北斗车载导航系统的电磁兼容试验与实践*

李武钢，朱方来，李正国

（深圳职业技术学院 汽车与交通学院，广东 深圳 518055）

北斗车载导航系统的电磁兼容试验与实践*

李武钢，朱方来，李正国

（深圳职业技术学院 汽车与交通学院，广东 深圳 518055）

针对北斗导航系统在车载终端的应用现状，根据车辆车载电子设备在车内外电磁干扰源及电磁兼容检测的必要性，阐述了北斗导航车载终端的试验标准及测试过程，提出北斗导航车载终端的试验项目、目的、标准、要求、结果等，对北斗导航终端测试标准和规范的制定及产品的推广有较好的示范作用．

北斗导航；电磁兼容；试验

1 北斗车载导航系统电磁兼容测试的必要性及测试项目

北斗卫星导航系统于2012年12月27日正式免费为广大终端用户提供服务，北斗导航模块等基础核心产品的研发取得突破性进展，国内导航终端企业纷纷开始北斗导航终端产品的研发、生产和应用．随着北斗系统的逐步完善和终端价格的逐步下降，北斗/GPS双模的汽车导航产品将成为主流．

由于北斗导航与车载娱乐系统容为一体，系统功能复杂，容易受到汽车内的骚扰源，如：汽车高压点火系统、车内各种感性负载、开关类部件、电子控制单元ECU，以及各种灯具无线电设备等．同时也会产生对外界的电磁辐射，如电子控制制动系统、电子控制传动系统、电子控制转向系统，影响汽车整车的安全可靠性．如何降低北斗车载导航终端的电磁辐射，增加北斗车载导航终端的抗干能力，保证北斗导航终端系统工作在良好的电磁兼容环境中，是汽车电子生产商必须解决的电磁兼容性问题．因此，国内外汽车制造商、汽车工业协会、标准组织不断建立和完善汽车EMC（Electro Magnetic Compatibility）标准，以控制和解决汽车电子技术中EMC问题．

图1 北斗车载导航终端设备电磁兼容系统测试方框图

本文按照电磁兼容试验特点，依据不同标准对北斗车载导航终端系统进行电磁兼容测试（如图1所示），为北斗导航应用、第三方检验单位以及北斗导航国家、行业标准的制定提供基础数据．

2 北斗车载导航终端设备电磁干扰EMI测试

2.1 北斗车载导航电磁辐射EMI测试系统

依据汽车电子产品的电磁干扰（EMI）测试要求，建立的电磁干扰（EMI）测试系统如图2所示．

2.2 北斗车载导航系统电磁骚扰（EMI）测试

2.2.1 北斗车载导航终端设备传导发射-电压连续（CE）

1）测试目的：传导骚扰（电压法）是通过人工电源耦合网络测试骚扰信号，电压测量只能用于单一导线的传导发射特性．将测量仪器与AN 的测量端口相连，其余AN 测量口用50Ω负载连接．

图2 EMI 系统测试布置示意图

2）测试标准：GB18655-2010《用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》[1].

3）测试要求：导航终端设备放置在无导电性、低相关介电常数材料（εr≤1.4）上，距接地平板上方（50±5）mm 的位置．在0.15～108MHz 的全频带范围内进行测试，同时满足限值A和限值B要求，其限值要求见表1．

2.2.2 北斗车载导航系统传导干扰-电流连续（CE）

1）测试目的：检验北斗车载导航终端设备的单根或一组控制线/信号线上的传导发射．

2）测试标准：GB18655-2010《用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》．

3）测试要求：北斗车载导航终端设备放置在无导电性、低相关介电常数材料（εr≤1.4）上，距接地平板上方（50±5）mm的位置．距接地平板边缘＞10 mm．外壳不接地，电流探头圈住整个线束（包括全部电缆），距导航设备连接器5 mm和75 mm两处位置，在0.15～108MHz的全频带范围内进行测试，同时满足限值A和限值B要求，其限值要求见表2．

表1 传导发射电压法3等级限值要求表

表2 传导发射传导电流法3等级限值要求表

2.2.3 北斗车载导航终端设备辐射发射天线接收法测试（RE）

1）测试目的：测试北斗车载导航终端设备所产生的辐射发射，包括来自壳体、所有部件、电缆及连接线上的辐射发射．它用来鉴定其辐射是否符合标准的要求，以致在正常使用过程中不影响同一环境中（如汽车内部）的其他设备．

2）测试标准：GB18655-2010《用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》[1].

