導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究?

李 楊

（92941部隊 葫蘆島 125001）

1 引言

在導(dǎo)彈的設(shè)計中，存在大量精密度很高的電氣設(shè)備，只有在保證整個系統(tǒng)具備很高抗干擾能力的基礎(chǔ)上才能夠保證導(dǎo)彈能夠穩(wěn)定運(yùn)行。另外對于海軍常用的反艦導(dǎo)彈、防空導(dǎo)彈來說，由于導(dǎo)彈的運(yùn)行環(huán)境中有更高的水蒸氣，在導(dǎo)彈飛行中更容易產(chǎn)生對電氣系統(tǒng)的干擾因素，所以在海軍導(dǎo)彈的設(shè)計中，對抗干擾技術(shù)提出了更高要求。

2 導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的常見干擾因素

導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的常見干擾因素可分為內(nèi)因和外因兩個方面，這兩方面內(nèi)容如下。

2.1 內(nèi)因干擾因素

內(nèi)因干擾因素是指在導(dǎo)彈中含有的電氣設(shè)備之間產(chǎn)生的干擾信號，內(nèi)因干擾因素包括以下內(nèi)容。

2.1.1 電信號干擾

對于海軍導(dǎo)彈來說，中短程導(dǎo)彈的配備數(shù)量較多，考慮到導(dǎo)彈的隱身性能以及艦船的空間因素，這類導(dǎo)彈的尺寸通常較小，所以各類線纜之間的距離會很近，為了防止線纜在導(dǎo)彈運(yùn)行中產(chǎn)生晃動，也會對線纜進(jìn)行捆扎，加劇了電信號的干擾效果。導(dǎo)彈中的線纜輸電有兩種形式，一種為強(qiáng)電，例如點火系統(tǒng)中的線纜電流，另一種為弱電，包括信號傳輸線纜等。強(qiáng)電會產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場，對于控制線纜中的電流來說，會存在間斷性的電流，在磁場的作用下，傳輸?shù)男盘栯娏鲿桓淖?，不但對電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)造成影響，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致導(dǎo)彈控制系統(tǒng)癱瘓。這類信號在導(dǎo)彈的運(yùn)行中完全無法消除，只能應(yīng)用抗干擾技術(shù)降低電信號之間的相互影響效果。

2.1.2 點火裝置的電磁干擾

在導(dǎo)彈的運(yùn)行中，點火裝置需要始終處于運(yùn)行狀態(tài)，以讓導(dǎo)彈燃料箱中的燃料能夠產(chǎn)生推力，點火裝置需要在大電壓的環(huán)境下進(jìn)行工作，點火裝置會產(chǎn)生脈沖，通常情況下，產(chǎn)生的脈沖寬度較大，點火裝置含有敏感頭和鈍感頭，這兩種設(shè)備會產(chǎn)生不同的工作電壓以及工作波形。另外在點火裝置的運(yùn)行中，也涉及導(dǎo)彈中相關(guān)控制器件的運(yùn)行，這類器件由于需要控制強(qiáng)電，所以這類設(shè)備自身也會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁波，對整個電氣系統(tǒng)造成嚴(yán)重干擾。

2.1.3 無線信號干擾

海軍導(dǎo)彈在運(yùn)行中，對無線信號的依賴程度更高，這些無線信號最主要的為導(dǎo)航信號，在運(yùn)行過程中，信號接收裝置會進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，將控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?］。但是在運(yùn)行過程中，也存在大量的雜波，這些雜波會對電氣系統(tǒng)中的運(yùn)行控制系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，甚至一些雜波在運(yùn)行中會在系統(tǒng)中形成基波與諧波，致使整個電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行紊亂?？梢哉f無線信號對電氣系統(tǒng)的干擾為多方面的，導(dǎo)航設(shè)備發(fā)出的電磁干擾信號為一個主要干擾源，而雜波為電氣系統(tǒng)的另一個干擾源。

2.2 外因干擾因素

在海軍導(dǎo)彈的運(yùn)行中，為了避免被雷達(dá)檢測，通常會采用低空飛行方式，由于海面的水蒸氣含量很高，在超音速運(yùn)行中會產(chǎn)生大量靜電，當(dāng)電荷的累積效果達(dá)到一定值時，導(dǎo)彈會與海面之間產(chǎn)生電流擊穿現(xiàn)象，在該過程中會產(chǎn)生大量電磁波。另外由于靜電智能聚集在物體表面，會在導(dǎo)彈內(nèi)部形成電場，在某些條件下，電子系統(tǒng)中的設(shè)備以及構(gòu)件間產(chǎn)生電弧擊穿現(xiàn)象，在這些因素的共同作用下，對導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的負(fù)面影響極其明顯。

