基于建模的电磁兼容的分析方法

路 通

（空军第一航空学院雷达教研室，河南信阳 464000）

基于建模的电磁兼容的分析方法

路 通

（空军第一航空学院雷达教研室，河南信阳 464000）

电磁兼容问题日趋严重，解决起来复杂多变，以战场电磁兼容数据模型为基础，通过并行数据库的模式分析战场电磁环境中的电磁兼容问题，并提出几种解决办法。

电磁兼容；分析模型；电磁环境

现代战争使用的综合电子信息系统含有大量分系统，各分系统之间和分系统内部的电磁环境十分复杂［1］。由此而带来的无线电频率使用相互冲突、电子系统间相互干扰，已成为影响现代战争结局的一个不容忽视的课题。而要达到电磁兼容的要求，无论是装备研制还是战场电磁资源的管理都必须进行电磁兼容分析。

1 战场电磁兼容分析的作用

战场电磁资源管理是电磁兼容实施的重要组织措施。它在考虑电磁资源、技术手段有限的前提下，在顶层设计上，对战场电磁兼容的实现提供强有力的支持。而电磁兼容分析技术又反过来为电磁资源管理提供理论依据。

由电磁兼容性的定义和原理可知，电磁兼容（EMC）学涉及的领域较多，包括工程学、自然科学、医学、经济学、社会学等基础科学理论［2］。由EMC引出4类重要的技术问题：第1类问题是如何科学地利用电磁频谱的问题，即如何保障不同的电子信息系统间的频谱共用的问题；第2类问题涉及各种电子信息设备产生的寄生辐射，以及接收机和其他电子设备对干扰的灵敏度等问题；第3类问题是由放置在一起的电子系统和装置，其电子设备间互相影响所产生的问题；第4类问题是电磁环境对人类、自然界及人工环境等的影响问题。显然第1类问题直接关系到电磁资源管理，它的研究及解决直接为电磁资源管理提供技术手段。

2 战场电磁兼容性分析数据库

战场电磁兼容性分析必须掌握战场的电磁环境。建立战场电磁兼容数据库，实现电磁资源科学管理，需要一套科学的程序。

无线电管理数据库RMD（radio management database）是以一定方式存储在电子计算机中的相互关联的无线电频率、台站、设备特性、频管网系等无线电管理所需要的数据集合。无线电管理数据库与数据库管理系统和数据库应用程序共同构成无线电管理数据库系统。数据库管理系统是对数据库进行定义、存储、查询、更新、维护以及其他管理操作的软件系统；数据库应用程序是通过数据库管理系统访问数据库从而完成频率支配、电磁兼容分析、台站管理、设备管理等工作的计算机程序。

无线电管理数据库包含多个主题数据库，包括频谱管理网系数据库、频谱管理力量数据库、无线电台站数据库、无线电台站执照数据库、无线电频率数据库、短波频率预报数据库、无线电设备特性数据库、无线电设备检测数据库、无线电监测数据库等。各主题数据库之间存在一定的关联关系，组成一个有机整体。各主题数据库中的数据表及其包含的数据项的定义、格式、编码等采用统一标准。无线电管理数据库的建立和维护由各级无线电管理机构负责。

图1为基础数据库构成，从图1中可以看出，我方的信息化装备的工作频段、辐射功率、空间覆盖范围以及电磁兼容性指标构成了战场信息化装备的基础数据库，而战场民用设备的使用频谱数据库以及敌方装备使用的频段数据库就构成了背景数据库，战场地理环境数据库、战场电波传播模型数据库以及战场气象数据库构成了战场电波传播环境基础数据库，这里的气象数据库应包括对流层空间折射率分布数据和电离层空间电子浓度分布数据。信息化装备基础数据库、背景数据库和电波传播环境数据库共同构成战场电磁环境数据库，它为战场电磁资源管理乃至战场信息管理提供基本支撑。

图1 基础数据库构成

3 电磁兼容性分析模型的建立

电磁兼容包括系统内和系统间两种形式。电磁兼容性研究的目的是降低系统的泄漏信号强度，提高系统的敏感体对外来信号的承受能力。电磁兼容的分析是一个非常复杂的综合性问题，信息装备电磁兼容分析涉及到电磁场与微波技术、数学、计算机科学等学科综合知识。

