機艦電磁兼容性分析技術設計*

胡水才　黃福貴　楊華高

(海軍駐景德鎮地區航空軍事代表室　景德鎮　333002)

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機艦電磁兼容性分析技術設計*

胡水才黃福貴楊華高

(海軍駐景德鎮地區航空軍事代表室景德鎮333002)

摘要針對機艦電磁兼容適配性問題，從頂層設計出發，提出一套適合艦載直升機電磁兼容性分析的方法，并針對分析出的干擾問題，給出了相應電磁兼容設計控制方法，文中的分析方法和設計控制方法對型號后續研制工作具有重要意義。

關鍵詞直升機； 機艦電磁兼容性； 分析設計

Class NumberU671

1引言

艦載直升機作為海軍序列里重要的武器裝備，其不但可以獨立執行對海和對潛預警探測、目標指示任務，還可完成攻潛和攻艦等作戰任務，提高艦艇編隊對局部海戰場的感知能力，擴大母艦對海/潛作戰半徑，全面提升水面艦艇編隊的綜合作戰能力[1]。

由于驅護艦上空間較小，根據作戰需求又布置有艦載雷達、通訊導航、電子對抗等大功率射頻設備，使得艦載電磁環境日益復雜惡化，加之直升機結構設計中大面積地使用復合材料導致機體電磁屏蔽效能降低，同時，高速大規模集成電路在航電設備中的應用，使得航電設備對電磁能更加敏感，更易受到大功率輻射源的干擾。本文從頂層設計出發，結合某海軍艦載直升機型號的研制，提出一套適合艦載直升機電磁兼容性分析的方法，并針對分析出的干擾問題，給出了相應電磁兼容設計控制方法，本文對于機艦電磁兼容適配性設計工作具有重要意義，為艦載機設計研究工作提供一定的借鑒意義。

2機艦電磁兼容性概念和機艦電磁兼容性分析

GJB72-2002定義的系統間電磁兼容性是指任何系統不因其他系統中的干擾源而產生明顯降級的狀態，所以機艦電磁兼容性就可以定義為直升機系統不因艦上系統的干擾源而產生明顯降級的狀態；艦上系統不因直升機系統的干擾源而產生明顯降級的狀態。由于艦上系統射頻設備的功率遠大于直升機上的機載設備，故機艦電磁兼容性分析設計工作主要集中在前半部分。機艦電磁兼容性是貫穿整個型號生命周期的一項系統工程。某型號在方案設計階段時，就已經開展機艦電磁兼容性分析工作，詳細設計階段則對分析結果進行1∶1模型試驗驗證，試驗中暴露出的電磁干擾問題開展專題整改并結合電磁兼容性控制技術的應用，最終確保了工程研制階段的試驗樣機最大限度地滿足機艦電磁兼容適配性的要求，順利通過產品的設計定型。[2～3]

機艦電磁兼容性分析是基于艦載電磁環境、艦載直升機電磁特性的基礎上，建立數學模型計算艦上大功率雷達的同頻、諧波、鄰頻、雜散信號對于機載設備的干擾情況，將結果建立干擾矩陣。

艦載電磁環境包含兩部分，一是艦載系統的頻譜覆蓋范圍；二是當大功率艦載輻射源工作時，直升機在停留、起降、飛行三種狀態下，典型工作位置處的場強分布情況。GJB1389A-2005給出了直升機在甲板上工作時，直升機所處的艦上電磁環境數據；直升機在艦上發射機主波束下工作時，直升機所處的艦上電磁環境數據。軍用艦載直升機(通用型)根據其任務使命，設計時應按照較嚴酷電磁環境進行分析，分析中暴露出電磁干擾或設備燒毀的潛在風險時，可以通過一定電磁兼容控制技術對其進行整改或規避。發射機主波束下工作的電磁環境數據見表1。表1中數據是指各種艦艇發射機主波束15.25m處的場強，可以看出某些頻段峰值達到幾萬伏/米，這些頻段的干擾源一般是艦載雷達、短波、超短波通信設備，這些設備不僅會對機身外布置的射頻設備造成燒毀/干擾等影響，還會對機體內的設備造成電磁干擾。對于已明確母艦的直升機，艦載電磁兼容適配性設計則要統計出艦上主要輻射源，通過仿真、儀器測量等方法得到直升機停留、起降、飛行位置處的場強值，這種情況更有針對性，也節約設計、生產成本。

