某型導彈發(fā)射車系統(tǒng)電磁兼容試驗方法*

魏建峰,靳秋紅,陳文海

(西安現(xiàn)代控制技術研究所,西安 710065)

0 引言

隨著科技水平的發(fā)展、高新技術的廣泛應用以及軍隊現(xiàn)代化建設的持續(xù)推進,武器裝備的數(shù)字化、信息化程度有了大幅的提高,功能和性能有了質(zhì)的的飛躍。但是,與此同時,隨著武器系統(tǒng)復雜程度的提高,電磁兼容問題的復雜性也呈指數(shù)形式上升,并成為影響裝備作戰(zhàn)能力提升的關鍵因素。其原因主要是一方面戰(zhàn)場電磁環(huán)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(huán)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(zhàn)[1];另一方面產(chǎn)品本身大量應用了大功率、寬頻帶、大規(guī)模集成電路的電子產(chǎn)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(chǎn)品都按GJB151B—2013進行電磁兼容試驗,但即使系統(tǒng)內(nèi)的每個設備都通過了電磁兼容試驗,并不能必然保證系統(tǒng)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(tǒng),其設備構成、線纜數(shù)量、耦合關系相對簡單。而系統(tǒng)級產(chǎn)品則涉及到設備或分系統(tǒng)之間的電纜連接、空間耦合、系統(tǒng)接地等系統(tǒng)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(tǒng)電磁兼容性能,有必要對武器系統(tǒng)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(fā)射車系統(tǒng)級電磁兼容試驗的方法。

1 某型導彈發(fā)射車特點分析

某型導彈發(fā)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(zhàn)任務,其主要特點有三。首先,發(fā)射車系統(tǒng)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(fā)射車工作電源供電形式多樣,既可以由車載自發(fā)電裝置產(chǎn)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(tǒng)綜合化信息化程度高。系統(tǒng)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(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)和視頻信息共享,保證系統(tǒng)各設備間的協(xié)同工作;中央任務處理機和總線系統(tǒng)是發(fā)射車系統(tǒng)的核心,也是電磁兼容設計的重點,一旦處理不好,對系統(tǒng)的影響將是致命的。第三,系統(tǒng)配置靈活,工作模式多樣,發(fā)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(fā)攻擊,也可以連續(xù)攻擊,既可以間瞄射擊,也可以自主偵察自主作戰(zhàn)。工作模式的多樣化,同時也表明系統(tǒng)內(nèi)各設備間干擾關聯(lián)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(tǒng)電磁兼容試驗必要條件

2.1 確定分系統(tǒng)和各設備狀態(tài)

在進行發(fā)射車系統(tǒng)電磁兼容試驗前,組成系統(tǒng)的各分系統(tǒng)和各設備應經(jīng)過產(chǎn)品調(diào)試、驗收,滿足設計技術要求,其硬件軟件狀態(tài)已經(jīng)固化,各分系統(tǒng)和各設備應通過GJB151B—2013規(guī)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(jīng)評估對系統(tǒng)自兼容影響不大的設備,也可以參加系統(tǒng)電磁兼容試驗。

2.2 確定系統(tǒng)級電磁兼容試驗大綱

在進行系統(tǒng)電磁兼容試驗前,首先需要根據(jù)GJB1389A—2005的要求,結合訂購方需求以及項目實際,經(jīng)過適當裁減或增加,確定系統(tǒng)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(fā)射車系統(tǒng)的各種供電方式、各種工作模式和各種實際使用狀態(tài),防止電磁兼容試驗時避重就輕,錯測漏測現(xiàn)象的發(fā)生;第三,應編制系統(tǒng)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(jù)。

2.3 試驗要以實際使用環(huán)境為基礎

作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)導彈發(fā)射車的常態(tài)電磁環(huán)境以及不同裝備編配使用時面臨的電磁兼容環(huán)境,都有可能引發(fā)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(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù),經(jīng)過統(tǒng)計處理,必要時將其和標準要求的數(shù)據(jù)作為共同的敏感性試驗中的注入信號,以考核導彈發(fā)射車適應實際電磁環(huán)境的能力。

2.4 對測試工裝要采取隔離措施

導彈發(fā)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(fā)射車輸出的一些數(shù)據(jù)或參數(shù)也需要進行檢測,以判斷發(fā)射車工作狀態(tài)。但是這些輸入輸出設備有可能因自身原因?qū)е卤粶y系統(tǒng)無法通過系統(tǒng)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(tǒng)電磁兼容試驗項目

