艦船電子系統(tǒng)電磁兼容性問題分析及對策探討

禤展藝

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510663）

艦船電子系統(tǒng)電磁兼容性問題分析及對策探討

禤展藝

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510663）

中國作為世界大國，擁有極長的海岸線，對應的海防就要有相當?shù)谋Ｕ?。艦船是海上防衛(wèi)的重要力量，其電子系統(tǒng)的電磁兼容問題直接影響著整個艦船的安全性和艦船的戰(zhàn)斗力。一般而言，艦船里的電子設備種類繁多，技術(shù)狀態(tài)非常復雜，相互之間會產(chǎn)生嚴重的電磁干擾，因此，文章對艦船里的電子系統(tǒng)的電磁兼容性問題進行了分析并找出相應的對策來提高艦船的安全性能。文章主要是從艦船的硬件和軟件2部分來分析電磁干擾產(chǎn)生的原因，再針對相應的原因找出解決辦法。

電磁干擾；艦船；電磁兼容；對策

當今世界雖說基本處在總體和平、局部動蕩的狀態(tài)，但各國對國家軍事力量尤其是海上軍事力量一直都非常重視，局部地區(qū)甚至出現(xiàn)軍備競賽。我國秉承和平發(fā)展的國策，一直倡導與各國和平相處，共同發(fā)展，但這仍無法避免近年來各國對中國的施壓，特別是美國作為幫兇對南海問題的干涉。對此，我國海軍艦隊需要不斷地完善和提高艦船的綜合戰(zhàn)斗能力。而對于艦船本身而言，通信系統(tǒng)是重中之重。通信系統(tǒng)電子設備非常多，而且復雜，在艦船復雜使用環(huán)境中，有些電子設備之間也很難避免電磁的干擾，特別是操作平臺上的電磁信號強，磁頻信號寬，功率大。電磁干擾不進行處理，將會直接影響通信效果和通信質(zhì)量，甚至導致設備運行異常和毀壞，產(chǎn)生安全威脅。所以本文提出了電磁兼容性問題，如果電磁兼容好，就可以提高艦船的安全性、可靠性、隱蔽性；如果處理不好就會影響到整個艦船的性能，嚴重點還會破壞艦船本身的一些設備。GJB151A，HJB等都對艦船電磁兼容性提出要求，并制定相關(guān)測試標準。因此，要深入分析艦船的電子系統(tǒng)的電磁環(huán)境，分析電磁的干擾源以及傳播途徑，降低電磁的干擾。

1　艦船電子系統(tǒng)電磁干擾的產(chǎn)生

電磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行，并不對其環(huán)境中的任何設備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括2個方面的要求：一方面是指設備在正常運行過程中，對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

要進行電磁兼容性問題的研究首先就要知道電磁干擾是怎樣產(chǎn)生的，從電磁干擾的原理可知，產(chǎn)生電磁干擾問題主要有3個方面的問題，分別是干擾源、電磁傳播以及電子系統(tǒng)的敏感設備，因此，下面首先來探討一下這3個因素的問題。

1.1干擾源

在艦船上電子設備多，對應的干擾源也特別多，具體可分為功能性干擾和非功能性的干擾。所謂的功能性干擾就是一些設備的有用能量對其他設備的干擾，非功能性的干擾就是無用的電磁信號能量對設備的干擾。

（1）無線電設備之間的互相干擾。艦船上有很多無線電設備，其擔任著通信、導航、雷達掃描、遠程操作等重任。這些無線電信號的波長從毫米級到米級不等，有的甚至更小，各種電磁波摻雜在一起，強度不一，相互之間都會有影響，而且各種電磁波在艦船中產(chǎn)生諧波互調(diào)，由此調(diào)制出來的無線電波也會影響艦船里的電子設備，所以僅僅這樣產(chǎn)生的電磁干擾較多。

（2）各種脈沖電流、開關(guān)電路和振蕩電路的干擾。在艦船里肯定有許多變化中的電路，比如脈沖數(shù)字電路的基準時鐘、頻率振蕩電路以及交流穩(wěn)壓電路中經(jīng)常開合的開關(guān)電源所產(chǎn)生的開關(guān)頻率的高次諧波等等，這些都是常見的干擾源，它們會通過電流通道進入主系統(tǒng)，還帶有很強的電磁輻射能量，影響艦船的整體安全。一般艦船按照設計要求，都要設計得體積精小、功能強大，這就會把各種電路、數(shù)字器件、單片機等集成芯片等整合在一起，在窄小的空間里，各電路都會產(chǎn)生電路諧波，各種形式的信號相互影響，自相干擾，嚴重制約著艦船性能的提高，有的敏感元件還會因此遭到損壞，造成設備不能正常工作。

