系统级电磁兼容体系建设.docx

系统级电磁兼容体系建设国内的电磁兼容性标准研究和编制起步较晚，很多电磁兼容专业的标准在编制中不同程度参照和借鉴了国外相应的标准规范。但面对复杂的电子系统和多样的电磁环境效应，为确保系统的电磁兼容性能，就要从电磁环境适应性和系统内接口控制等方面开展分析、设计和验证工作。因而，需要相应的手册、指南、要求和方法等多种标准规范互相配套和支撑，进而使系统电磁干扰问题能得到分层控制和逐级验证。在国外系统级电磁兼容标准规范中，美国军用标准MIL-STD-464对系统电磁环境效应的要求是比拟有代表性的。美国国防部为确保这类核心标准相关技术要求和验证方法的落实，除专门配套编制了多个测试规程TOP和规范外，还通过引用国际自动机工程师协会SAE、北大西洋公约组织NATO、美国国家标准学会ANSI以及美国电信和信息管理局NTIA等多个方面的电磁兼容专业标准，使其在电磁环境效应的分析、控制和验证方面具有更好的覆盖性和可操作性。基于MIL-STD-464的要求，以航天器系统电磁兼容性工作为例，后文从系统内电磁兼容性、外部电磁环境条件、雷电效应、电磁脉冲效应、静电充电控制、电磁辐射危害和影响及电磁频谱兼容性等方面，扼要讲明了相关要求的标准规范配套和协调大概情况，可看出在详细施行层面，已建立了较为完备的系统电磁兼容性验证和保障体系。1系统内电磁兼容性影响系统内电磁兼容的主要因素分别有敏感设备如接收机等的抗扰特性、有意和无意发射信号的电磁干扰特性以及干扰源和敏感设备组合工作时的电磁兼容性能。通用的验证方法能够分别参照TOP-1-2-511（系统电磁环境效应试验方法）的附录A、K和L施行。航天器系统电磁兼容标准中，将敏感接收机抗扰特性又细化为射频前端裕度验证和基带裕度验证，并根据航天器的特点，增加了微放电二次电子倍增等效应的验证要求和方法。配套标准和规范采用：aTOP-1-2-511附录A，接收机警感特性验证方法；bTOP-1-2-511附录K，系统电场发射验证方法；cTOP-1-2-511附录L，系统内干扰源和敏感设备兼容性验证方法；dECSS-E-20-01，微放电效应设计和测试方法。2外部电磁环境条件电子系统所处的电磁环境是系统级分析、设计和验证的根据。MIL-STD-464中分别给出了海军舰船甲板上和发射机主波束内、航天系统、地面系统、旋翼飞机和固定翼飞机以及军械等系统的最严酷电磁环境包络。各类系统典型的电磁环境数据在受控的美军手册MIL-HDBK-235中。另外，针对海军直流磁场、陆军坦克车辆、飞机外部和航天系统在发射场及空间轨道的特殊电磁环境，分别在下列标准规范中有相应讲明。aMIL-HDBK-235-2C/-3C/-4C/-5C/-6/-7/-8/-9/-10，美海军水面舰船、宇航系统、地面系统、旋翼飞机、固定翼飞机、军械、高功率微波系统、其它类型舰船和潜艇等工作时的典型电磁环境电平；bDOD-STD-1399-70-1，舰船系统直流磁场环境；cATPD-2407，陆军坦克和车辆系统的电磁环境；dADS-37A-PRF，飞机电磁环境效应性能和验证要求；eAIAA-S-121，宇航设备和系统电磁兼容性要求；fTOP-1-2-511附录B，外部射频电磁环境验证方法。3雷电效应雷电效应的典型要求在MIL-STD-464中有讲明。考虑雷电的直接效应和间接效应，在TOP-1-2-511的附录C和N中给出了验证方法。由于大型系统进行雷电效应实测涉及场地、成本等多种因素，欧洲航天局ESA针对常见的运载火箭在发射塔架上的雷电效应影响进行了系统级分析，在ECSS-E-HB-20-07手册中给出了分析模型和仿真经过介绍，使得系统级雷电效应试验通过对整系统的逐级分析，最终能够在某些关键点进行针对性的传导敏感度试验考虑了仿真分析的偏差，可有效控制试验成本，提升验证的针对性。aSAEARP5412，飞机雷电环境及相关测试波形；bSAEARP5414，飞机雷电分区；cSAEARP5577，飞机雷电直接效应验证；dECSS-E-HB-20-07，宇航工程电磁兼容性手册5.3.1.5节；eTOP-1-2-511附录C，近场雷电效应NSL验证方法；fTOP-1-2-511附录N，直接雷电效应DSL验证方法。