艦船電磁兼容性標準體系的構建

張勇，湯仕平，龔亞樵

（1．海軍裝備研究院標準規范研究所，上海200235;2．海軍裝備部，北京 100161）

0 引言

艦船是最為復雜、龐大、綜合作戰能力強大的水面作戰平臺，裝備了雷達、通信、電子對抗、指揮控制等大量電子用頻設備和武器。因此，艦船電磁環境復雜，電磁兼容問題突出，電磁干擾和電磁輻射危害可能造成設備、系統性能降低，危及人員、軍械和燃油的安全，使艦船不能完成預期的戰斗任務。在未來復雜的作戰態勢和電磁環境下，預警探測、指揮控制、火力打擊等多種裝備交叉使用，要求做到實時使用的協調一致，電磁兼容問題更加突出。

艦船電磁兼容性標準是開展艦船電磁兼容性工作的主要依據，是實現艦船電磁兼容性的基礎。開展電磁兼容性標準研究，建立艦船電磁兼容性標準體系，對艦船電磁兼容性標準工作進行頂層規劃，明確艦船電磁兼容性標準發展方向和工作重點，指導艦船電磁兼容性標準規劃論證及標準的制修訂，同時將眾多的艦船電磁兼容性標準在體系下協調一致．充分發揮艦船電磁兼容性標準的系統功能，獲得良好的系統效應，取得最佳的軍事、經濟效益。

1 國內外電磁兼容性標準分析

由于各國海軍的基礎與發展戰略存在差別，艦船的發展方式和發展水平也各不相同，因此決定了各國的艦船電磁兼容性標準也有所區別。由艦船資料可以看出，美國是世界建造戰斗艦船最多的國家，其艦船的研制具有較高水平。美國在艦船的發展過程中十分重視發揮標準的作用，標準在美國艦船采辦過程中扮演著舉足輕重的作用，美國艦船標準技術水平先進、配套協調，是目前世界先進艦船標準的代表，對于我國艦船裝備標準規范和設計指導性文件研究具有重要的參考價值。

為了解決日益嚴重的電磁干擾問題，美軍從20世紀40年代開始頒布了一系列的電磁兼容性標準，包括:JAN-I-225，MIL-STD-461/462系列，MIL-E-6051D和MIL-B-5087B等，以施行武器裝備的電磁兼容性控制和認證。同時，美軍在控制電磁環境效應和裝備采辦過程中有相應的指令指示和操作手冊支持，為武器裝備達到電磁兼容性提供指導和管理指南，如MIL-HDBK-237系列。在隨后的幾十年里，設備和分系統級以及系統級電磁兼容性理論和試驗措施被不斷豐富和發展。美國系統級軍用電磁兼容性標準經歷了MIL-STD-1385《預防電磁輻射對軍用系統危害的一般要求》和MIL-STD-1818，現在發展到MIL-STD-464A《系統電磁環境效應要求》［1］。

通過對美軍《國防部規范與標準》中電磁兼容標準文件，國防部、海軍指令/指示文件等美軍標準化文件分析，確定了用于美海軍艦船的電磁兼容性相關標準化文件，通過相關文件分析，可以得出以下結論:

1）美國用于艦船的電磁兼容性要求分布于各指令、操作手冊和標準中，沒有發現美國艦船電磁兼容性相關標準有明顯的體系結構特征，沒有體系的框架和說明。

2）經過分析發現，美國艦船電磁兼容性工作以美軍《艦船通用規范》、海軍部電磁兼容性指令指示（如:NAVSEAINST 2450.2）［2］和MIL-HDBK-237D管理手冊為主線，在這些文件中提出技術、管理上的電磁兼容性要求，并以直接引用的電磁兼容性標準［3］（如:464A、461E等）為支撐。引用的電磁兼容性標準提出具體的電磁兼容性要求，在技術要素和管理、試驗方面都有相應的要求。例如:NAVSEAINST 2450.2（OPR 06K2）中規定了電磁環境效應（E3）控制的考慮、需求和過程，并提出對平臺級裝備、系統級設備需滿足的電磁兼容性軍用標準要求，具體如表1所示。

3）解決電磁兼容性問題是一個系統工程，要解決艦船裝備的電磁兼容性問題，不是僅僅依靠制定技術標準就可以解決的。美軍不僅有用于艦船上的電磁兼容性技術標準，還有包括國防部、各軍兵種和參謀長聯席會議主席等發布的一系列指令指示、操作手冊等管理性文件來指導艦船的電磁兼容性工作，明確分工和職責。這些管理性的文件，在解決電磁環境效應問題中起到十分重要的作用。