（3）設備線纜之間的互擾。受艦船空間設計的要求，艦船里的電纜線的分布非常密集，而且信號傳輸頻率高、強度大，這就造成平行的電纜線之間會互相干擾，不平行的電纜線也會由于電源、接地和船體等耦合電子信號形成電磁干擾，這樣的干擾在小艦船里更是常見，而且很難避免。

1.2電磁干擾的傳播途徑

電磁干擾的傳播主要是通過耦合進行的，因為艦船里的電子設備密集，一些能量就會從一端傳到另一端。艦船里的干擾基本有2種，一種是傳導耦合干擾，另一種是輻射耦合干擾，即傳導性電磁干擾（Conducted EMI）和輻射性電磁干擾（Radiated EMI）。傳導耦合是指電磁等能量經(jīng)過導體進行傳播，只要在干擾源和敏感設備之間存在完整的電路連接。這些電路連接可以通過導線、機殼、電感、電容等來進行，它們通過返回通道（包括其他電路回路）將電路連接起來，以此來產(chǎn)生傳導耦合，傳導耦合一般存在于低頻段。輻射耦合就是電磁的能量在空氣中以能量輻射的形式進行傳播，由輻射耦合的距離來看，又有近場耦合和遠場耦合。只要干擾源與敏感元件之間存在電場，一般的連接就能形成耦合，設備的機殼、元件、導線之間都存在輻射耦合，輻射耦合一般存在于高頻段。通常，當電磁干擾波的頻率小于30MHz時，電磁干擾主要是以傳導方式在電子設備中產(chǎn)生傳導性噪音，可通過測試電源線感應的電壓來衡量干擾程度。當電磁干擾波的頻率高于30MHz時，電磁干擾主要以輻射方式在電子設備中產(chǎn)生輻射噪凌音，以直接測量傳播到空間的干擾波來評價干擾程度。

1.3敏感設備

敏感設備容易受電磁的干擾，當有電磁干擾時敏感設備就有可能不正常工作，這些敏感設備對干擾的吸收能力都很弱，而且抗干擾能力弱。要解決電磁兼容性問題，對敏感設備的處理也是一大前提。

2　電磁兼容性的措施

2.1硬件的電磁兼容性

（1）屏蔽。根據(jù)上面分析電磁干擾產(chǎn)生的原因，可以通過屏蔽方式屏蔽信號，屏蔽的方式又可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽3種方式。

電場屏蔽就是利用密閉的金屬屏蔽層把艦船里受到電磁干擾的電纜線和電路包裹起來，特別是艦船里的電源線路，對弱信號的線路也要屏蔽起來，以提高電子系統(tǒng)的抗干擾能力。因此接地良好及選擇良導體作為屏蔽體是關(guān)鍵，頻率范圍1～500MHz。磁場屏蔽就是將高導磁性材料制作成密封器，然后把受干擾的電路包起來，比如一些電源變壓器、驅(qū)動電機等。要把這些設備屏蔽起來，選擇鋼、鐵、坡莫合金等高磁導率的材料設計屏蔽體是關(guān)鍵，頻率范圍10～500kHz。電磁屏蔽的原理是由金屬屏蔽體通過對電磁波的反射和吸收來屏蔽輻射干擾源的電場與磁場分量，且頻率500MHz以上的電磁波主要靠吸收，因此設備或系統(tǒng)的孔縫泄漏成為電磁屏蔽的關(guān)鍵，類似于電磁屏蔽就是在電磁傳播的路徑上放置一個金屬環(huán)，這樣金屬環(huán)中便產(chǎn)生一個渦流，而渦流產(chǎn)生的電磁場就會抵消掉射在導線表面的電磁波，這樣就能屏蔽一些在屏蔽層的電路。因此可以根據(jù)不同的情況采用不同的屏蔽措施，以達到屏蔽電磁干擾的效果。

（2）濾波。濾波作用是利用不同頻率的信號，對電容或電感組件會產(chǎn)生不同阻抗（即較高頻率的號，其感抗較大而容抗較小，而較低頻率的信號，其感抗較小，容抗較大）而造成不同頻率信號，對于電容或電感之衰減量不同，故使所需訊號與噪聲之S/N比值提高，而達到噪聲干擾（噪音）防制的效果。通?？梢岳脼V波器來防止電子系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁信號干擾到其他電子系統(tǒng)，以此來解決電纜線間的傳導耦合的電磁干擾。