3 導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的應(yīng)用原則

對于導(dǎo)彈的電氣系統(tǒng)抗干擾技術(shù)來說，需要滿足以下原則:1）簡潔性原則。導(dǎo)彈作為一個集成度很高的系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)本身占據(jù)大量空間，對于抗干擾設(shè)備來說，要做到數(shù)量盡量少、體積盡量小，所以對抗干擾系統(tǒng)的簡潔性提出了很高要求［2］。2）穩(wěn)定性原則。對于海軍導(dǎo)彈來說，由于運(yùn)行環(huán)境更為復(fù)雜，所以對整個系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性提出了更高要求，對于抗干擾系統(tǒng)來說，考慮到環(huán)境系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，一些主動抗干擾措施不會獲得應(yīng)用。3）適配性原則。在抗干擾技術(shù)的應(yīng)用中，要能夠與電氣系統(tǒng)進(jìn)行完整適配，這種適配性體現(xiàn)在兩個方面，其一為設(shè)備與導(dǎo)彈內(nèi)部空間的適配性，通常要求這類設(shè)備體積較小。其二為與導(dǎo)彈類型適配，對于艦對艦、艦對空以及艦對地導(dǎo)彈來說，對抗干擾技術(shù)提出了不同要求，另外對于不同航程以及巡航高度的導(dǎo)彈，也要考慮對抗干擾技術(shù)的具體要求，只有系統(tǒng)完全適配的情況下才能夠保證技術(shù)被合理應(yīng)用。

4 導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)應(yīng)用

4.1 信號輸入系統(tǒng)抗干擾設(shè)計

在海軍導(dǎo)彈發(fā)射前，需要向控制系統(tǒng)中輸入原始控制數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的作用為控制導(dǎo)彈的自動控制終端點分布情況，當(dāng)導(dǎo)彈的初始狀態(tài)角精度無法被有效保證時，會導(dǎo)致導(dǎo)彈的運(yùn)行精度大幅下降［3］。當(dāng)應(yīng)用導(dǎo)彈發(fā)射艦船進(jìn)行信號導(dǎo)入時，由于導(dǎo)彈殼體的電勢與艦船殼體的電勢不同，會導(dǎo)致初始姿態(tài)角的精度大幅下降，這種因素也可以看作為一種電氣系統(tǒng)的干擾因素。

4.1.1 數(shù)據(jù)傳輸精度下降的引發(fā)因素

在導(dǎo)彈初始角信號傳遞中，導(dǎo)彈系統(tǒng)與艦船系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 某型導(dǎo)彈與艦船系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

在整個系統(tǒng)的運(yùn)行中，存在濾波器和長線，由于在信號傳輸時長線中會存在很大電流，這就導(dǎo)致整個系統(tǒng)各種產(chǎn)生很大電勢差［4］。由于在信號傳遞過程中應(yīng)用電壓信號進(jìn)行信息傳遞，在實際的信號傳遞過程中，會引入系統(tǒng)中產(chǎn)生的電勢差參數(shù)，這導(dǎo)致傳入的模擬信號與預(yù)期信號完全不同，在導(dǎo)彈的電氣系統(tǒng)中，最終識別的信號為經(jīng)過干擾的初始角信號，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)木却蠓陆怠?/p>

4.1.2 消除電勢差干擾的措施

在消除電勢差干擾系統(tǒng)的設(shè)計中，最核心的想法為將長線設(shè)置于裝訂電路的內(nèi)部，這種方式能夠有效消除長線中產(chǎn)生的電勢差，同時嚴(yán)格遵循電路設(shè)計中的各類原則，保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，例如在裝訂系統(tǒng)設(shè)計中，按照圖2中的原理圖進(jìn)行設(shè)計。

從該圖中可以看出，整個系統(tǒng)為一個放大比較器，在系統(tǒng)的建設(shè)中，R1端為電氣系統(tǒng)中的指揮儀的“地”信號，R2端信號為經(jīng)過干擾后的信號，在比較器的運(yùn)行中，能夠?qū)Σ顒有盘栠M(jìn)行傳遞，并在該過程中抑制了共模信號。而在電路系統(tǒng)建設(shè)中，要滿足電路設(shè)計和建設(shè)中的回流原則，要滿足這一原則，只需保證R1與R2相等即可，最終在整個系統(tǒng)中形成回路電流［5］。另一原則為針對接口電路的增加共模阻抗原則，所以在電路系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)中，要最大限度提高R1與R2的阻值，這種設(shè)計模式會充分降低系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的共模電流，實現(xiàn)對系統(tǒng)中干擾信號的有效消除。

圖2 某型導(dǎo)彈中的裝訂系統(tǒng)

