感度試驗(yàn)一樣，必須首先確定敏感判據(jù)，根據(jù)通信系統(tǒng)測試評估指標(biāo)體系，可選擇電臺靈敏度電平或信噪比作為安全裕度的評估指標(biāo)。該系統(tǒng)平臺電磁兼容安全裕度測試評估條件如表1所示，具體的測試結(jié)果見表2，盡管8部電臺均具有一定的安全余量，能夠兼容工作，滿足一定的使用要求，但其中電臺1至電臺4的安全系數(shù)大于6 dB，滿足安全余量要求，而電臺5至電臺8的安全系數(shù)小于6 d B，不滿足余量要求，在特定的情況下，存在不能正常通信的風(fēng)險(xiǎn)，從而影響該系統(tǒng)平臺整體的使用安全裕度，建議在緊急情況下應(yīng)盡量使用前4部電臺通信。

表1 某信息系統(tǒng)平臺安全裕度測評條件

表2 某信息系統(tǒng)平臺安全裕度測評結(jié)果

6 結(jié) 語

系統(tǒng)電磁兼容性安全裕度的合理測評已成為決定現(xiàn)代大型復(fù)雜電子信息系統(tǒng)研制成敗的關(guān)鍵問題之一，在系統(tǒng)研制和使用中受到越來越廣泛的關(guān)注與重視。筆者提供的測評方法已成功應(yīng)用于多個(gè)大型系統(tǒng)的測評，并取得了較好的效果，為同類大型系統(tǒng)電磁兼容安全裕度的測評提供了指導(dǎo)思路和參考案例。

［1］ GJB1389A—2005，系統(tǒng)電磁兼容性要［S］．

［2］ 宋文武，鄒忠欒．EMC安全裕度評估方法探討［J］．艦船電子工程，1998（4）：48－52．

O441

A

1008－1542（2011）12－0126－03

2011－06－20；責(zé)任編輯：李 穆

賈翠霞（1976－），女，吉林吉林人，高級工程師，碩士，主要從事系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)評估與試驗(yàn)驗(yàn)證、電磁環(huán)境效應(yīng)、電磁信息安全等方面的研究。