我國軍用電磁兼容性標準化工作開展于80年代初，吸取別人的經驗，有一個較高的起點。而且，電磁兼容性標準是參照美軍相關標準并結合我軍電磁兼容性工作的經驗制定的。

1）我國目前已制定了一批電磁兼容性軍用標準，但還不能滿足大型艦船等研制的需要，這些標準滿足設備和分系統等需求比較成熟［4］，但要滿足系統級尤其是大型艦船復雜系統是有很大差距的。國軍標GJB1389A頒布后具體明確了系統級電磁兼容的要求，使系統提出電磁兼容性要求有了依據［5］。但還沒有系統進行驗證的方法標準，如何去驗證，需要通過研究制定一批系統級的電磁兼容性試驗方法的國軍標和海軍標。

2）我國電磁兼容性國軍標基本上是在技術層面上，有關電磁兼容性管理方面的標準較少，國軍標GJB/Z17《軍用裝備電磁兼容性管理指南》已有17年，是參照采用美軍標MIL-HDBK-237B制定的;而美軍標已于2005年頒布了D版，要求具體，因此GJB/Z17需要結合我國裝備的特點及美軍標的發展進行修訂。

3）電磁頻譜是有限資源，必須進行科學的管理規劃。美軍標MIL-HDBK-237D提出了“頻譜保障性”要求，規定了不同研制階段如何管理電磁頻譜問題。艦船在甲板上、下和艦機之間，使用電磁頻譜的設備、系統十分多，使有限的頻譜資源顯得十分擁擠。在研制初期協調好頻譜的規劃、分配，避免頻譜沖突，事后補救;在使用階段協調好頻譜使用。制定電磁頻譜技術管理標準十分緊迫。

2 構建艦船電磁兼容性標準體系的方法

構建艦船電磁兼容性標準體系就是根據分析掌握的艦船電磁兼容性標準體系涵蓋內容，確定艦船電磁兼容性標準體系結構和標準明細。

構建艦船電磁兼容性標準體系采用系統綜合分析法，通過系統分析確定艦船電磁兼容性標準體系建立的綜合要求，從全系統全過程通盤控制體系建設的框架、流程問題，解決構建體系包括的過程、內容、方法等。通過對比分析解決體系組成部分、標準類型的問題，實現明細表中的內容。同時為體系標準分類提供依據。層次分析法分析體系結構層次，建立體系的結構框圖。使體系結構優化、層次清晰、關系合理。建立艦船電磁兼容性標準體系是一個系統分析決策的多階段選擇與反饋過程，通過系統分析對艦船研制過程中電磁兼容需求縱向自上而下逐級分解，橫向從壽命期逐階段分析，界定艦船電磁兼容性標準體系內容，明確體系結構，最終形成體系表，過程如圖1所示。

圖1 建立體系過程Fig.1The process of establishing system

確定體系要分析界定艦船電磁兼容性內容范圍，即標準的組成、范圍，這一過程采用對比分析法，通過分析比較，分類統計，研究涉及艦船電磁兼容性的國內外情況，結合艦船電磁兼容性需求，確定艦船電磁兼容性標準內容、范圍和類型。明確結構的過程是逐步優化的過程。這一過程根據目前技術水平和發展趨勢，層次分析確定體系結構。有關的分析方法可根據情況既可以單獨應用，也可以綜合運用，且結合專家的參與，綜合集成為相對比較理想，層次分明、邏輯性強的目標體系結構。

3 艦船電磁兼容性標準體系涵蓋內容

通過國外艦船電磁兼容性標準，特別是美國艦船電磁兼容性標準、規范、指令等標準資料分析，掌握了美國艦船電磁兼容性標準的構成，并在此基礎上，通過內容分析，確定艦船電磁兼容性要求涵蓋內容。

通過分析，艦船電磁兼容性要求主要包括:

1）保證艦船上電引爆武器、燃油的安全;

2）保障人員的安全，不受電磁輻射危害;

3）艦機適配，安全兼容工作;

