导弹电磁环境干扰分析方法探讨＊
2012-07-11张锐
张 锐
（91550部队91分队 大连 116021）
1 引言
现代战争中，导弹面临的电磁环境越来越复杂。来自于武器系统内部、作战双方的各种复杂的电磁波都将通过与导弹的耦合对系统内敏感设备或元器件产生影响，甚至烧毁元器件，使导弹丧失作战能力［1］。因此，导弹电磁环境的兼容性问题越来越受到军方和研制单位的重视。
GJB1389A－2005《系统电磁兼容性要求》中规定系统应与外部电磁环境兼容，以使系统的工作性能满足要求。电磁环境与导弹的耦合有三种方式：电磁环境与导弹天线耦合、与外部敷设电缆耦合以及与弹体的耦合［2］。本文对各种电磁环境耦合干扰进行分析，并将分析所得干扰电平与导弹的相应敏感度进行比较，给出导弹与电磁环境是否兼容的判定方法，最后针对分析结果评估电磁环境对导弹的干扰程度。
2 电磁环境干扰分析
2.1 电磁环境与接收天线的耦合干扰
电磁环境与导弹的接收天线耦合，在接收机输入端产生干扰信号，将可能会堵塞接收通道，形成虚假信号，甚至烧毁接收机［3］。
2.1.1 接收机端口耦合功率计算
进行耦合功率计算前，需要获取以下参数：
1）电磁环境条件：包括构成电磁环境的辐射电场强度、频率、极化、重复频率、调制方式等［4］。
2）接收天线增益。
3）接收机的敏感度和接收器件的损伤阈值等。
电磁环境与导弹的天线耦合在接收机端口产生的干扰可按下式计算：
式中：P耦合（f）为干扰功率，W；E（f）为辐射电场强度，V／m；G为接收天线增益；Zw为波阻抗Ω；λ为频率f的波长，m。
2.1.2 电磁环境与天线的耦合对导弹的干扰判定
若利用式（1）计算所得的耦合功率与接收机敏感度P敏感度（f）的关系满足P耦合（f）＞P敏感度（f），则判定电磁环境可能对该导弹产生干扰。
下面针对电磁环境频率处于接收机工作频带内和工作频带外两种情况，进一步分析如下：
1）电磁环境频率在接收机工作频带内
若电磁环境在接收机工作频带内的干扰功率大于接收机灵敏度，并且电磁环境的信号重复频率和调制方式与接收机工作信号相近，那么电磁环境将影响接收机的正常工作［5］。
由于电磁环境对接收机的干扰作用取决于电磁环境的频率、强度、重复频率、调制方式等，干扰机理极其复杂，定性分析与实际结果可能相差甚远。因此建议在具备试验条件时，利用电磁兼容性试验进一步验证电磁环境对接收机的干扰作用。
分析加试验验证的方法，能够准确的判别电磁环境对接收机的干扰程度和干扰途径，并能为导弹的电磁环境防护设计提供准确依据。
2）电磁环境频率在接收机工作频带外
若电磁环境的耦合功率干扰大于接收器件损伤阈值，则判定可能会对接收机产生干扰或器件损伤。
由于已知的接收机的带外敏感度是借用其它同类型接收机的经验值，器件损伤阈值是参照器件手册的额定值，在分析中可能不尽准确，因此建议通过试验验证的方法获得该系统接收机敏感度的实测值［6］。
依据分析结果，可以对接收机采取适当的滤波、限幅等设计措施，设计改进的量值即为耦合干扰功率与接收机敏感度的差值。
2.2 电磁环境与导弹外部敷设电缆的耦合分析
导弹外部敷设电缆一般安装在金属编织套或电缆整流罩内，以减少外部强电磁环境对电缆的影响，但透射电场仍然会与电缆芯线耦合形成干扰，传导到导弹内部［7］。导弹可能将干扰信号误认为控制信号，从而做出错误动作和发出错误指令。
进行耦合电压计算前，需要获取以下参数：
1）电磁环境条件：包括构成电磁环境的辐射电场强度、频率、极化、重复频率、调制方式等。
2）外部敷设的电缆长度、间距。
3）金属编织套或电缆整流罩的屏蔽效能。
4）外部电缆及导弹的敏感度。
5）电缆线上信号参数：信号的频率、电平、信号形式等。
2.2.1 透射电场强度计算
电磁环境透过金属编织套或整流罩照射到电缆芯线上的辐射电场强度为
式中：E1为透射电场强度，V／m；E。为辐射电磁强度，V／m；SE为金属编织套和整流罩的总体屏蔽效能，dB。
