2022年电磁兼容设计在电子武器和装备中的应用 .pdf

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1、收稿日期:2009203204 修回日期:2009205226作者简介:葛晶晶(19822),女,山西太原人,硕士研究生,主要研究方向:系统辨识与仿真。文章编号:100220640(2010)0420158203电磁兼容设计在电子武器和装备中的应用葛晶晶,姚竹亭,甄晓辉(中北大学,太原030051)摘要:针对传统电磁兼容设计运用在电子武器和装备中的缺点,运用一种先进的方法对其进行改进。在构思设计方案时先设计系统的能量传输模型和干扰关联矩阵,然后运用数值模拟、动态仿真、等效计算、数据统计等方法分析敏感器的安全性。通过对系统电磁兼容性预测、定量分配电磁兼容参数、重复优化设计方案,得到电磁兼容性能最

2、优的设计方案。最后通过实例分析说明了系统设计方法在实际中的应用,具有很高的实用价值和发展性。关键词:系统设计法,电磁兼容,武器装备中图分类号:TM 15文献标识码:AApplicationof EM C D esign to Electron icW eapon and Equip m entGE Jing2jing,YAOZhu 2ting,ZHEN X iao2hui(The N orth U niversityof Ch ina,T aiy uan030051,Ch ina)Abstract:A novel m ethod is applied to resolve and improv

3、e the disadvantages of the traditi onal EM Cdesign method on Electron ic w eapon and equipment.A s design scheme is conceived,systemic energy 2tran s m ission models and interference relati onship matrices are devised1 Then the security of receptors isanalyzed w ith the method of numerical sim ulati

4、on,behavioral simulation,etc1The perfect system EM Cperfo rm ance canbeachievedbyevaluatingEM Cperformance,distribu tingtheEM Cparam etersquantificati onally,optim izing design time after tim e1Key words:systemic design,EM C,w eapon and equipment引言电子武器装备系统中具有大量的电子设备,其电磁兼容性非常复杂。传统的电磁兼容设计方法中,没有完全考虑到各个

5、子系统之间的电磁兼容关系,子系统设计好之后,在系统整合和调试阶段会暴露出大量电磁兼容问题。本文运用了系统设计法成功解决上问题,并分析设计了系统电磁兼容性及优化方案,通过举例更直观细致的研究了系统电磁兼容性预测问题。1系统设计法系统设计法是用计算机技术按预测程序针对某个特定系统的设计方案进行电磁兼容性预测和分析。图 1 显示了用此方法设计系统电磁兼容的流程图1系统设计法流程图选择最优的方案电磁兼容性能完善,并确定好子系统参数诊断系统电磁兼容性能,并设计出新的调整方案子系统n子系统3子系统2子系统1定量分配电磁兼容参数诊断系统电磁兼容性能(多种因素)电磁兼容分析:磁场 磁场,磁场 电路,电路 电路

6、 模型从总体中提取子系统的初始参数图:首先从整个系统中提取子系统参数;原始的天线布局图和子系统布线图要符合系统设计要求的功能;诊断系统电磁兼容性能时充分考虑到子系统的个数、功能、性能和布线图等因素;定量分解、重新调整并分配子系统参数,再次分析电磁兼容性并诊断系统电磁兼容性能。然后,当系统电磁兼容性设计到达最理想状态时,子系统参数和布线图达到最优化。最终,总系统确定子系统参数后就可进行V ol.35,N o.4A p r,2010火 力 与 指 挥 控 制Fire Contro l&Comm and Contro l第35卷第4期2010年4月名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1

7、 页，共 3 页 -产品的开发和生产1。2电磁兼容性预测技术211能量传输模式设想一种电子武器装备平台,发射机(输出端口接天线)的数量为M1,分别表示为E1,E2,EM1,发射器数量为M2,发射器由发射机组成,所以M2M1,其他发射器表示为EM1+1,EM2,接收机(输入端口接天线)数量为N1,敏感器的数量为N2,分别表示为R1,R2,RN2。其中,敏感器由接收机组成,所以N2N1。处于复杂的电子武器装备的电磁兼容环境中,从发射器i到敏感器j通过耦合端口接收的功率为:PR j i=fbfai(f)j(f)Iij(f)df(1)其中PRji是在频率fa到fb范围内从发射器i到敏感器j耦合端口传输