3）设备放置：北斗车载导航终端设备放置在绝缘材料（εr≤1.4）位于接地平板（50±5）mm上，表面至少距接地平板边缘（200±100）mm，外壳不接地．设备与负载模拟器之间的线束总长≤2000mm．平行与接地（参考）平面前端的线束长度应为（1500±75）mm，测试线束的长边与接地平板的边缘平行放置，面向天线边缘的距离为100±10mm ．

4）测量天线的位置：双锥天线、对数周期天线和喇叭天线等测量天线的相位中心应在接地平板以上（100±10）mm 处．拉杆天线的平衡板与接地平板连接，高度为（+10/-20）mm．导航设备及试验天线距离墙壁和天花板，或距离吸波材料表面＞1m．不允许天线的任何辐射部分距地面小于250mm．

5）辐射发射限值要求：北斗车载导航终端设备需要在 0.15MHz～2.5GHz 的全频带范围内进行测试，同时满足限值A和限值B要求，辐射发射的限值等级要求见表3．

表3 辐射发射3等级限值要求表

3 北斗车载导航终端设备电磁抗扰度（EMS）测试

3.1 北斗车载导航终端设备传导抗扰度测试（CS）

3.1.1 传导抗扰度试验：直接注入方式

1）测试目的：检验北斗车载导航终端设备对直流电源线上瞬态信号的抗骚扰能力，骚扰信号有8种波形即：脉冲1、脉冲2a、脉冲2b 、脉冲3a、脉冲3b、脉冲4、脉冲5a、脉冲5b．

2）测试标准：ISO7637-2《道路车辆—由传导和耦合产生的电骚扰第2部分：沿电源线的电瞬态传导》[2]．

3）脉冲波形1：模拟电源从感性负载突然断开的情况，此时与感性负载并联的被测件即使不再有电源供电，也会受到感性负载所产生的瞬变脉冲的干扰．这个干扰主要是由于电感上的电流不能突变造成的．如图3所示．

4）脉冲波形2a：模拟并联到北斗车载导航终端设备被测件上其他设备的供电电流突然中断时，由于连接线缆的感性特征所引起的脉冲，如图4所示．

5）脉冲波形2b：模拟点火电路切断后，直流马达发动机继续惯性运转所产生的瞬变波形对被测品的干扰，如图5所示．

6）脉冲波形3a、3b：是由于开关切换动作引起的．连接线缆的分布电容/电感会影响脉冲波形的特性，如图6所示．

7）脉冲波形4：模拟启动内燃机引擎马达时产生的电压下降对被测品的干扰．如图7所示．

8）脉冲5a/5b模拟抛负载瞬变脉冲．供电电池被断开的同时，交流发电机仍然在供应充电电流，此时其他负载还处于交流发电机供电电路中，如图8所示．

3.1.2 传导抗扰度试验：耦合感应方式（BCI大电流注入）

1）测试目的：检验北斗车载导航终端设备承受耦合到与北斗车载导航终端有关电缆上的射频信号的能力．

图3 试验脉冲1电路原理示意图

图4 试验脉冲2a电路原理示意图

图5 试验脉冲2b电路原理示意图

图7 试验脉冲4原理示意图

图8 试验脉冲5a/5b试验原理示意图

2）测试标准：ISO11452-4《道路车辆 部件测试方法检测来自窄带辐射电磁能量的电干扰第4节：大电流注入测试法（BCI）》[2]．

3）试验前大电流注入探头的校准如图9所示，校准条件见表4．

4）大电流注入法测试：ISO 11452-4标准规定了两种测试方法：置换法和闭环法．

① 置换法：在使用电流注入钳校准装置得到的相应测试电平所对应的信号源电平后，测试时，直接输出信号源电平．要求在离终端机150 mm，450 mm和750 mm 等3个位置，放置注入钳进行测试．（没有特殊说明一般采用此方法）

② 闭环法：在使用电流注入钳校准装置得到的相应测试电平所对应的信号源电平后（记录此时的净功率为校准功率），测试时，使用电流探头监视实际注入的电流，如果注入功率比校准功率大4倍，测量到的注入电流还是没有达到标准规定的电流，就停止加大注入功率．并要求注入钳放置在距离终端设备900 mm处，电流探头在50 mm处．

5）大电流注入法测试要求：ISO11452-2005规定了测试的几种调制信号，测试结果要求见表5．

3.2 北斗车载导航终端设备辐射抗扰度测试（RS）

1）测试目的：评价北斗车载导航终端设备从150kHz~1GHz（2.5GHz）频率范围内的抗射频辐射电磁场干扰的能力．测试系统框图如图10所示．

2）测试标准：ISO11452-2《道路车辆 部件测试方法检测来自窄带辐射电磁能量的电干扰 第2节：电波暗室测试法（自由场）》[3].

3）场校准要求：将北斗车载导航终端设备暴露在天线产生的辐射电磁场中进行试验．由于测试系统内的功放、天线、电缆、测量环境等整个频率范围内不是线性的，因此，需要进行校准测试，场校准是针对特定的测试电平（场强）定期进行校准，对每个测试频率点，记录产生特定场强（由场强探头测量）所需的前向功率．校准时使用未调制的正弦波，将场强探头中心点放置在地 平面（150±10）mm 上方，距离地平面边缘（100±10）mm 位置．将场强发生器（天线）放在距离场强探头中心位置（1000±10）mm 位置)， 分别对垂直极化和水平极化校准场强．校准文件内应该记录前向功率和后向功率，并在测试报告中说明场强探头的精确位置．

