基于建模的電磁兼容的分析方法

路 通

（空軍第一航空學院雷達教研室，河南信陽 464000）

基于建模的電磁兼容的分析方法

路 通

（空軍第一航空學院雷達教研室，河南信陽 464000）

電磁兼容問題日趨嚴重，解決起來復雜多變，以戰場電磁兼容數據模型為基礎，通過并行數據庫的模式分析戰場電磁環境中的電磁兼容問題，并提出幾種解決辦法。

電磁兼容；分析模型；電磁環境

現代戰爭使用的綜合電子信息系統含有大量分系統，各分系統之間和分系統內部的電磁環境十分復雜［1］。由此而帶來的無線電頻率使用相互沖突、電子系統間相互干擾，已成為影響現代戰爭結局的一個不容忽視的課題。而要達到電磁兼容的要求，無論是裝備研制還是戰場電磁資源的管理都必須進行電磁兼容分析。

1 戰場電磁兼容分析的作用

戰場電磁資源管理是電磁兼容實施的重要組織措施。它在考慮電磁資源、技術手段有限的前提下，在頂層設計上，對戰場電磁兼容的實現提供強有力的支持。而電磁兼容分析技術又反過來為電磁資源管理提供理論依據。

由電磁兼容性的定義和原理可知，電磁兼容（EMC）學涉及的領域較多，包括工程學、自然科學、醫學、經濟學、社會學等基礎科學理論［2］。由EMC引出4類重要的技術問題：第1類問題是如何科學地利用電磁頻譜的問題，即如何保障不同的電子信息系統間的頻譜共用的問題；第2類問題涉及各種電子信息設備產生的寄生輻射，以及接收機和其他電子設備對干擾的靈敏度等問題；第3類問題是由放置在一起的電子系統和裝置，其電子設備間互相影響所產生的問題；第4類問題是電磁環境對人類、自然界及人工環境等的影響問題。顯然第1類問題直接關系到電磁資源管理，它的研究及解決直接為電磁資源管理提供技術手段。

2 戰場電磁兼容性分析數據庫

戰場電磁兼容性分析必須掌握戰場的電磁環境。建立戰場電磁兼容數據庫，實現電磁資源科學管理，需要一套科學的程序。

無線電管理數據庫RMD（radio management database）是以一定方式存儲在電子計算機中的相互關聯的無線電頻率、臺站、設備特性、頻管網系等無線電管理所需要的數據集合。無線電管理數據庫與數據庫管理系統和數據庫應用程序共同構成無線電管理數據庫系統。數據庫管理系統是對數據庫進行定義、存儲、查詢、更新、維護以及其他管理操作的軟件系統；數據庫應用程序是通過數據庫管理系統訪問數據庫從而完成頻率支配、電磁兼容分析、臺站管理、設備管理等工作的計算機程序。

無線電管理數據庫包含多個主題數據庫，包括頻譜管理網系數據庫、頻譜管理力量數據庫、無線電臺站數據庫、無線電臺站執照數據庫、無線電頻率數據庫、短波頻率預報數據庫、無線電設備特性數據庫、無線電設備檢測數據庫、無線電監測數據庫等。各主題數據庫之間存在一定的關聯關系，組成一個有機整體。各主題數據庫中的數據表及其包含的數據項的定義、格式、編碼等采用統一標準。無線電管理數據庫的建立和維護由各級無線電管理機構負責。

圖1為基礎數據庫構成，從圖1中可以看出，我方的信息化裝備的工作頻段、輻射功率、空間覆蓋范圍以及電磁兼容性指標構成了戰場信息化裝備的基礎數據庫，而戰場民用設備的使用頻譜數據庫以及敵方裝備使用的頻段數據庫就構成了背景數據庫，戰場地理環境數據庫、戰場電波傳播模型數據庫以及戰場氣象數據庫構成了戰場電波傳播環境基礎數據庫，這里的氣象數據庫應包括對流層空間折射率分布數據和電離層空間電子濃度分布數據。信息化裝備基礎數據庫、背景數據庫和電波傳播環境數據庫共同構成戰場電磁環境數據庫，它為戰場電磁資源管理乃至戰場信息管理提供基本支撐。

圖1 基礎數據庫構成

3 電磁兼容性分析模型的建立

電磁兼容包括系統內和系統間兩種形式。電磁兼容性研究的目的是降低系統的泄漏信號強度，提高系統的敏感體對外來信號的承受能力。電磁兼容的分析是一個非常復雜的綜合性問題，信息裝備電磁兼容分析涉及到電磁場與微波技術、數學、計算機科學等學科綜合知識。

