舰船电子系统电磁兼容性问题分析及对策探讨

禤展艺

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663）

舰船电子系统电磁兼容性问题分析及对策探讨

禤展艺

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663）

中国作为世界大国，拥有极长的海岸线，对应的海防就要有相当的保障。舰船是海上防卫的重要力量，其电子系统的电磁兼容问题直接影响着整个舰船的安全性和舰船的战斗力。一般而言，舰船里的电子设备种类繁多，技术状态非常复杂，相互之间会产生严重的电磁干扰，因此，文章对舰船里的电子系统的电磁兼容性问题进行了分析并找出相应的对策来提高舰船的安全性能。文章主要是从舰船的硬件和软件2部分来分析电磁干扰产生的原因，再针对相应的原因找出解决办法。

电磁干扰；舰船；电磁兼容；对策

当今世界虽说基本处在总体和平、局部动荡的状态，但各国对国家军事力量尤其是海上军事力量一直都非常重视，局部地区甚至出现军备竞赛。我国秉承和平发展的国策，一直倡导与各国和平相处，共同发展，但这仍无法避免近年来各国对中国的施压，特别是美国作为帮凶对南海问题的干涉。对此，我国海军舰队需要不断地完善和提高舰船的综合战斗能力。而对于舰船本身而言，通信系统是重中之重。通信系统电子设备非常多，而且复杂，在舰船复杂使用环境中，有些电子设备之间也很难避免电磁的干扰，特别是操作平台上的电磁信号强，磁频信号宽，功率大。电磁干扰不进行处理，将会直接影响通信效果和通信质量，甚至导致设备运行异常和毁坏，产生安全威胁。所以本文提出了电磁兼容性问题，如果电磁兼容好，就可以提高舰船的安全性、可靠性、隐蔽性；如果处理不好就会影响到整个舰船的性能，严重点还会破坏舰船本身的一些设备。GJB151A，HJB等都对舰船电磁兼容性提出要求，并制定相关测试标准。因此，要深入分析舰船的电子系统的电磁环境，分析电磁的干扰源以及传播途径，降低电磁的干扰。

1　舰船电子系统电磁干扰的产生

电磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行，并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括2个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中，对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

要进行电磁兼容性问题的研究首先就要知道电磁干扰是怎样产生的，从电磁干扰的原理可知，产生电磁干扰问题主要有3个方面的问题，分别是干扰源、电磁传播以及电子系统的敏感设备，因此，下面首先来探讨一下这3个因素的问题。

1.1干扰源

在舰船上电子设备多，对应的干扰源也特别多，具体可分为功能性干扰和非功能性的干扰。所谓的功能性干扰就是一些设备的有用能量对其他设备的干扰，非功能性的干扰就是无用的电磁信号能量对设备的干扰。

（1）无线电设备之间的互相干扰。舰船上有很多无线电设备，其担任着通信、导航、雷达扫描、远程操作等重任。这些无线电信号的波长从毫米级到米级不等，有的甚至更小，各种电磁波掺杂在一起，强度不一，相互之间都会有影响，而且各种电磁波在舰船中产生谐波互调，由此调制出来的无线电波也会影响舰船里的电子设备，所以仅仅这样产生的电磁干扰较多。

（2）各种脉冲电流、开关电路和振荡电路的干扰。在舰船里肯定有许多变化中的电路，比如脉冲数字电路的基准时钟、频率振荡电路以及交流稳压电路中经常开合的开关电源所产生的开关频率的高次谐波等等，这些都是常见的干扰源，它们会通过电流通道进入主系统，还带有很强的电磁辐射能量，影响舰船的整体安全。一般舰船按照设计要求，都要设计得体积精小、功能强大，这就会把各种电路、数字器件、单片机等集成芯片等整合在一起，在窄小的空间里，各电路都会产生电路谐波，各种形式的信号相互影响，自相干扰，严重制约着舰船性能的提高，有的敏感元件还会因此遭到损坏，造成设备不能正常工作。

（3）设备线缆之间的互扰。受舰船空间设计的要求，舰船里的电缆线的分布非常密集，而且信号传输频率高、强度大，这就造成平行的电缆线之间会互相干扰，不平行的电缆线也会由于电源、接地和船体等耦合电子信号形成电磁干扰，这样的干扰在小舰船里更是常见，而且很难避免。

1.2电磁干扰的传播途径

电磁干扰的传播主要是通过耦合进行的，因为舰船里的电子设备密集，一些能量就会从一端传到另一端。舰船里的干扰基本有2种，一种是传导耦合干扰，另一种是辐射耦合干扰，即传导性电磁干扰（Conducted EMI）和辐射性电磁干扰（Radiated EMI）。传导耦合是指电磁等能量经过导体进行传播，只要在干扰源和敏感设备之间存在完整的电路连接。这些电路连接可以通过导线、机壳、电感、电容等来进行，它们通过返回通道（包括其他电路回路）将电路连接起来，以此来产生传导耦合，传导耦合一般存在于低频段。辐射耦合就是电磁的能量在空气中以能量辐射的形式进行传播，由辐射耦合的距离来看，又有近场耦合和远场耦合。只要干扰源与敏感元件之间存在电场，一般的连接就能形成耦合，设备的机壳、元件、导线之间都存在辐射耦合，辐射耦合一般存在于高频段。通常，当电磁干扰波的频率小于30MHz时，电磁干扰主要是以传导方式在电子设备中产生传导性噪音，可通过测试电源线感应的电压来衡量干扰程度。当电磁干扰波的频率高于30MHz时，电磁干扰主要以辐射方式在电子设备中产生辐射噪凌音，以直接测量传播到空间的干扰波来评价干扰程度。

