系統(tǒng)級(jí)電磁兼容體系建設(shè)范文

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《安全與電磁兼容雜志》2016年第3期

國(guó)內(nèi)的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)研究和編制起步較晚，很多電磁兼容專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)在編制中不同程度參照和借鑒了國(guó)外相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。但面對(duì)復(fù)雜的電子系統(tǒng)和多樣的電磁環(huán)境效應(yīng)，為確保系統(tǒng)的電磁兼容性能，就要從電磁環(huán)境適應(yīng)性和系統(tǒng)內(nèi)接口控制等方面開展分析、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作。因此，需要相應(yīng)的手冊(cè)、指南、要求和方法等多種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相互配套和支撐，從而使系統(tǒng)電磁干擾問題能得到分層控制和逐級(jí)驗(yàn)證。在國(guó)外系統(tǒng)級(jí)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-464對(duì)系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)的要求是比較有代表性的。美國(guó)國(guó)防部為確保這類核心標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)技術(shù)要求和驗(yàn)證方法的落實(shí)，除專門配套編制了多個(gè)測(cè)試規(guī)程（TOP）和規(guī)范外，還通過引用國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師協(xié)會(huì)（SAE）、北大西洋公約組織（NATO）、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）以及美國(guó)電信和信息管理局（NTIA）等多個(gè)方面的電磁兼容專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使其在電磁環(huán)境效應(yīng)的分析、控制和驗(yàn)證方面具有更好的覆蓋性和可操作性。基于MIL-STD-464的要求，以航天器系統(tǒng)電磁兼容性工作為例，后文從系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性、外部電磁環(huán)境條件、雷電效應(yīng)、電磁脈沖效應(yīng)、靜電充電控制、電磁輻射危害和影響及電磁頻譜兼容性等方面，簡(jiǎn)要說明了相關(guān)要求的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范配套和協(xié)調(diào)概況，可看出在具體實(shí)施層面，已建立了較為完備的系統(tǒng)電磁兼容性驗(yàn)證和保障體系。

1系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性

影響系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容的主要因素分別有敏感設(shè)備（如接收機(jī)等）的抗擾特性、有意和無意發(fā)射信號(hào)的電磁干擾特性以及干擾源和敏感設(shè)備組合工作時(shí)的電磁兼容性能。通用的驗(yàn)證方法可以分別參照TOP-1-2-511《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)方法》的附錄A、K和L實(shí)施。航天器系統(tǒng)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中，將敏感接收機(jī)抗擾特性又細(xì)化為射頻前端裕度驗(yàn)證和基帶裕度驗(yàn)證，并根據(jù)航天器的特點(diǎn)，增加了微放電（二次電子倍增）等效應(yīng)的驗(yàn)證要求和方法。配套標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范采用：a）TOP-1-2-511附錄A，接收機(jī)敏感特性驗(yàn)證方法；b）TOP-1-2-511附錄K，系統(tǒng)電場(chǎng)發(fā)射驗(yàn)證方法；c）TOP-1-2-511附錄L，系統(tǒng)內(nèi)干擾源和敏感設(shè)備兼容性驗(yàn)證方法；d）ECSS-E-20-01，微放電效應(yīng)設(shè)計(jì)和測(cè)試方法。

2外部電磁環(huán)境條件

電子系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境是系統(tǒng)級(jí)分析、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的依據(jù)。MIL-STD-464中分別給出了海軍艦船甲板上和發(fā)射機(jī)主波束內(nèi)、航天系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、旋翼飛機(jī)和固定翼飛機(jī)以及軍械等系統(tǒng)的最嚴(yán)酷電磁環(huán)境包絡(luò)。各類系統(tǒng)典型的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)在受控的美軍手冊(cè)（MIL-HDBK-235）中。另外，針對(duì)海軍直流磁場(chǎng)、陸軍坦克車輛、飛機(jī)外部和航天系統(tǒng)在發(fā)射場(chǎng)及空間軌道的特殊電磁環(huán)境，分別在下列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中有相應(yīng)說明。a）MIL-HDBK-235-2C/-3C/-4C/-5C/-6/-7/-8/-9/-10，美海軍水面艦船、宇航系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、旋翼飛機(jī)、固定翼飛機(jī)、軍械、高功率微波系統(tǒng)、其它類型艦船和潛艇等工作時(shí)的典型電磁環(huán)境電平；b）DOD-STD-1399-70-1，艦船系統(tǒng)直流磁場(chǎng)環(huán)境；c）ATPD-2407，陸軍坦克和車輛系統(tǒng)的電磁環(huán)境；d）ADS-37A-PRF，飛機(jī)電磁環(huán)境效應(yīng)性能和驗(yàn)證要求；e）AIAA-S-121，宇航設(shè)備和系統(tǒng)電磁兼容性要求；f）TOP-1-2-511附錄B，外部射頻電磁環(huán)境驗(yàn)證方法。