其中，电缆金属编织套的屏蔽效能目前尚无精确计算公式，只能参考生产厂家提供的数据，或用实验的方法确定，工程计算中认为，双绞屏蔽、单线屏蔽并整束屏蔽的电缆屏蔽效能一般不低于40dB，另一方面，电缆整流罩的屏蔽效能，不仅取决于整流罩的材料，也取决于整流罩的安装。总的来说，电缆整流罩和屏蔽套的总体屏蔽效能一般可以达到80dB［8］。
2.2.2 透射电场在电缆芯线上产生的耦合电压的计算
透射电场在芯线上耦合电压为
式中：V耦合为透射电场E1在电缆芯线上产生的耦合电压，V；E1为电场强度，V／m；β为相位常数，β＝2π／λ，m－1。
2.2.3 电磁环境与外部电缆的耦舍干扰对导弹的干扰判定
若式（3）计算所得的耦合干扰电平高于导弹的敏感度，即V耦合＞V敏感度，则判定可能产生电磁干扰。
但是，考虑到电磁环境干扰一般为高频干扰，如果电缆相关设备的工作频率为低频，那么导弹受到干扰的可能性会大大降低，这也与设备的滤波特性相关［9］。
2.3 电磁环境与导弹壳体的耦合干扰分析
在导弹的研制阶段，针对弹体的屏蔽效能会开展一系列设计和试验，壳体屏蔽效能优劣直接影响到系统内设备的正常工作。电磁环境与壳体耦合，其辐射电场将通过壳体接缝和开孔进入系统内部，会对壳体内设备形成辐射电场干扰［10］。
进行屏蔽效能计算前，需要获取以下参数：
1）电磁环境条件：包括构成电磁环境的辐射电场强度、频率、极化、重复频率、调制方式等。
2）导弹各个关键部位的结构和屏蔽效能。
3）系统内设备的辐射电场敏感度。
2.3.1 壳体关键部位屏蔽效能计算方法
关键部位是指影响壳体屏蔽效能的开孔、开缝等结合处。
缝隙对入射电磁场的屏蔽作用表现为传输损耗和反射损耗，理论计算公式为
式中：t为缝隙的深度；g为缝隙的长度；K为缝隙开口处波阻抗与空间入射波的波阻抗之比值。
2.3.2 电磁环境透射壳体对导弹的干扰评定
根据式（2），将导弹壳体上关键部位的电磁环境条件E0扣去壳体屏蔽效能SE，即可得到电磁环境透射入弹内该处的电场辐射强度E1［12］。
将透射电场强度E1与导弹内设备的电场辐射敏感度E敏感度（f）进行比较，如果满足E1（f）＞E敏感度（f），则判定电磁环境的透射可能影响导弹的正常。这种情况下，对壳体应采取进一步屏蔽或提高系统内设备的敏感度，设计改进的量值即为透射电场强度与设备敏感度的差值。
3 结语
本文提出了导弹的强电磁环境干扰分析方法，全面地分析了电磁环境对导弹产生干扰的三种途径，为强电磁干扰环境下作战的导弹的电磁环境防护和系统设计改进提供了理论依据和量化的改进指标。该方法在工程中具有较好的可操作性及可行性。
［1］郭银景.电磁兼容原理及应用教程［M］.北京：清华大学出版社，2004.
［2］GJB1389A－2005.系统电磁兼容性要求［S］.
［3］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.
［4］邹逢兴，张湘平，等.电磁兼容技术［M］.北京：国防工业出版社，2005.
［5］区健昌.电子设备电磁兼容性设计［M］.北京：电子工业出版社，2003.
［6］周开基，赵刚.电磁兼容性原理［M］.哈尔滨：工程大学出版社，2003.
［7］陈淑凤.电磁兼容试验技术［M］.北京：邮电大学出版社，2001.
［8］顾海洲，马双武.PCB电磁兼容技术设计实践［M］.北京：清华大学出版社，2004.
［9］GJB151A－1997.军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求［S］.
［10］白同云，赵姚同.电磁干扰与兼容［M］.北京：国防科技大学出版社，1991.
［11］童斌，雷义伟.电磁环境感知与可视化仿真系统的设计与研究［J］.计算机与数字工程，2012（5）.
［12］栾孝丰，温瑞.基于UML和ADC法的舰载反舰导弹武器系统效能评估［J］.计算机与数字工程，2010（8）.
［13］孔建民.电磁兼容与电磁干扰［D］.南京信息工程大学，2010.
