某型导弹发射车系统电磁兼容试验方法*

魏建峰,靳秋红,陈文海

(西安现代控制技术研究所,西安 710065)

0 引言

随着科技水平的发展、高新技术的广泛应用以及军队现代化建设的持续推进,武器装备的数字化、信息化程度有了大幅的提高,功能和性能有了质的的飞跃。但是,与此同时,随着武器系统复杂程度的提高,电磁兼容问题的复杂性也呈指数形式上升,并成为影响装备作战能力提升的关键因素。其原因主要是一方面战场电磁环境愈来愈复杂,多类型高密度的时域、频域电磁信号互相叠加,互相影响,电磁环境的不确定性导致采取的电磁兼容针对性措施受到了挑战[1];另一方面产品本身大量应用了大功率、宽频带、大规模集成电路的电子产品,体积减小,重量减轻,但同时却限制了处理电磁兼容问题所需要的滤波、屏蔽和抗浪涌等措施所必须的条件和空间[2]。因此,提升武器装备性能的同时,必须重视武器装备所面对的电磁兼容问题,采取必要的措施予以应对。

通常,设备级产品都按GJB151B—2013进行电磁兼容试验,但即使系统内的每个设备都通过了电磁兼容试验,并不能必然保证系统级电磁兼容试验一定通过。这主要是因为设备级电磁兼容性测试中被试品是单一设备或分系统,其设备构成、线缆数量、耦合关系相对简单。而系统级产品则涉及到设备或分系统之间的电缆连接、空间耦合、系统接地等系统级的问题,不是每个部件能够独立解决的,因此,为了验证武器装备的系统电磁兼容性能,有必要对武器系统的电磁兼容性进行研究、评估和试验[3-6]。文中基于对GJB1389A—2005相关要求的理解,结合项目实际,提出了某型导弹发射车系统级电磁兼容试验的方法。

1 某型导弹发射车特点分析

某型导弹发射车,主要遂行用导弹攻击地面坦克、装甲车辆、防御工事和低空直升机等作战任务,其主要特点有三。首先,发射车系统组成非常复杂,设备众多,集侦察、指挥和打击于一体,因此既有频率复杂的通信设备,也有功率很大的伺服控制设备,发射车工作电源供电形式多样,既可以由车载自发电装置产生,也可以外接市电,还可以由蓄电池提供电源,电磁干扰和电磁辐射控制难度很大。其二,系统综合化信息化程度高。系统采用高度集成化综合设计,中央任务处理机负责指挥控制、火力分配、模型解算和火力攻击等任务,多级总线系统实现数据和视频信息共享,保证系统各设备间的协同工作;中央任务处理机和总线系统是发射车系统的核心,也是电磁兼容设计的重点,一旦处理不好,对系统的影响将是致命的。第三,系统配置灵活,工作模式多样,发射车既可以独立工作在某种模式,又可以工作在多种工作组合模式,既可以单发攻击,也可以连续攻击,既可以间瞄射击,也可以自主侦察自主作战。工作模式的多样化,同时也表明系统内各设备间干扰关联关系的多样化,电磁兼容试验方法的设计必须以此不同使用工况为基础,进行全面分析和考核。

2 系统电磁兼容试验必要条件

2.1 确定分系统和各设备状态

在进行发射车系统电磁兼容试验前,组成系统的各分系统和各设备应经过产品调试、验收,满足设计技术要求,其硬件软件状态已经固化,各分系统和各设备应通过GJB151B—2013规定的相应项目的电磁兼容试验考核,或个别项目未通过但经评估对系统自兼容影响不大的设备,也可以参加系统电磁兼容试验。

2.2 确定系统级电磁兼容试验大纲

在进行系统电磁兼容试验前,首先需要根据GJB1389A—2005的要求,结合订购方需求以及项目实际,经过适当裁减或增加,确定系统级电磁兼容试验项目;其次,针对具体项目,要明确切实可行的试验方法,发射车系统的各种供电方式、各种工作模式和各种实际使用状态,防止电磁兼容试验时避重就轻,错测漏测现象的发生;第三,应编制系统级电磁兼容试验大纲并应通过评审,试验大纲是试验的依据。

2.3 试验要以实际使用环境为基础

作战区域内导弹发射车的常态电磁环境以及不同装备编配使用时面临的电磁兼容环境,都有可能引发设备间的相互干扰。因此,要尽可能的采集可能遇到的实际战场环境数据,经过统计处理,必要时将其和标准要求的数据作为共同的敏感性试验中的注入信号,以考核导弹发射车适应实际电磁环境的能力。

2.4 对测试工装要采取隔离措施

导弹发射车工作时,有时需要模拟一些外部输入,包括目标信息、外接工作电源以及模拟指挥或模拟侦察设备等,同时发射车输出的一些数据或参数也需要进行检测,以判断发射车工作状态。但是这些输入输出设备有可能因自身原因导致被测系统无法通过系统电磁兼容试验,因此,有必要对测试工装和相关设备进行隔离。

3 系统电磁兼容试验项目

某型导弹发射车系统级电磁兼容试验,主要进行系统辐射安全裕度、系统传导安全裕度、系统内电磁兼容性、外部射频电磁环境、静电电荷控制、电磁辐射危害、电搭接和复杂电磁环境等八项试验,具体内容如表1所示。

表1 系统电磁兼容试验项目

4 系统电磁兼容试验方法

4.1 系统辐射安全裕度

对于安全或者完成任务有关键影响的功能,系统应具有至少6 dB的安全裕度;对于确保系统安全的装置至少应具有16.5 dB的安全裕度[7]。

首先,试验选取发射车内部左右两侧和后部3个位置进行测试,所有设备和分系统加电工作,电台处于全功率发射状态,敌我识别系统处于询问状态,测量时天线尽可能对准测试位置,测量10 kHz～18 GHz频率范围内发射车不同测试位置的实际电场强度E0。