4.2 限制導(dǎo)彈內(nèi)部構(gòu)件產(chǎn)生的電磁干擾

在導(dǎo)彈的運(yùn)行中，大量電氣設(shè)備都會在運(yùn)行過程中產(chǎn)生電磁干擾，除了上文中提到的線纜，產(chǎn)生電磁干擾的設(shè)別還包括繼電器、電機(jī)等設(shè)備，在這些設(shè)備的運(yùn)行中，產(chǎn)生的電火花會產(chǎn)生電磁波，對整個系統(tǒng)造成干擾，所以在抗干擾系統(tǒng)的設(shè)計中，需要對這些內(nèi)容進(jìn)行關(guān)注，限制電磁干擾的措施如下:1）設(shè)置“滅火電容”。這種技術(shù)的應(yīng)用對象為強(qiáng)電系統(tǒng)中的電磁鐵線圈，通過設(shè)置電容，能夠防止在系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生電火花，同時降低了產(chǎn)生的電磁場強(qiáng)度［6］。2）在相關(guān)位置設(shè)置二極管。在一些電氣設(shè)備的運(yùn)行中，運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變會產(chǎn)生反電勢，這類設(shè)備在繼電器設(shè)備中體現(xiàn)地更為明顯。要消除該過程中產(chǎn)生的電磁干擾，可以與相關(guān)設(shè)備并聯(lián)二極管，防止在運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生電流。以某型導(dǎo)彈為例，在某繼電器中應(yīng)用圖3所示的二極管接線方式。

圖3 某型導(dǎo)彈的二極管與繼電器線圈接線方式

4.3 消除各構(gòu)件間的電位差

搭接技術(shù)是指在相互連接的電氣器件之間設(shè)置一個低阻抗的電阻，這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)電流的有序流動，最大限度保證兩個相互連接的電氣器件之間的電位相同［7］。在導(dǎo)彈的設(shè)計中，靜電放電、電擊過程都會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾信號，當(dāng)產(chǎn)生的靜電能夠被快速釋放時，由于不會產(chǎn)生電位差，所以能夠有效防止產(chǎn)生電磁輻射信號［8］。在搭接技術(shù)的應(yīng)用中，當(dāng)前已經(jīng)規(guī)定需要應(yīng)用搭接技術(shù)防止產(chǎn)生電磁輻射信號，在導(dǎo)彈設(shè)計中，導(dǎo)彈外殼與導(dǎo)彈彈體、各金屬構(gòu)件之間都會設(shè)置搭接電阻，當(dāng)前規(guī)定的搭接電阻參數(shù)為600μΩ～2000μΩ，在技術(shù)的具體應(yīng)用中，要根據(jù)當(dāng)前制定的技術(shù)要求對電阻進(jìn)行合理選擇。

4.4 降低線纜之間的相互干擾

在電氣系統(tǒng)的運(yùn)行中，導(dǎo)線和線纜發(fā)揮重要作用，并且導(dǎo)線更容易受到干擾信號的影響，所以在抗干擾技術(shù)的應(yīng)用中，需要對電纜進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，以保證整個系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行［9］。在具體的規(guī)劃過程中，最基本的規(guī)劃思想為實現(xiàn)強(qiáng)電線路與弱電線路的分離，所以需要將信號線與電源線進(jìn)行分別布設(shè)，另外對于一些敏感線路，也需要與能夠大量產(chǎn)生電磁輻射的線路進(jìn)行分別布設(shè)，以防止敏感線路中產(chǎn)生過于強(qiáng)烈的干擾效果［10］。對于導(dǎo)彈中的射頻電路，需要被單獨(dú)布線，以提升整個導(dǎo)彈電子系統(tǒng)的抗干擾能力。

4.5 消除系統(tǒng)中的干擾波

在當(dāng)前的技術(shù)開發(fā)中已經(jīng)開發(fā)出了主動消除諧波技術(shù)，這種技術(shù)的原理為在系統(tǒng)的運(yùn)行中，系統(tǒng)自動對設(shè)備或者線纜中的干擾波進(jìn)行監(jiān)測，并向產(chǎn)生干擾波的系統(tǒng)中施加相反的波，以達(dá)到消除系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾波的目的［11］。在這種技術(shù)的應(yīng)用中，主動去波裝置通常設(shè)置在干擾波產(chǎn)生的源頭器件上，同時在關(guān)鍵設(shè)備前也會設(shè)置一個去波裝置，在這兩方面的共同作用下，能夠?qū)﹄娮酉到y(tǒng)中的敏感設(shè)備進(jìn)行全面有效防護(hù)［12］。另外在舊有的技術(shù)體系中，還存在一種被動式的濾波裝置，即常見的濾波器，在導(dǎo)彈電子系統(tǒng)的設(shè)計中，本文提出的構(gòu)想為對這兩種設(shè)備進(jìn)行協(xié)同應(yīng)用，系統(tǒng)的中段應(yīng)用濾波器對干擾波進(jìn)行消除，對于干擾波的產(chǎn)出設(shè)備，應(yīng)用主動去波設(shè)備達(dá)到去波效果。

5 結(jié)語

綜上所述，導(dǎo)彈電子系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，產(chǎn)生干擾的因素包括點火干擾、傳輸導(dǎo)線串?dāng)_、射頻源干擾以及電磁輻射干擾，這些干擾信號會導(dǎo)致敏感設(shè)備的運(yùn)行效果下降，甚至?xí)p壞這類設(shè)備。在抗干擾技術(shù)的應(yīng)用中，主要應(yīng)用的技術(shù)包括屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、搭接技術(shù)、濾波技術(shù)以及對電纜進(jìn)行合理規(guī)劃，從多個方面提高系統(tǒng)的抗干擾性能。