电磁兼容分析要进行定量分析，需要通过计算机数值计算来完成，因此，要通过建立一套软件来实现。

4 战场电磁兼容对装备设计的要求

信息化武器装备的发展与战场电磁环境是相伴相随、互相推动发展的。复杂电磁环境的形成，促进了武器装备技术与体制的改进，信息化武器装备的发展又使得战场电磁环境变得愈来愈复杂。随着战场电磁环境的不断复杂化，对武器的兼容性要求也越来越高，为了保证所需的战术技术性能，这些装备的信息技术需要不断改进和发展，使其更加适应现代战场电磁环境。战场电磁环境促进武器装备技术发展主要体现在几个方面。

4.1 先进的天线技术

4.1.1 应对复杂战场电磁环境，天线功能的集成化是发展趋势

天线的增加带来的不仅仅是雷达截面积的增加以及维护和操作上的困难，更大的问题是缺乏集成的天线既不能使各种电子系统都最大限度地发挥各自的功能，也不能最大限度地避免相互之间的电磁干扰。为此，美国海军多年前就开始了一系列的研究，于1997年启动了“先进多功能射频概念”（AMRFC）试验平台。在2004年实现了在6～18 GHz频段内同时完成雷达、电子战和通信功能。

4.1.2 应对复杂战场电磁环境，相控阵技术越来越完善

电扫相控阵具备一些固有的优势，包括捷变波束以及高可靠性等，采用有源电扫相控阵技术，雷达的实际性能比采用其他方法要高10～30倍。现代相控阵天线成功的关键之一就是以数字方式产生各种波形。直接数字合成器能提供比模拟合成器更高的相位稳定性，还能使波束控制功能与波形合成功能更好地结合在一起。

4.1.3 为了应对复杂战场电磁环境，对天线本身的隐身提出了更高的要求

随着隐身技术的发展，武器平台天线本身的隐身越来越受到重视。现代飞机上出于各种目的搭载的天线数目很大。如果不采取特殊措施，对于隐身技术建造的飞机来说，这些天线是不具备隐蔽效能的单元。

4.2 高性能收发（T／R）组件技术

应对复杂电磁环境，武器装备需要高性能的探测能力，这需要高性能的无线电收发系统，而目前高性能收发（T／R）组件技术的发展，正迎合了这一潮流逐步取代天线阵中的固态放大器。把天线阵中的固态放大器转换成（T／R）组件有助于收发系统得到更高的灵敏度。高性能收发（T／R）组件技术的发展非常迅速，主要朝大功率、宽带化、小型化、一体化、智能化方向发展。在收发（T／R）组件的小型化和宽带实现方面，高效制造用于（T／R）组件中的砷化镓单片微波集成电路（MMIC）芯片的研制成功是一重大进展，有源电扫相控阵的质量、功率和成本降低的部分原因主要是得益于它。

4.3 频谱扩展技术

随着战场电磁环境的复杂化，人们一直在试图充分开发和利用现有频谱资源，找到一块“无污染的领地”，频谱扩展是其必然趋势。频谱扩展有两层含义：一是发射信号所占的带宽进行扩展，二是发射信号的载频不断向高端扩展。战场电磁兼容有其特殊性，有相当多的信息装备的战技指标都是以大功率辐射来实现的。作战时，装备的密集度高，各个装备占用的频带互相交叠，对每一部装备设定电磁兼容指标，从而达到作战系统的电磁兼容是不现实的。实现电磁兼容的技术措施与组织措施应该相互结合，统筹考虑。电磁兼容技术在控制干扰的策略上采取主动预防、整体规划和“对抗”与“疏导”相结合的方针。战场电磁兼容应该在装备和系统设计、使用过程中管理的各阶段都充分予以考虑和实施才可能有效。科学而先进的电磁兼容工程管理是提高信息化装备作战效能的重要组成部分。

［1］ 王汝群.战场电磁环境［M］.北京：解放军出版社，2006.

［2］ 杨克俊.电磁兼容原理与设计技术［M］.北京：人民邮电出版社，2004.

TM937

A

1008-1542（2011）07-0191-02

2011-06-25；责任编辑:陈书欣

路 通（1975-），男，河南南阳人，讲师，硕士，主要从事航空电子及雷达方面的研究。