表1　艦載上發射機主波束下的電磁環境

艦載直升機的電磁特性，是指直升機所有機載設備的電磁特性，包括射頻設備、非射頻類用電設備。非射頻類設備因布置在機身內部，又沒有天線，其電磁特性主要是跟機體屏蔽特性、設備抗干擾特性有關。射頻類設備電磁特性是分析工作的重點，分為天線特性、收發機特性兩部分。天線特性參數包括天線增益、頻率、極化形式等。收發機的特性有靈敏度、抗燒毀電平、飽和電平、帶外抑制指標等。表2中給出了幾種常見通信導航設備的電磁特性。

表2　機上常見通信導航設備電磁特性

得到上面數據后，便可以利用電磁波傳播、通信鏈路原理，建立一個基于艦載環境的電磁干擾分析模型。

假設直升機機載電子設備中，射頻設備共N部，每一個設備要根據自身頻譜、艦上干擾源的頻譜，確定其受干擾類型，主要干擾類型有同頻干擾、諧波干擾、雜散發射干擾、鄰頻干擾。艦載干擾源對機載設備的同頻干擾指艦載干擾源與機載射頻接收設備工作于同一頻率，造成機載設備接收靈敏度下降，接收出現阻塞現象，更嚴重的情況是接收機射頻前端出現燒毀的現象。諧波干擾是指艦載輻射源諧波頻率處于機載射頻接收設備工作頻率上或工作帶寬內，造成機載設備接收靈敏度下降，接收出現阻塞現象，更嚴重的情況是接收機射頻前端出現燒毀的現象。雜散干擾是指艦載輻射源除主頻及諧波頻率外的無意發射處于機載射頻接收設備工作頻率上或工作帶寬內，造成機載設備接收靈敏度下降，接收阻塞的現象。鄰頻干擾指艦載輻射源的工作頻率在機載接收設備有效工作頻帶之外但靠近機載接收設備工作頻帶，被機載設備接收后造成機載設備接收靈敏度下降，接收出現阻塞現象，甚至出現接收機射頻前端出現燒毀的現象。

干擾分析模型是根據電磁波傳播、無線通信鏈路原理建立的，以雷達發射信號為發射源，減去鏈路傳播中的衰減，就得到了機載設備接收機端接收到干擾信號。以同頻干擾為例，機載射頻設備接收的艦載干擾源干擾信號:

I=PIT+GIT-LIT-L(f,d)+GR-LR-LP

(1)

式中:I為機載設備接收的艦載輻射源同頻干擾信號(dBm);PIT為艦載輻射源發射功率(平均功率，dBm);GIT為艦載輻射源天線增益(dB);LIT為艦載干擾源發射機到發射天線的傳輸損耗(dB);L(f,d)為電磁波自由空間損耗(dB);GR為機載設備天線增益(dB);LR為機載天線到接收機射頻電纜傳輸損耗(dB);LP為天線極化失配損耗(dB)。

電磁波自由空間傳播損耗計算方法如下:

L(f,d)=32.44+20lgf+20lgd

(2)