表4 BCI校准条件

表5 大电流注入测试要求结果

图9 BCI测试校准布置框图

图10 电磁抗扰度测试示意图

① 频率 80MHz～1GHz，场强探头应该放在线束（1500m）的中心位置．

② 超过1GHz ，场强探头应该放在被测系统位置．

4）电磁场辐射抗扰度测试要求：在测试桌上放置北斗车载导航终端设备并连接线束和相关设备，将校准时得到的测试信号施加到导航终端设备上，在测试阶段可以将场强探头放在线束上方．对每个频率点，分别执行水平极化和垂直极化的测试．

① 试验频率范围：频率在200MHz～1GMHz为AM调制，采用调幅方式（AM）时，调制频率为1kHz，调制等级80%，驻留时间均为2秒．频率在1GHz～3GMHz为PM调制，采用脉冲调制方式（PM）时，方波重复频率为217Hz（±10%），高电平持续时间为577μs，每个频率点的停留时间不小于2秒，场强等级60V/m．

② 测试时北斗车载导航终端设备所有功能应正常．不允许出现杂音、断音；屏幕无乱码、断码、白屏、黑屏、波浪条纹；导航错误、不能导航等不良现象．

③ 辐射抗扰度限值要求测试结果见表6．

表6 辐射抗扰度测试要求结果

4 北斗车载导航终端设备静电放电抗扰度测试（ESD）

1）测试目的：模拟人体或物体所带的静电在接触设备表面或周围金属物品时的放电．以考察导航设备的抵抗静电放电干扰能力．

2）测试标准：GB/T 19951-2005 2005《道路车辆-静电放电的电骚扰试验方法》[4].

3）测试要求：优先选择接触放电测试，空气放电必须是接触放电不能使用时才使用，不同的放电测试方法测试电压不同，其严酷度也不相同．对导航设备的所有试验点，以规定的接触放电电压±8 kV和空气放电电压±15kV进行放电试验，试验后设备全部可用的功能状态应符合B级要求．放电方式选择及实验点操作要求见表7、表8．

表7 放电方式与操作要求

表8 实验点的选择与所选择的放电方式

5 北斗车载导航终端设备电磁抗扰度与静电放电测试结果性能判据

A级：在施加骚扰信号期间和施加骚扰信号后，北斗车载导终端设备的所有功能都符合设计要求．

B级：在施加骚扰信号期间，北斗车载导终端设备能执行其预先设计的所有功能；可以有一项或多项指标超出规定的偏差．在停止施加骚扰之后，所有功能能自动恢复到正常工作范围内．

C级：在干扰施加期间，北斗车载导终端设备的一项或多项功能不符合设计要求，当停止施加骚扰信号后，能自动恢复到正常状态．

D级：在施加骚扰期间，北斗车载导终端设备不执行其预先设计的一项或多项功能，直到停止施

加骚扰之后，并通过人为简单的操作或复位，才能自动恢复到正常操作状态．

E级：在施加骚扰期间和之后，北斗车载导终端设备不执行其预先设计的一项或多项功能，如果不修理或不替换，则不能恢复其正常操作．

6 结束语

深圳市汽车电子产品检测与鉴定平台的测试能力涵盖了汽车电子产品测试需求，其测试数据目前已获得了“北斗办”及相关企业认的认可．基于GB 18655-2010、GB/T 19951-2005、ISO11452-24和ISO7637-2为基础，完成其标准中所定义的辐射骚扰及传导骚扰等各项测试，编写了《GNSS定位型接收机通用规范》与《GNSS导航设备通用规范》，为制定北斗标准提供了基础数据．

[1] GB18655-2010，车辆、船和内燃机-无线电骚扰特性-用于保护车载接收机的限值和测量方法[S]．

[2] ISO7637-2-2004，道路车辆—由传导和耦合引起的电骚扰第2部分：沿电源线的电瞬态传导[S]．

[3] ISO11452-2-2004，道路车辆—窄带辐射电磁能量所产生的电气干扰—零部件测试法[S]．

[4] GB/T 19951-2005，道路车辆-静电放电的电骚扰试验方法[S]．

Beidou Navigation System on Vehicles: EMC Testing and Experiments

LI Wugang, ZHU Fanglai, LI Zhengguo

（School of Automotive and Transportation Engineering, Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, Guangdong 518055, China）

After an analysis of application of Beidou Navigation the vehicle termination, the paper, taking into consideration of EMI source and EMC testing of vehicle electronic equipment, not only elaborates on the experiment standards and testing procedure of Beidou Navigation vehicle termination, but also proposes the test items, test equipment, test layout, test device and test results and so on. The results play an exemplary role for drafting the testing standards and specifications, and promotion of related products.

Beidou Navigation; electromagnetic capability; testing

U463.6

B

1672-0318（2014）05-0030-07

10.13899/j.cnki.szptxb.2014·05, 007

2013-11-18

*项目来源：深圳市经济贸易和信息化委员会“北斗车载应用标准体系建设”（项目编号：2513K3100028）阶段性成果

李武钢（1965-），男，湖北咸宁人，高级技师，主要从事汽车电子产品电磁兼容教学和科研．