電磁兼容分析要進行定量分析，需要通過計算機數值計算來完成，因此，要通過建立一套軟件來實現。

4 戰場電磁兼容對裝備設計的要求

信息化武器裝備的發展與戰場電磁環境是相伴相隨、互相推動發展的。復雜電磁環境的形成，促進了武器裝備技術與體制的改進，信息化武器裝備的發展又使得戰場電磁環境變得愈來愈復雜。隨著戰場電磁環境的不斷復雜化，對武器的兼容性要求也越來越高，為了保證所需的戰術技術性能，這些裝備的信息技術需要不斷改進和發展，使其更加適應現代戰場電磁環境。戰場電磁環境促進武器裝備技術發展主要體現在幾個方面。

4.1 先進的天線技術

4.1.1 應對復雜戰場電磁環境，天線功能的集成化是發展趨勢

天線的增加帶來的不僅僅是雷達截面積的增加以及維護和操作上的困難，更大的問題是缺乏集成的天線既不能使各種電子系統都最大限度地發揮各自的功能，也不能最大限度地避免相互之間的電磁干擾。為此，美國海軍多年前就開始了一系列的研究，于1997年啟動了“先進多功能射頻概念”（AMRFC）試驗平臺。在2004年實現了在6～18 GHz頻段內同時完成雷達、電子戰和通信功能。

4.1.2 應對復雜戰場電磁環境，相控陣技術越來越完善

電掃相控陣具備一些固有的優勢，包括捷變波束以及高可靠性等，采用有源電掃相控陣技術，雷達的實際性能比采用其他方法要高10～30倍。現代相控陣天線成功的關鍵之一就是以數字方式產生各種波形。直接數字合成器能提供比模擬合成器更高的相位穩定性，還能使波束控制功能與波形合成功能更好地結合在一起。

4.1.3 為了應對復雜戰場電磁環境，對天線本身的隱身提出了更高的要求

隨著隱身技術的發展，武器平臺天線本身的隱身越來越受到重視。現代飛機上出于各種目的搭載的天線數目很大。如果不采取特殊措施，對于隱身技術建造的飛機來說，這些天線是不具備隱蔽效能的單元。

4.2 高性能收發（T／R）組件技術

應對復雜電磁環境，武器裝備需要高性能的探測能力，這需要高性能的無線電收發系統，而目前高性能收發（T／R）組件技術的發展，正迎合了這一潮流逐步取代天線陣中的固態放大器。把天線陣中的固態放大器轉換成（T／R）組件有助于收發系統得到更高的靈敏度。高性能收發（T／R）組件技術的發展非常迅速，主要朝大功率、寬帶化、小型化、一體化、智能化方向發展。在收發（T／R）組件的小型化和寬帶實現方面，高效制造用于（T／R）組件中的砷化鎵單片微波集成電路（MMIC）芯片的研制成功是一重大進展，有源電掃相控陣的質量、功率和成本降低的部分原因主要是得益于它。

4.3 頻譜擴展技術

隨著戰場電磁環境的復雜化，人們一直在試圖充分開發和利用現有頻譜資源，找到一塊“無污染的領地”，頻譜擴展是其必然趨勢。頻譜擴展有兩層含義：一是發射信號所占的帶寬進行擴展，二是發射信號的載頻不斷向高端擴展。戰場電磁兼容有其特殊性，有相當多的信息裝備的戰技指標都是以大功率輻射來實現的。作戰時，裝備的密集度高，各個裝備占用的頻帶互相交疊，對每一部裝備設定電磁兼容指標，從而達到作戰系統的電磁兼容是不現實的。實現電磁兼容的技術措施與組織措施應該相互結合，統籌考慮。電磁兼容技術在控制干擾的策略上采取主動預防、整體規劃和“對抗”與“疏導”相結合的方針。戰場電磁兼容應該在裝備和系統設計、使用過程中管理的各階段都充分予以考慮和實施才可能有效。科學而先進的電磁兼容工程管理是提高信息化裝備作戰效能的重要組成部分。

［1］ 王汝群.戰場電磁環境［M］.北京：解放軍出版社，2006.

［2］ 楊克俊.電磁兼容原理與設計技術［M］.北京：人民郵電出版社，2004.

TM937

A

1008-1542（2011）07-0191-02

2011-06-25；責任編輯:陳書欣

路 通（1975-），男，河南南陽人，講師，碩士，主要從事航空電子及雷達方面的研究。