式中:f:頻率(MHz)，此處指機載射頻接收設備的工作頻率；d電磁波傳播的距離(km)，此處為艦載輻射源天線到直升機的距離(km)。

諧波、鄰頻、雜散模型與同頻干擾模型的建模方法基本一致，只是模型中引入了對應的因子:艦載輻射源諧波抑制、接收機帶外抑制、艦載輻射源雜散抑制。

將機載設備和艦船電磁特性參數代入模型中計算，計算結果與機載設備接收的正常工作信號電平進行比較，按以下三種原則來判斷設備被干擾情況。

1)若干擾信號電平小于接收機的毀損電平、大于或等于阻塞電平，則存在接收機出現阻塞不能正常工作的情況；

2)若干擾信號電平小于接收飽和電平、大于或等于接收機接收的有用信號電平，則會出現干擾導致接收機不能正常接收；

3)若信干比低于接收機正常接收所需的信噪比，則不會出現干擾。

根據N部射頻設備的分析結果，形成干擾矩陣，用于后續電磁兼容設計工作。

3電磁兼容性設計控制技術

電磁兼容性設計控制技術是指利用現有電磁兼容控制方法，針對特定的電磁干擾問題，采取的一系列整改措施，措施的制定要兼顧系統工程、設計制造成本等方面，最終以較小的代價達到系統間的電磁兼容效果。針對機艦電磁干擾問題，電磁兼容設計控制方法主要有分時工作、分頻工作、合理布局、提高屏蔽效能等。針對機載射頻設備和非射頻設備應采用不同的電磁兼容控制方法。

1) 對非射頻類設備的電磁兼容性控制方法主要是電磁屏蔽加固技術、設備電纜布置優化，屏蔽加固技術主要是針對電子設備艙口蓋、風擋玻璃、艙門等有縫隙的位置利用電磁密封膠條、為凱夫拉復合材料鋪設銅網、玻璃鍍膜、口蓋噴涂金屬等措施來提高電磁屏蔽效能。設備電纜布置優化內容包括飛行關鍵、重要設備及其電纜束要布置在屏蔽效能相對更高的位置，設備做好搭接措施，電纜選用屏蔽導線，電纜收頭采用360°屏蔽等。

2) 對射頻類機載電子設備的機艦電磁兼容性控制方法主要有對機載設備提出研制要求，采取相應的設計措施提高抗燒毀電平、接收機帶外抑制設計指標，同時，要積極與艦船總體單位協調，根據分析結果，采取分時管理、分頻管理的辦法，避免艦載輻射源的工作頻率與機載設備同時或同頻工作；對于雷達雜散干擾，還可以提出艦載設備的雜散抑制指標要求，供船總體單位參考。

4結語

本文針對機艦電磁兼容適配性問題，結合型號工作中的經驗，給出了機艦電磁兼容的分析方法，建立了干擾模型，提出相應機艦電磁兼容設計控制方法，在某型號設計初期就暴露了潛在的電磁干擾問題，為艦載直升機型號立項、方案階段的設計工作提供了技術支撐，有助于型號機艦適配性工作的后期開展。

參 考 文 獻

[1] 徐明.艦載直升機特殊要求對總體構型的若干影響[J].航空科學技術,2009(3):3-6.

[2] 潘涵,宋東安,刑芳,等.國外艦載機電磁安全性研究[J].艦船科學技術,2009(3):150-153.

[3] 李超,湯仕平,萬國軍,等.美軍電磁環境效應(E3)實驗室建設淺析[J].裝備環境工程,2011(12):76-79.

[3] GJB1389A-2005.系統電磁兼容性要求[J].中國人民解放軍總裝備部,2006.

[4] 侯冬云,孟凡民.艦船系統級電磁兼容性要求[J].艦船電子工程,2004(5):115-118.

[5] 蘇東林,王切冰,金德琨.電子戰特種飛機電磁兼容預設計技術[J].北京航空航天大學學報,2006(10):1241-1245.

[6] GJB72-2002.電磁干擾和電磁兼容性術語[J].中國人民解放軍總裝備部,2003.

Analysis and Design Technology of Electromagnetic Compatibility (EMC) Between Helicopter and Ship

HU ShuicaiHUANG FuguiYANG Huagao

(Naval Representative Office of Aviation in Jingdezhen, Jingdezhen333002)

AbstractAiming at the problem of EMC between the helicopter and ship, an analysis method which is suitable for EMC between helicopter and ship is put forward from the top design. According to the EMI problems from analysis result, the corresponding designing and controlling methods of EMC between the Helicopter and Ship are given in this paper. The analysis method and design method for the follow-up research work of helicopter program is of great significance.

Key Wordshelicopter, EMC between the helicopter and ship, analysis and design

* 收稿日期：2015年11月4日,修回日期：2015年12月14日

作者簡介：胡水才，男，工程師，研究方向：航空電子。

中圖分類號U671

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.042