4）保證艦船上電氣、電子設備和武器裝備能兼容工作。

為實現艦船電磁兼容性要求需開展電磁環境預測分析，總體優化布置，電磁頻譜管理，電磁干擾控制及管理、設備在艦船上的接地、電纜布置、艙室屏蔽、電磁環境對人員、燃油、軍械危害的預防要求，艦載電子武器設備電磁兼容要求等工作。

按照我國軍用標準體系及海軍裝備標準體系的模式，結合艦船電磁兼容性特點，艦船電磁兼容工作主要在控制電磁輻射危害，減少電磁干擾、實現艦機適配等方面。以上方面要制定單獨類型標準，同時包括基礎標準、管理標準、試驗驗證標準。其中基礎標準不涉及具體產品，它就術語、現象、環境、試驗和測量、儀器和基本試驗裝置給出定義和描述。因此，艦船電磁兼容性標準體系應包括以下內容:基礎標準;電磁干擾及控制標準;電磁輻射危害及控制標準;艦機界面電磁兼容性標準;電磁兼容性試驗評估標準;電磁兼容性管理標準。

4 艦船電磁兼容性標準體系

通過對國外艦船電磁兼容性標準文件的分析，以及艦船電磁兼容性要素的分析，結合艦船電磁兼容性標準涵蓋內容和我國電磁兼容性軍用標準體系表，按照建立艦船電磁兼容性標準體系的原則，運用體系建立的方法，提出艦船電磁兼容性標準體系框圖如圖2所示。

圖2 艦船電磁兼容性標準體系框圖Fig.2The block diagram of EMC standard system for navy ship

5 艦船電磁兼容性標準體系基本內容

5.1 基礎標準

屬于基礎標準的已有GJB72A-2002《電磁干擾和電磁兼容性術語》、HJB 34A-2007《艦船電磁兼容性要求》。GJB72A標準規定了電磁干擾和電磁兼容性術語及其定義。HJB34A-2007規定了海軍艦船總體、艦（船）載電子、電氣、機電系統和設備的電磁兼容性基本要求及其測試方法。該標準用于海軍各類戰斗艦艇。

基礎標準對術語、現象、環境、電磁兼容要素、試驗和測量等給出定義和描述。基礎標準是編制其他各級電磁兼容性標準的基礎。

5.2 電磁干擾及控制標準

包括控制艦船的電磁干擾的要求，以及規范和指導設計使艦船滿足指標要求的措施。

目前，已有軍用設備和分系統電磁發射及敏感度要求、電磁兼容性搭接及接地要求和方法、電磁環境要求及控制措施、軍用飛機雷電防護及飛機安全電接地、飛機供電特性等要求。

根據電磁兼容性技術的發展，以及美軍指令NAVSEAINST 2450.2（OPR 06K2），MIL-HDBK-237D均提出了電磁脈沖及防護要求。目前電磁脈沖、雷電對武器裝備有著致命影響，電磁脈沖的電磁能量能大量損壞指揮、控制、通信、情報系統，各國仍在大力加強核電磁脈沖的研究。加強武器系統抗EMP技術研究，以提高武器系統在電磁武器、高空核爆炸打擊下的生存能力，具有十分重要的意義。因此，需針對未來的發展及電磁脈沖、雷電的防護要求，制定相關標準。

現代戰爭對電磁頻譜的依賴性越來越強，戰場頻譜供需矛盾日益加劇。因此，為了合理有效利用頻譜，需從電磁兼容性出發，綜合頻段選擇、頻率指配、干擾分析、系統的技術體制及設備性能，實施頻譜管理，實現頻譜資源的有效利用，減少產生電磁兼容性問題。