8、的功率,i(f)是发射器终端的输出功率谱密度,j(f)针对敏感器不同调制信号的响应函数,Iij(f)是发射器i与敏感器j之间耦合 通道的功率传输函数。由敏感器j接收到的总功率可表达为:PRffbfa=M2i=1fbfai(f)j(f)Iij(f)df(2)212系统干扰关联矩阵在分析设备安全性上,由于功率传输函数连接发射器与敏感器,因此通过选择Iij(f)作为矩阵元素建立设备干扰关联矩阵。Iij(f)=I(E1,R1)I(E1,RN1)I(E1,RN2)MOMOMI(EM1,R1)I(EM1,RN1)I(EM1,RN2)MOMOMI(EM2,R1)I(EM2,RN1)I(EM2,RN2)(3)

9、其中在一般设备中的发射器和接受器之间的传输函数值可认为是理想值,子矩阵:A=I(E1,R1)I(E1,Rj)I(E1,RN1)MOMOMI(Ei,R1)I(Ei,Rj)I(Ei,RN1)MOMOMI(EM1,R1)I(EM1,Rj)I(EM1,RN1)(4)是发射器和接收器间通过天线端口传输能量的传输矩阵。I(Ei,Rj)(iM1,jN1)受天线的辐射特性,布线,屏蔽系数,偏振损失等因素的影响,在工程计算中,当发射器天线和接收器天线相互毗邻,相当于网络的两个端口,可通过S参数计算得出:I(Ei,Rj)=s12(f)21-s11(f)2(5)相反如果发射器天线和接收器天线相距较远,则:I(Ei,

10、Rj)=(4D)Gt(t,t)Gr(r,r)LpLdSF)(6)其中 为干扰射频波长,LP为发射机到接收机传输路径损耗,D为天线间的距离,Ld为衍射衰减,SF为屏蔽衰减,Gt(t,t)为发射天线在(t,t)方向的增益,Gr(r,r)为接收天线(t,t)方向的增益 2。Ld和SF可用衍射几何学理论和衍射均衡几何学理论来计算。符合电磁兼容要求I(Ei,Rj)的值为:In=(f)Pt(SN)jSm jPjsLta(f)Lra(f)LtfLrf(7)其中,Pt为发射的功率,Lta(f)为发射机频带外的衰减,Lra(f)为接收机阻带,Lrf(f)为传输线路的发射损失,Lrf(f)为传输线路的接收损失,S

11、m j为敏感器j的安全裕度,Pjs=敏感器j的敏感度,(SN)j=敏感器j的信噪比。用LR j表示为敏感器j的耦合端口都有极限功率值,则电磁干扰裕度表示为PRjfbfa?(LR j)-1,当PRjfbfaLRjSm j时,敏感器正常工作,对于接收机(包括天线),安全条件为PRjfbfaPjs(SN)jSm j 3。213评估电磁兼容性能,定量的分配电磁兼容参数及最优化21311分解电磁兼容参数系统电磁兼容性能评估之前,先设计好初始子系统布线和天线布局,发射器和接收器的数量,通过“磁场 2磁场”、“磁场 2电路”、“电路2电路”分析能量传输关系来建立系统干扰关联矩阵,并列出所有影响系统电磁兼容性

12、能的因素,作为分解电磁兼容参数。21312评估电磁兼容性能评估电磁兼容性能必须以系统电磁兼容预测过程中每个设计环节为标准。首先,电磁兼容几何模型依据武器装备工程设计上的几何尺寸建立,接着分析其所处的电磁环境。其次,通过建立基于电磁场理论上的系统模型,基于“磁场 2电路”耦合模型,以及基于电路功能的动态模型,分析发射器和接收器间的功率传输函数 4。最终,建立为分析接收机安全性的系统干扰关联矩阵。?951?葛晶晶,等:电磁兼容设计在电子武器和装备中的应用(总第35-685)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -21313定量的分配电磁兼容参数及最优化依据评估电磁兼