1.3敏感设备

敏感设备容易受电磁的干扰，当有电磁干扰时敏感设备就有可能不正常工作，这些敏感设备对干扰的吸收能力都很弱，而且抗干扰能力弱。要解决电磁兼容性问题，对敏感设备的处理也是一大前提。

2　电磁兼容性的措施

2.1硬件的电磁兼容性

（1）屏蔽。根据上面分析电磁干扰产生的原因，可以通过屏蔽方式屏蔽信号，屏蔽的方式又可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽3种方式。

电场屏蔽就是利用密闭的金属屏蔽层把舰船里受到电磁干扰的电缆线和电路包裹起来，特别是舰船里的电源线路，对弱信号的线路也要屏蔽起来，以提高电子系统的抗干扰能力。因此接地良好及选择良导体作为屏蔽体是关键，频率范围1～500MHz。磁场屏蔽就是将高导磁性材料制作成密封器，然后把受干扰的电路包起来，比如一些电源变压器、驱动电机等。要把这些设备屏蔽起来，选择钢、铁、坡莫合金等高磁导率的材料设计屏蔽体是关键，频率范围10～500kHz。电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干扰源的电场与磁场分量，且频率500MHz以上的电磁波主要靠吸收，因此设备或系统的孔缝泄漏成为电磁屏蔽的关键，类似于电磁屏蔽就是在电磁传播的路径上放置一个金属环，这样金属环中便产生一个涡流，而涡流产生的电磁场就会抵消掉射在导线表面的电磁波，这样就能屏蔽一些在屏蔽层的电路。因此可以根据不同的情况采用不同的屏蔽措施，以达到屏蔽电磁干扰的效果。

（2）滤波。滤波作用是利用不同频率的信号，对电容或电感组件会产生不同阻抗（即较高频率的号，其感抗较大而容抗较小，而较低频率的信号，其感抗较小，容抗较大）而造成不同频率信号，对于电容或电感之衰减量不同，故使所需讯号与噪声之S/N比值提高，而达到噪声干扰（噪音）防制的效果。通常可以利用滤波器来防止电子系统产生的电磁信号干扰到其他电子系统，以此来解决电缆线间的传导耦合的电磁干扰。

（3）接地。在设备和舰船的金属部分建立起连接，使其有公共的零电位的基准面，给电磁干扰提供一个低电阻的通道，以此来避免设备受到电磁的干扰，同时良好的接地能避免舰船遭受雷击以及高压冲击的影响。

（4）设备合理布局，合理布线。因舰船设备多，线路密集且复杂，在考虑舰船结构分布的同时还要考虑到设备和线路之间的电磁干扰的影响，要从电磁兼容性的问题出发，让有强干扰的设备尽量与敏感设备分离开来安装。一般为了美观和节省空间，都会把电缆线捆在一起，但这样就会把电源线、信号线、导线等绑在一起，会产生很大的电磁干扰，影响电子系统的正常工作。所以应该分类布线，电源线、信号线、控制线、数据线、地线等分类走线，把功能性质一样的捆扎在一起，不一样的要分开来布线。

3　软件的电磁兼容性

软件的电磁兼容性就是利用软件来降低电磁的干扰，这样就不需要上面所说的硬件改变，不需要硬件所需的环境和对干扰源的精确定位，降低了制造的成本，工程也简单许多，简化了设计复杂度，非常灵活、方便地解决了舰船里受到的各种电磁干扰。不过采用软件电磁兼容所花费的时间会较长，因为软件是采用数字滤波的，它要反复地读取数据，不断地进行对比，只有达到所要求的值才会稳定下来，所以这样消耗的时间就会很长，对于受到冲击已损坏的设备元件，软件起不到保护作用。

具体的软件方法有软件的容错法、软件的数字滤波、软件时间计数法和软件陷阱法。这些就是利用软件设置一些程序，考虑到舰船的电子系统会受到的各种干扰情况，设计一些特定的程序，以此来解决电磁干扰问题。

4　结语

由于舰船的电子系统相当复杂，电磁环境非常恶劣，设备线缆之间都存在自相的电磁干扰，但舰船对电子系统的要求又高，所以急需采用电磁兼容来解决。电磁兼容性问题也要有关键技术的支持，所以要解决这些问题就要从整个系统的角度出发，考虑到整个系统的影响，采用最合适的方法解决电磁干扰问题。可以采用硬件解决，也可采用软件解决，甚至可以软硬件同时使用，使各系统相互兼容，互不影响地工作。

［1］蔡仁刚.电磁兼容原理、设计和预测技术［M］.北京：北京航空大学出版社，1997.

［2］孟进.电力电子系统传导干扰建模和预测方法研究［D］.武汉：海军工程大学，2006.

［3］黄崇敬.舰船通信系统电磁兼容研究［C］.武汉：中国通信学会第五届学术年会论文集，2008.

［4］刘民.大型电子系统平台电磁兼容验证测试方法研究［J］.中国电子科学研究院学报，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

禤展艺（1981-），男，广东肇庆，本科，工程师；研究方向：短波通信技术，无线通信原理，军用通信系统组建，舰船通信组网系统，舰船通信设备电磁兼用性。