3雷電效應(yīng)雷電效應(yīng)的典型要求

在MIL-STD-464中有說明。考慮雷電的直接效應(yīng)和間接效應(yīng)，在TOP-1-2-511的附錄C和N中給出了驗(yàn)證方法。因?yàn)榇笮拖到y(tǒng)進(jìn)行雷電效應(yīng)實(shí)測(cè)涉及場(chǎng)地、成本等多種因素，歐洲航天局（ESA）針對(duì)常見的運(yùn)載火箭在發(fā)射塔架上的雷電效應(yīng)影響進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)分析，在ECSS-E-HB-20-07手冊(cè)中給出了分析模型和仿真過程介紹，使得系統(tǒng)級(jí)雷電效應(yīng)試驗(yàn)通過對(duì)整系統(tǒng)的逐級(jí)分析，最終可以在某些關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn)（考慮了仿真分析的偏差），可有效控制試驗(yàn)成本，提升驗(yàn)證的針對(duì)性。a）SAEARP5412，飛機(jī)雷電環(huán)境及相關(guān)測(cè)試波形；b）SAEARP5414，飛機(jī)雷電分區(qū)；c）SAEARP5577，飛機(jī)雷電直接效應(yīng)驗(yàn)證；d）ECSS-E-HB-20-07，宇航工程電磁兼容性手冊(cè)5.3.1.5節(jié)；e）TOP-1-2-511附錄C，近場(chǎng)雷電效應(yīng)（NSL）驗(yàn)證方法；f）TOP-1-2-511附錄N，直接雷電效應(yīng)（DSL）驗(yàn)證方法。

4電磁脈沖（EMP）效應(yīng)

電磁脈沖的要求在MIL-STD-464和MIL-STD-2169中有相關(guān)說明。針對(duì)不同電磁脈沖特性的驗(yàn)證和測(cè)試，分別在TOP-1-2-511、TOP-1-2-620和TOP-1-2-622中規(guī)定了通用方法。為確保軍用飛機(jī)和艦船對(duì)HEMP防護(hù)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作的落實(shí)，又配套了受控的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。a）MIL-STD-2169，高空電磁脈沖環(huán)境；b）MIL-STD-188-125-1/-2，地面執(zhí)行關(guān)鍵和緊急任務(wù)的C4I設(shè)施對(duì)高空電磁脈沖的防護(hù)要求；c）TOP-1-2-511附錄D，電磁脈沖驗(yàn)證方法；d）TOP-1-2-620，高空電磁脈沖（HEMP）測(cè)試；e）TOP-1-2-622，垂直電磁脈沖（VEMP）測(cè)試；f）MIL-STD-3023，軍用飛機(jī)高空電磁脈沖防護(hù)；g）MIL-STD-4023，軍用水面艦船高空電磁脈沖防護(hù)。

