系统电磁兼容性安全裕度测试与评估技术研究

2011-12-28贾翠霞唐晓斌阚德鹏

河北科技大学学报 2011年2期

关键词：裕度敏感度信息系统

贾翠霞，唐晓斌，阚德鹏

（中国电子科学研究院，北京 100041）

系统电磁兼容性安全裕度测试与评估技术研究

贾翠霞，唐晓斌，阚德鹏

（中国电子科学研究院，北京 100041）

讨论了系统电磁兼容性安全裕度的内涵和相关标准要求，分析了系统电磁兼容性安全裕度评估流程、评估指标体系等难点，并结合系统电磁兼容性安全裕度测试、计算、评估方法的研究，提出了工程中常用的几种有效验证方法，最后，给出了系统EMC安全裕度评估实例，并对得出的结果进行了分析。

电磁兼容；安全裕度；测试；评估

随着现代电子技术的广泛应用，催生了一大批专用的复杂电子信息系统，特别是飞机、舰船、航天器、地面站、指挥车等系统，在有限的空间和平台上集成了大量的电子信息设备。这类系统信息化高度集成，性能指标高度先进，使用环境和使用模式高度复杂，系统内／系统间／系统与环境间的电磁干扰耦合交融，系统电磁兼容问题对系统安全具有决定性。

安全裕度用于反映系统电磁兼容性的安全程度，是评定一个系统电磁兼容性的重要指标之一。为保证系统达到令人满意的预期工作状态，中国颁布了GJB1389A，明确规定了系统的电磁兼容性要求［1］，但未给出具体的测试方法，而且系统EMC测量技术在中国一直是薄弱环节，特别是系统EMC安全裕度的测试与评估更是系统级电磁兼容测评技术的一个难题。

1 系统电磁兼容性安全裕度及要求

安全裕度是评定一个系统电磁兼容性的重要指标之一，定义为敏感度阈值与实际干扰值之比。可表示为［2］

式中：mdB代表安全裕度；SdB代表系统的敏感阈值电平；IdB代表系统实际接收的电磁干扰值。

当SdB＞IdB时，mdB＞0，系统处于兼容工作状态。从可靠性看，系统的安全裕度（mdB）应愈大愈好，但综合系统设计费效比问题，安全裕度愈大，电磁兼容设计费用就增加愈多，只有适当的安全裕度值，才能在确保系统电磁兼容安全的基础上使系统设计综合平衡。

根据标准［1］要求，应根据系统工作性能的要求、系统硬件的不一致性以及验证系统设计要求时有关的不确定因素，确定安全裕度：

1）对于安全或者完成任务有关键性影响的功能，系统应具有至少6 d B的安全裕度；

2）对于需要确保系统安全的电起爆装置，其最大不发火激励应具有至少16．5 d B的安全裕度；对于其他电起爆装置的最大不发火激励应具有6 d B的安全裕度。

可见，对于大多数信息系统平台而言，安全裕度至少要求mdB≥6 d B，其符合性应由试验、分析或其组合来验证。

2 系统电磁兼容性安全裕度评估流程

对于系统电磁兼容性安全裕度的测试与评估可以图1所示的流程图为参考进行综合测试评估。其基本过程为明确系统功能和任务→确定系统工作环境和工作状态→建立评价指标体系→选定评价原则和评价方法→理论仿真分析及试验验证→综合评价→输出评价结果→对系统功能和使用进行完善。

3 系统电磁兼容性安全裕度评估指标体系

图1 系统电磁兼容性安全裕度评估流程图

进行系统电磁兼容安全裕度测试与评估的前提条件是：选择正确的安全裕度评估体系。评估体系指标选取的恰当与否，将直接关系到系统电磁兼容安全裕度评估的科学性与合理性。

根据任务需求，明确系统、分系统和子系统的任务、效能因素构成和评估要求。通过系统分析，理清效能因素的构成及相互之间的关系，抓住主要环节建立系统电磁兼容性安全裕度测试与评估指标体系，图2给出了电子信息系统常用的评估指标体系。

图2 系统电磁兼容性安全裕度评估指标体系

4 系统电磁兼容性安全裕度测试与评估方法

图3 系统电磁兼容性安全裕度测试方法分析

依据电磁兼容理论及系统电磁环境效应机理，复杂电磁环境下系统内／系统间／系统与环境间时域、频域、能域和空域的电磁干扰耦合途径只有前门耦合和后门耦合两种情况，故系统电磁兼容性安全裕度的测试方法最终都可归结为辐射干扰法和传导注入法2种，如图3所示。

系统电磁兼容性安全裕度计算方法如图4所示：图中横坐标f代表频率，纵坐标P代表安全系数，其中曲线A为实测的敏感度阈值，曲线为系统验收或摸底测试时依据相关标准或大纲要求所施加的敏感度限值线，曲线B为实测的系统电磁干扰限值。

由图4分析，A－B系统的安全系数为m，当系统通过了满足A＇的敏感度试验后，并不能证明系统满足安全裕度的要求，仍需开展相关的试验及综合分析来进一步评估该指标的符合性。

系统电磁兼容性安全裕度评估的方法［2］主要有直接试验法、外推法、故障判据法、综合分析法几种。在实际工程应用中，鉴于单一方法的局限性，可根据被测系统特点几种方法综合使用。

以下介绍几种在某些工程项目中使用过且行之有效的系统电磁兼容性安全裕度的验证方法：

1）将规定的安全裕度（例如6 dB）人为地从敏感度阈值上减去，使受试系统对于干扰更为敏感；

2）在系统中产生干扰的设备工作情况下，测量关键接口处的传导干扰和所研究设备处的辐射干扰，然后与实验室里测量的敏感度结果进行比较，就可以确定安全裕度，只要系统的试验方法和实验室敏感度的试验方法之间具有类似性，这一比较就是正确、有效的；

3）首先在干扰发生器工作时，测量关键接口点的最大干扰信号，然后再向系统加入同样性质的、增加了规定安全裕度的信号，如果系统性能没有下降，就验证了安全裕度满足要求；

4）增加干扰源与敏感设备间的耦合度。如减少收发天线间距离、减少极化损失或减小馈线损耗。

5 系统电磁兼容性安全裕度测试与评估实例

图4 安全系数计算示意图

下面以某信息系统平台通信系统为例说明该项测试在实际工程中的应用。EMC安全裕度评估主要是检测被评估系统协同兼容工作及抗干扰能力，与普通的敏感度试验一样，必须首先确定敏感判据，根据通信系统测试评估指标体系，可选择电台灵敏度电平或信噪比作为安全裕度的评估指标。该系统平台电磁兼容安全裕度测试评估条件如表1所示，具体的测试结果见表2，尽管8部电台均具有一定的安全余量，能够兼容工作，满足一定的使用要求，但其中电台1至电台4的安全系数大于6 dB，满足安全余量要求，而电台5至电台8的安全系数小于6 d B，不满足余量要求，在特定的情况下，存在不能正常通信的风险，从而影响该系统平台整体的使用安全裕度，建议在紧急情况下应尽量使用前4部电台通信。