某型導彈發(fā)射車系統(tǒng)級電磁兼容試驗,主要進行系統(tǒng)輻射安全裕度、系統(tǒng)傳導安全裕度、系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性、外部射頻電磁環(huán)境、靜電電荷控制、電磁輻射危害、電搭接和復雜電磁環(huán)境等八項試驗,具體內(nèi)容如表1所示。

表1 系統(tǒng)電磁兼容試驗項目

4 系統(tǒng)電磁兼容試驗方法

4.1 系統(tǒng)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(tǒng)應具有至少6 dB的安全裕度;對于確保系統(tǒng)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(fā)射車內(nèi)部左右兩側(cè)和后部3個位置進行測試,所有設備和分系統(tǒng)加電工作,電臺處于全功率發(fā)射狀態(tài),敵我識別系統(tǒng)處于詢問狀態(tài),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(nèi)發(fā)射車不同測試位置的實際電場強度E0。

然后所有系統(tǒng)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(diào)制,對各測試點進行照射,并用場強監(jiān)測儀進行監(jiān)測,觀察系統(tǒng)運行過程中是否敏感。

4.2 系統(tǒng)傳導安全裕度

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

然后根據(jù)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(zhí)行、耽誤發(fā)射或大大降低系統(tǒng)有效性的設備和分系統(tǒng),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(diào)制,注入到相應的電源線;對電磁兼容性可能導致降低系統(tǒng)有效性,從而影響任務完成的分系統(tǒng)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(diào)制,注入到相應的電源線;

系統(tǒng)在全功率、各種模式狀態(tài)下按照系統(tǒng)工作流程工作,監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中是否敏感。

4.3 系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性

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

系統(tǒng)內(nèi)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(xù)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(tǒng)和設備按照工作狀態(tài)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(fā)射裝置調(diào)轉(zhuǎn),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(huán)境

發(fā)射車系統(tǒng)功能和性能應與規(guī)定的外部射頻電磁環(huán)境兼容。試驗時選取發(fā)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(fā)射車實際工作狀態(tài)連接所有分系統(tǒng)和設備,所有設備加電正常工作,電臺處于全功率發(fā)射狀態(tài),系統(tǒng)按照正常工作流程工作,在10 kHz～40 GHz頻率范圍內(nèi)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(diào)制,對各測試點進行照射,試驗過程中觀察發(fā)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(fā)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(fā)射車系統(tǒng)應消除各種電荷產(chǎn)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(qū)域,包括發(fā)射車乘員經(jīng)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(xiàn)象,發(fā)射控制裝置不應意外點火。

表2 系統(tǒng)外部電磁環(huán)境

4.6 電磁輻射危害

發(fā)射車應保證乘員在各個工作狀態(tài)時身體的安全,電磁輻射不能超過規(guī)定的要求。利用寬輻測量儀探頭,在發(fā)射車正常工作時間內(nèi),取一定時間間隔進行最大電平測量,然后通過公式轉(zhuǎn)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(yè)區(qū)短波、超短波、微波連續(xù)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(huán)境效應,系統(tǒng)電搭接應保證設備殼體到系統(tǒng)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(huán)境

考核導彈發(fā)射車在復雜電磁環(huán)境下的適應性,其難點主要在于如何構建復雜的電磁環(huán)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(zhàn)區(qū)域以及武器裝備之間協(xié)同作戰(zhàn)經(jīng)常會遇到的各種電磁環(huán)境;二是要考慮作戰(zhàn)對象的相關因素,主要模擬敵方作戰(zhàn)平臺上的設備的型號、數(shù)量、功率和工作頻率等;三是要考慮背景對象,主要模擬作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)自然電磁環(huán)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(huán)境下,導彈發(fā)射車按照正常使用工況進行工作,觀察系統(tǒng)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(fā)射車武器系統(tǒng)的系統(tǒng)電磁兼容的試驗方法,經(jīng)過了電磁兼容試驗室的系統(tǒng)電磁兼容試驗考核驗證,系統(tǒng)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(jīng)驗,可以為同類產(chǎn)品的系統(tǒng)電磁兼容試驗提供一定的借鑒。由于武器系統(tǒng)面臨的的電磁環(huán)境日益復雜,未來考核的項目和內(nèi)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。