4电磁脉冲EMP效应电磁脉冲的要求在MIL-STD-464和MIL-STD-2169中有相关讲明。针对不同电磁脉冲特性的验证和测试，分别在TOP-1-2-511、TOP-1-2-620和TOP-1-2-622中规定了通用方法。为确保军用飞机和舰船对HEMP防护设计和验证工作的落实，又配套了受控的指导标准。aMIL-STD-2169，高空电磁脉冲环境；bMIL-STD-188-125-1/-2，地面执行关键和紧急任务的C4I设施对高空电磁脉冲的防护要求；cTOP-1-2-511附录D，电磁脉冲验证方法；dTOP-1-2-620，高空电磁脉冲HEMP测试；eTOP-1-2-622，垂直电磁脉冲VEMP测试；fMIL-STD-3023，军用飞机高空电磁脉冲防护；gMIL-STD-4023，军用水面舰船高空电磁脉冲防护。5静电充电控制根据产生机理和所对应的电子系统，静电可分为人体静电、直升机旋翼产生的静电、飞行器高速与大气摩擦产生的沉积静电和航天器在空间因带电粒子环境构成的航天器外表带电和内带电等。针对不同静电原因和对象，分别有如下相应的充电控制、验证标准和规范。aANSI/ESD20.20，电子和电气部件、组件和设备静电控制与防护；bMIL-STD-1541，航天器系统电磁兼容性要求；cNASATP2361，航天器充电效应的评估和控制设计指南；dTOP-1-2-511附录E，直升机静电放电HESD验证方法；eTOP-1-2-511附录M，人体静电放电PESD验证方法；fJOTP-062，对军械的PESD和HESD验证要求；gTOP-1-2-511附录F，沉积静电验证方法；hMIL-STD-331F组及附录F，电、磁影响及其测试项目；iAECTP-500第8部分，电磁环境效应测试和验证。6电磁辐射危害和影响电磁辐射对人员、军械和燃油等会有安全性方面的影响，应根据相关标准规范。对其危害和影响进行控制和验证。aDOD6055.11，保护军事人员免受射频辐射和军用激光危害；bIEEE-C95.1，电磁场对人员暴露辐射的安全限值；cMIL-STD-1576，航天器系统电爆分系统安全性要求和测试方法；dMIL-HDBK-240，电磁辐射对军械的影响测试指南；eJOTP-061，电磁辐射对军械危害HERO的安全性测试；fTOP-3-2-616，电磁辐射对射频发射设备的危害性测试；gTOP-1-2-511附录H，电磁辐射对军械的影响验证方法；hTOP-1-2-511附录G，电磁辐射对燃油的影响HERF验证方法。7电磁频谱兼容性电磁频谱是一种共用资源，为确保电子系统兼容工作，需要对不同电子系统和设备所使用的频谱进行规范和管控。这里不但需要电磁频率管理规范和手册，还包括分析指南和案例报告等文件，共同指导电磁频谱兼容性工作的开展。a美国电信和信息管理局，联邦无线电频谱管理法规及程序手册；bDODI4650.01，电磁频谱的管理和使用；cR-3046-AF，航天器系统频谱和轨道选用与分析技术指南；dMIL-STD-237，电磁环境效应和频谱支持指南。复杂电子系统的电磁兼容性工作涉及多种电磁环境效应的技术要求、防护指南、分析方法、测试和试验规程等专业技术内容。国外的系统级电磁兼容性标准通太多个行业专业规范的相对配套支撑，基本构成了一个覆盖多种电磁环境效应控制的体系，使得系统级电磁兼容性工作开展有理论指导和工程可操作性。随着技术水安然平静能力的提升，我国的系统级电磁兼容性标准正在开展技术要求和测试方法的配套衔接工作。我国在系统级电磁兼容性标准化经过中，一方面要加强电磁兼容标准的配套研究，完善分析指南、防护设计手册等前瞻性标准规范的编制，提升电磁兼容技术，发现潜在干扰，施行有效针对性防控；另一方面，要逐步建立跨平台的军民电磁兼容标准互相支撑的体系架构，使电磁兼容的国家标准、国家军用标准和行业、专业标准配套互补，为国家经济建设和国防发展提供更有力的专业技术支撑。作者:安皓