5靜電充電控制

根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理和所對(duì)應(yīng)的電子系統(tǒng)，靜電可分為人體靜電、直升機(jī)旋翼產(chǎn)生的靜電、飛行器高速與大氣摩擦產(chǎn)生的沉積靜電和航天器在空間因帶電粒子環(huán)境構(gòu)成的航天器表面帶電和內(nèi)帶電等。針對(duì)不同靜電起因和對(duì)象，分別有如下相應(yīng)的充電控制、驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。a）ANSI/ESD20.20，電子和電氣部件、組件和設(shè)備靜電控制與防護(hù)；b）MIL-STD-1541，航天器系統(tǒng)電磁兼容性要求；c）NASATP2361，航天器充電效應(yīng)的評(píng)估和控制設(shè)計(jì)指南；d）TOP-1-2-511附錄E，直升機(jī)靜電放電（HESD）驗(yàn)證方法；e）TOP-1-2-511附錄M，人體靜電放電（PESD）驗(yàn)證方法；f）JOTP-062，對(duì)軍械的PESD和HESD驗(yàn)證要求；g）TOP-1-2-511附錄F，沉積靜電驗(yàn)證方法；h）MIL-STD-331F組及附錄F，電、磁影響及其測(cè)試項(xiàng)目；i）AECTP-500第8部分，電磁環(huán)境效應(yīng)測(cè)試和驗(yàn)證。

6電磁輻射危害和影響

電磁輻射對(duì)人員、軍械和燃油等會(huì)有安全性方面的影響，應(yīng)依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。對(duì)其危害和影響進(jìn)行控制和驗(yàn)證。a）DOD6055.11，保護(hù)軍事人員免受射頻輻射和軍用激光危害；b）IEEE-C95.1，電磁場(chǎng)對(duì)人員暴露輻射的安全限值；c）MIL-STD-1576，航天器系統(tǒng)電爆分系統(tǒng)安全性要求和測(cè)試方法；d）MIL-HDBK-240，電磁輻射對(duì)軍械的影響測(cè)試指南；e）JOTP-061，電磁輻射對(duì)軍械危害（HERO）的安全性測(cè)試；f）TOP-3-2-616，電磁輻射對(duì)射頻發(fā)射設(shè)備的危害性測(cè)試；g）TOP-1-2-511附錄H，電磁輻射對(duì)軍械的影響驗(yàn)證方法；h）TOP-1-2-511附錄G，電磁輻射對(duì)燃油的影響（HERF）驗(yàn)證方法。

7電磁頻譜兼容性

電磁頻譜是一種共用資源，為確保電子系統(tǒng)兼容工作，需要對(duì)不同電子系統(tǒng)和設(shè)備所使用的頻譜進(jìn)行規(guī)范和管控。這里不但需要電磁頻率管理規(guī)范和手冊(cè)，還包括分析指南和案例報(bào)告等文件，共同指導(dǎo)電磁頻譜兼容性工作的開展。a）美國(guó)電信和信息管理局，聯(lián)邦無線電頻譜管理法規(guī)及程序手冊(cè)；b）DODI4650.01，電磁頻譜的管理和使用；c）R-3046-AF，航天器系統(tǒng)頻譜和軌道選用與分析技術(shù)指南；d）MIL-STD-237，電磁環(huán)境效應(yīng)和頻譜支持指南。復(fù)雜電子系統(tǒng)的電磁兼容性工作涉及多種電磁環(huán)境效應(yīng)的技術(shù)要求、防護(hù)指南、分析方法、測(cè)試和試驗(yàn)規(guī)程等專業(yè)技術(shù)內(nèi)容。國(guó)外的系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)通過多個(gè)行業(yè)專業(yè)規(guī)范的相對(duì)配套支撐，基本構(gòu)成了一個(gè)覆蓋多種電磁環(huán)境效應(yīng)控制的體系，使得系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性工作開展有理論指導(dǎo)和工程可操作性。

8結(jié)語

隨著技術(shù)水平和能力的提升，我國(guó)的系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)正在開展技術(shù)要求和測(cè)試方法的配套銜接工作。我國(guó)在系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)化過程中，一方面要加強(qiáng)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的配套研究，完善分析指南、防護(hù)設(shè)計(jì)手冊(cè)等前瞻性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的編制，提升電磁兼容技術(shù)，發(fā)現(xiàn)潛在干擾，實(shí)施有效針對(duì)性防控；另一方面，要逐步建立跨平臺(tái)的軍民電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)相互支撐的體系架構(gòu)，使電磁兼容的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)、專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)配套互補(bǔ)，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防發(fā)展提供更有力的專業(yè)技術(shù)支撐。

作者:安皓