（3）接地。在設備和艦船的金屬部分建立起連接，使其有公共的零電位的基準面，給電磁干擾提供一個低電阻的通道，以此來避免設備受到電磁的干擾，同時良好的接地能避免艦船遭受雷擊以及高壓沖擊的影響。

（4）設備合理布局，合理布線。因艦船設備多，線路密集且復雜，在考慮艦船結(jié)構(gòu)分布的同時還要考慮到設備和線路之間的電磁干擾的影響，要從電磁兼容性的問題出發(fā)，讓有強干擾的設備盡量與敏感設備分離開來安裝。一般為了美觀和節(jié)省空間，都會把電纜線捆在一起，但這樣就會把電源線、信號線、導線等綁在一起，會產(chǎn)生很大的電磁干擾，影響電子系統(tǒng)的正常工作。所以應該分類布線，電源線、信號線、控制線、數(shù)據(jù)線、地線等分類走線，把功能性質(zhì)一樣的捆扎在一起，不一樣的要分開來布線。

3　軟件的電磁兼容性

軟件的電磁兼容性就是利用軟件來降低電磁的干擾，這樣就不需要上面所說的硬件改變，不需要硬件所需的環(huán)境和對干擾源的精確定位，降低了制造的成本，工程也簡單許多，簡化了設計復雜度，非常靈活、方便地解決了艦船里受到的各種電磁干擾。不過采用軟件電磁兼容所花費的時間會較長，因為軟件是采用數(shù)字濾波的，它要反復地讀取數(shù)據(jù)，不斷地進行對比，只有達到所要求的值才會穩(wěn)定下來，所以這樣消耗的時間就會很長，對于受到?jīng)_擊已損壞的設備元件，軟件起不到保護作用。

具體的軟件方法有軟件的容錯法、軟件的數(shù)字濾波、軟件時間計數(shù)法和軟件陷阱法。這些就是利用軟件設置一些程序，考慮到艦船的電子系統(tǒng)會受到的各種干擾情況，設計一些特定的程序，以此來解決電磁干擾問題。

4　結(jié)語

由于艦船的電子系統(tǒng)相當復雜，電磁環(huán)境非常惡劣，設備線纜之間都存在自相的電磁干擾，但艦船對電子系統(tǒng)的要求又高，所以急需采用電磁兼容來解決。電磁兼容性問題也要有關(guān)鍵技術(shù)的支持，所以要解決這些問題就要從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)，考慮到整個系統(tǒng)的影響，采用最合適的方法解決電磁干擾問題?？梢圆捎糜布鉀Q，也可采用軟件解決，甚至可以軟硬件同時使用，使各系統(tǒng)相互兼容，互不影響地工作。

［1］蔡仁剛.電磁兼容原理、設計和預測技術(shù)［M］.北京：北京航空大學出版社，1997.

［2］孟進.電力電子系統(tǒng)傳導干擾建模和預測方法研究［D］.武漢：海軍工程大學，2006.

［3］黃崇敬.艦船通信系統(tǒng)電磁兼容研究［C］.武漢：中國通信學會第五屆學術(shù)年會論文集，2008.

［4］劉民.大型電子系統(tǒng)平臺電磁兼容驗證測試方法研究［J］.中國電子科學研究院學報，2006（2）：162-167.

Analysis and Countermeasure Discussion of Ship Electronic System Electromagnetic Compatibility Problem

Xuan Zhanyi
（Guangzhou Haige Communications Group Co.， Ltd.， Guangzhou 510663， China）

As a big country in the world， China has a very long coastline， corresponding to the coast to have considerable support， ship is an important force in the maritime defense， the electronic system electromagnetic compatibility problem directly affects the whole ship safety and ship combat. Generally speaking， all kinds of electronic equipments are in the ship， the technical condition is very complex， between each other will produce serious electromagnetic interference （EMI）. Therefore， this paper on ship electronic system electromagnetic compatibility problem analysis and find the corresponding countermeasures to improve the safety performance of the ship. This paper is mainly generated from the ship's hardware and software two parts analyze the electromagnetic interference. And then find out the solution to the corresponding reasons.

electromagnetic interference； ship； electromagnetic compatibility； countermeasure

禤展藝（1981-），男，廣東肇慶，本科，工程師；研究方向：短波通信技術(shù)，無線通信原理，軍用通信系統(tǒng)組建，艦船通信組網(wǎng)系統(tǒng)，艦船通信設備電磁兼用性。