然后所有系统和设备加电工作,按照干扰电场E1=E0+6 dB,使用重复频率1 kHz、占空比50%脉冲进行调制,对各测试点进行照射,并用场强监测仪进行监测,观察系统运行过程中是否敏感。

4.2 系统传导安全裕度

首先,所有设备和分系统加电工作,电台处于全功率发射状态,敌我识别系统处于询问状态,测量400 mHz～10 kHz频率范围内发射车各设备所有供电电缆的最大传导发射电流I0;

然后根据关键性分类,对电磁兼容性可能导致有可能危及生命、可能严重阻碍任务执行、耽误发射或大大降低系统有效性的设备和分系统,按照干扰电流I1=I0+16.5 dB,使用重复频率1 kHz、占空比50%脉冲进行调制,注入到相应的电源线;对电磁兼容性可能导致降低系统有效性,从而影响任务完成的分系统和设备,按照干扰电流I1=I0+6 dB,使用重复频率1 kHz、占空比50%脉冲进行调制,注入到相应的电源线;

系统在全功率、各种模式状态下按照系统工作流程工作,监测系统运行过程中是否敏感。

4.3 系统内电磁兼容性

系统内电磁兼容的要求是系统内各设备同时工作时应无相互干扰的现象,发射车应能完成既定的功能和性能要求。试验时,所有分系统和设备按照工作状态进行连接,全部正常上电工作,系统要分别在各种工作状态、各种工作模式和各种功率状态下进行工作,电台处于全功率发射、敌我识别处于询问状态,试验过程中检查所有分系统和设备是否在工作时对其他设备和系统有影响,观察系统工作状态,记录相互干扰现象。

系统内电磁兼容的还需要考核的试验项目是电源线瞬变,要求持续时间小于50 μs的电压瞬变不应超过额定直流电压的150%[7]。试验时,所有分系统和设备按照工作状态进行连接,全部正常上电工作后,手动操作电源配电箱输入电源开关通断,操控发射装置调转,观瞄仪桅杆升降,测量电源配电箱输入电源电缆上的电压瞬变的最大值。

4.4 外部射频电磁环境

发射车系统功能和性能应与规定的外部射频电磁环境兼容。试验时选取发射车外前、后、左、右各1 m四个测试位置,测试天线对准被测设备中心放置。按照发射车实际工作状态连接所有分系统和设备,所有设备加电正常工作,电台处于全功率发射状态,系统按照正常工作流程工作,在10 kHz～40 GHz频率范围内施加不同强度的干扰电场,使用重复频率1 kHz、占空比50%脉冲进行脉冲调制,对各测试点进行照射,试验过程中观察发射车是否敏感。试验时施加场强的大小如表2所示。对30 MHz以上频率,发射天线要按水平极化、垂直极化两种方式分别进行试验。

4.5 静电电荷控制

发射车系统应消除各种电荷产生机理引起的静电电荷积累,防止造成可能的人员和军械危害。试验时采用GB/T17626.2中第8条的试验程序进行,静电放电点主要选择与人员操控有关的区域,包括发射车乘员经常接触的显示器外壳、电连接器外壳和开关键盘人员操作部位,具体方法是对于金属导电部分采用接触放电方式,使用尖端放电头,等级8 kV,对于绝缘表面或塑料接触件采用空气放电,等级15 kV,使用圆形电极头,每点正负极放电各10次,放电利用500 pF电容器通过一个330 Ω电阻对测试点位置实施放电,观察显示器应无黑屏等干扰现象,发射控制装置不应意外点火。

表2 系统外部电磁环境

4.6 电磁辐射危害

发射车应保证乘员在各个工作状态时身体的安全,电磁辐射不能超过规定的要求。利用宽辐测量仪探头,在发射车正常工作时间内,取一定时间间隔进行最大电平测量,然后通过公式转化为场强,每个点测量观察时间应大于10 s,以读取每次测量测量的最大值。每个位置选取3个高度进行测量,测量位置分别为乘员坐姿时眼部、胸部和下腹部。暴露极限如表3所示。

表3 作业区短波、超短波、微波连续波暴露极限

4.7 电搭接

所谓电搭接,就是一个零件或组件的导电表面与另一个零件或组件导电表面之间提供一个低阻抗通道的一种方法。为控制电磁环境效应,系统电搭接应保证设备壳体到系统结构地之间(包括所有接触面)的搭接电阻不大于10 mΩ。测量搭接电阻应用低阻仪,每个测试点测量3次,取平均值。

4.8 复杂电磁环境

考核导弹发射车在复杂电磁环境下的适应性,其难点主要在于如何构建复杂的电磁环境。采取的试验方法主要是针对3个方面来模拟。一是要考虑作战区域以及武器装备之间协同作战经常会遇到的各种电磁环境;二是要考虑作战对象的相关因素,主要模拟敌方作战平台上的设备的型号、数量、功率和工作频率等;三是要考虑背景对象,主要模拟作战区域内自然电磁环境背景对装备可能带来的影响。在这几种或更多复杂电磁环境下,导弹发射车按照正常使用工况进行工作,观察系统运行过程中其功能性能是否受到影响[9]。

5 结论

针对某型导弹发射车武器系统的系统电磁兼容的试验方法,经过了电磁兼容试验室的系统电磁兼容试验考核验证,系统工作正常,各项功能性能指标满足研制总要求,证明方法合理可行,试验过程中累积的工程经验,可以为同类产品的系统电磁兼容试验提供一定的借鉴。由于武器系统面临的的电磁环境日益复杂,未来考核的项目和内容一定会越来越多,文中所提的试验方法还会进一步改进和完善。