從美軍的電磁兼容性文件資料研究分析，對頻譜管理十分重視，有許多管理的文件。目前，我國相關方面還缺乏完善的標準，應加以研究制定。

5.3 電磁輻射危害及防護標準

由于現代戰爭的要求，艦船活動區域大、作用距離遠，艦載和機載大功率設備發射功率高，易產生高場強，存在電磁危害的可能。

美國國防部尤其是海軍早在20世紀60年代就開始進行電磁輻射危害的全面研究，目前已形成一系列指令、標準、設計準則、作業規程等。如:NAVSEAINST-8020.7C［6］，NAVSEA OP 3565，NAVSEA OD 30393和MIL-HDBK-240等。目前，我國對燃油危害的場強限制、燃油安全距離等技術問題還有待于突破，需制定相關的艦船電磁輻射對燃油危害及防護要求。艦船在惡劣的電磁環境中要實現武器系統的安全性，必須加強電磁輻射防護技術研究，需開展電磁輻射對軍械危害及防護要求研究和標準制定。由于無線電技術的發展，電磁波輻射對人體的影響成為關注的重點。近年來，在這一領域的研究已取得一些進展，形成了電磁輻照的標準，但還不能滿足艦船上電磁輻射對人員的危害及控制措施要求，需研究制定艦船電磁輻射對人員危害及防護要求。因此，與艦船電磁輻射危害相關的指標要求、防護要求需制定相關標準。除了已有的部分標準外，對燃油需制定輻射指標要求和控制措施，軍械防護和管理程序也尤為重要。對人員需制定輻射要求、控制和防護措施要求。

5.4 艦機界面電磁兼容標準

艦機電磁兼容性界面標準是為了協調艦機電磁兼容要求，確保艦機電磁兼容性適配而特別制定的標準，從艦機界面接口來看，主要包括輻射電磁場、接地要求、對飛機的供電電源等界面。因此，主要包括艦機界面電磁環境、接地要求、供電電源接口、艦機頻率適配要求。

5.5 電磁兼容試驗與評估標準

由于電磁場分布的復雜性和電磁數值計算的局限性，艦船電磁兼容性工程的技術研究和問題解決需建立在大量的試驗研究和實際測試的基礎上。設計是否合理，采取的技術措施是否得當，是否存在電磁干擾問題，都需要通過試驗進行分析判斷。

目前，設備及分系統的測試方法有《軍用設備和分系統等電磁發射和敏感度測量》，可滿足設備及分系統級的測試要求和方法。總體、系統級安全裕量、電磁場對人員、武器裝備、燃油的危害效應、電磁易損性和抗電磁脈沖效應試驗等方面尤為關注。新型測量儀表和儀器設備的研制和新技術在電磁兼容標準中應用，試驗設備和設施體現出寬頻帶、高場強的特點。電磁兼容性試驗技術逐漸向高速自動化、集成化、便攜式方向發展。當前，軍用裝備尤其是電子設備的工作頻段不斷拓寬、功率不斷增大，為滿足軍用裝備發展的需求，必須建立相應的《系統電磁兼容性試驗方法》系列標準的制定，在系統級的試驗方法中主要包括:系統電磁脈沖試驗與評估方法;電磁輻射危害場強測量方法;電磁輻射對軍械危害試驗與評估方法等。

同時，需要關注的是在制定試驗方法的同時，要大力開展電磁環境效應的試驗設施、場地的建設，沒有充分的試驗場地，系統級的電磁環境效應試驗很難開展。美國軍方至少建有20個大型電磁環境效應實驗場，包括陸軍7個、海軍8個、空軍5個。美軍完善的電磁環境效應試驗設施較好的開展了武器裝備的電磁環境效應試驗評估，目前國內在此方面還有很大差距。

6 結語

在全面分析國內外艦船電磁兼容性標準現狀及發展趨勢的基礎上，深入研究了美國艦船電磁兼容性標準化文件，并在此基礎上，結合軍用標準體系編制的要求，形成了艦船電磁兼容性標準體系的建立原則，通過對艦船電磁兼容性標準體系涵蓋內容和構建方法的研究，建立了我國艦船電磁兼容性標準體系表，建立了包含基礎標準、電磁干擾及控制標準、電磁輻射危害及防護標準、艦機界面電磁兼容性標準、電磁兼容性試驗與評估標準、電磁兼容性管理標準六方面的艦船電磁兼容性標準體系，系統地確定各標準項目的內容和在標準體系中的位置，提出了制定標準的建議，結合型號研制，突出艦船電磁兼容性特點，為艦船電磁兼容性工作提供技術支撐。

［1］MIL-STD-464A，ElectromagneticEnvironmentalEffects Requirements for Systems［S］．

［2］NAVSEA instruction 2450.2 OPR 06K2，Electromagnetic Compatibility［S］．

［3］MIL-HDBK-237D，Electromagnetic Environmental Effects and Spectrum Supportability Guidance for the Acquisition Process［S］．

［4］MIL-STD-461E，RequirementsfortheControlof Electromagnetic Interference Characteristics of Subsystems and Equipment［S］．

［5］GJB1389A-2005，系統電磁兼容性要求［S］．

［6］NAVSEAINST_8020.7C，HazardsofElectromagnetic Radiation to Ordnance Safety Program［S］．