13、容性能的结果定量的分解、重新调整并分配子系统参数后,再次评估系统电磁兼容性能,此过程不断重复直到系统电磁兼容性达到最优。同时,要测试总系统和子系统电磁兼容性能。3电磁兼容性能预测实例分析图 2 所示的是电子战专用航天器上导航系统服务器的电磁干扰树,其中任务发射机E2,E3,E4通过天线端口对导航系统产生干扰,理论上,通过改变天线位置(D1)、发射功率(D2)、天线上的传输功率(D3)、发射机频带外的衰减(D4)、导航系统天线接收的能量(D5)、阻带(D6)、敏感度(D7)、导噪声信号(D8)、偏振损失(D9)可消除干扰。事实上,E2和E3的总系统限定参数D1D9是不能修改的,因此,为了排除对发

14、射机E2和E3的干扰,分别将导航系统的阻带频率f1f6改为3816 dB、3715dB、3614 dB、1016 dB、1015 dB 和1014 dB。对于发射机E4有三个位置可选择。同样为了排除对发射机E4的干扰,天线要安在位置3,阻带频率f7、f8、f9应分别改为 2015 dB、1911 dB 和 1716 dB。图2导弹系统的干扰树导航系统接收的电磁干扰EM2E4E1E2E3D9D8D7D6D5D4D3D2D1同样地,对每个敏感器的电磁干扰进行分析,通过改变可调整的参数使电磁兼容性能最优化,不断重复最优化的过程使整个系统的电磁兼容性能得到改善,最终得到最合理的电磁兼容设计。4结束语随

15、着电子武器装备的发展和电磁兼容研究的深入,系统设计法这种先进的设计思想和理念将是现代电子系统电磁兼容性设计的总趋势,用这种方法进行系统设计和研制,基本可以避免一般出现的电磁干扰问题或过量的电磁兼容设计问题。该设计法已经成功运用在电子武器装备的电磁兼容应用技术中,并为解决研究和模型发展中的电磁兼容问题提供了技术支持。参考文献:1 蔡仁刚.电磁兼容原理、设计和预测技术M.北京:北京航空航天大学出版社,1997.2 马伟明.电力电子系统中的电磁兼容M.武汉:武汉水利电力大学出版社,1993.3 RobinsonMP.A nalyticalFo rm ulati onfo rtheShieldingE

16、ffectivenessofEnclo suresw ithA pertures J.IEEET rans.O n E lectrom agneticCompatibility,1998,40(3):2402248.4 陈淑凤.电磁兼容性试验技术M.北京:北京邮电大学出版社,2001.(上接第157页)图4初始飞行环境中的最短飞行航迹图5飞行环境改变后的最短飞行航迹作为图结构的相关要素进行表达,并以邻接矩阵和权值矩阵表达了航迹节点间的连通和距离关系。应用D ijk stra 算法,通过权值矩阵的变化演示了最短航迹的查找过程,得到了由出发点到各航迹节点间的最短航迹。参考文献:1 符晓卫,高晓光.

17、一种无人机路径规划算法研究J.系统仿真学报,2004,16(1):21224.2 胡晓磊,胡朝晖,江洋溢.基于D ijk stra算法的水平航迹规划 J.火力与指挥控制,2004,29(4):86288.3 夏克俭.数据结构与算法M.北京:国防工业出版社,2001.4 T i m othy W M,Randal WB.T rajecto ry Planningfo rCoo rdinatedR endevousofU nmannedA irV ehicles R.A IAA2000243392 CP,2000.4 Bo rtoffS A.Path2Planningfo r U nmannedA irV ehicles C Proceedings of the Am erican Contro lConference,2000.?061?(总第35-686)火 力 与 指 挥 控 制2010年第4期名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -