机舰电磁兼容性分析技术设计*

胡水才　黄福贵　杨华高

(海军驻景德镇地区航空军事代表室　景德镇　333002)



机舰电磁兼容性分析技术设计*

胡水才黄福贵杨华高

(海军驻景德镇地区航空军事代表室景德镇333002)

摘要针对机舰电磁兼容适配性问题，从顶层设计出发，提出一套适合舰载直升机电磁兼容性分析的方法，并针对分析出的干扰问题，给出了相应电磁兼容设计控制方法，文中的分析方法和设计控制方法对型号后续研制工作具有重要意义。

关键词直升机； 机舰电磁兼容性； 分析设计

Class NumberU671

1引言

舰载直升机作为海军序列里重要的武器装备，其不但可以独立执行对海和对潜预警探测、目标指示任务，还可完成攻潜和攻舰等作战任务，提高舰艇编队对局部海战场的感知能力，扩大母舰对海/潜作战半径，全面提升水面舰艇编队的综合作战能力[1]。

由于驱护舰上空间较小，根据作战需求又布置有舰载雷达、通讯导航、电子对抗等大功率射频设备，使得舰载电磁环境日益复杂恶化，加之直升机结构设计中大面积地使用复合材料导致机体电磁屏蔽效能降低，同时，高速大规模集成电路在航电设备中的应用，使得航电设备对电磁能更加敏感，更易受到大功率辐射源的干扰。本文从顶层设计出发，结合某海军舰载直升机型号的研制，提出一套适合舰载直升机电磁兼容性分析的方法，并针对分析出的干扰问题，给出了相应电磁兼容设计控制方法，本文对于机舰电磁兼容适配性设计工作具有重要意义，为舰载机设计研究工作提供一定的借鉴意义。

2机舰电磁兼容性概念和机舰电磁兼容性分析

GJB72-2002定义的系统间电磁兼容性是指任何系统不因其他系统中的干扰源而产生明显降级的状态，所以机舰电磁兼容性就可以定义为直升机系统不因舰上系统的干扰源而产生明显降级的状态；舰上系统不因直升机系统的干扰源而产生明显降级的状态。由于舰上系统射频设备的功率远大于直升机上的机载设备，故机舰电磁兼容性分析设计工作主要集中在前半部分。机舰电磁兼容性是贯穿整个型号生命周期的一项系统工程。某型号在方案设计阶段时，就已经开展机舰电磁兼容性分析工作，详细设计阶段则对分析结果进行1∶1模型试验验证，试验中暴露出的电磁干扰问题开展专题整改并结合电磁兼容性控制技术的应用，最终确保了工程研制阶段的试验样机最大限度地满足机舰电磁兼容适配性的要求，顺利通过产品的设计定型。[2～3]

机舰电磁兼容性分析是基于舰载电磁环境、舰载直升机电磁特性的基础上，建立数学模型计算舰上大功率雷达的同频、谐波、邻频、杂散信号对于机载设备的干扰情况，将结果建立干扰矩阵。

舰载电磁环境包含两部分，一是舰载系统的频谱覆盖范围；二是当大功率舰载辐射源工作时，直升机在停留、起降、飞行三种状态下，典型工作位置处的场强分布情况。GJB1389A-2005给出了直升机在甲板上工作时，直升机所处的舰上电磁环境数据；直升机在舰上发射机主波束下工作时，直升机所处的舰上电磁环境数据。军用舰载直升机(通用型)根据其任务使命，设计时应按照较严酷电磁环境进行分析，分析中暴露出电磁干扰或设备烧毁的潜在风险时，可以通过一定电磁兼容控制技术对其进行整改或规避。发射机主波束下工作的电磁环境数据见表1。表1中数据是指各种舰艇发射机主波束15.25m处的场强，可以看出某些频段峰值达到几万伏/米，这些频段的干扰源一般是舰载雷达、短波、超短波通信设备，这些设备不仅会对机身外布置的射频设备造成烧毁/干扰等影响，还会对机体内的设备造成电磁干扰。对于已明确母舰的直升机，舰载电磁兼容适配性设计则要统计出舰上主要辐射源，通过仿真、仪器测量等方法得到直升机停留、起降、飞行位置处的场强值，这种情况更有针对性，也节约设计、生产成本。

表1　舰载上发射机主波束下的电磁环境

舰载直升机的电磁特性，是指直升机所有机载设备的电磁特性，包括射频设备、非射频类用电设备。非射频类设备因布置在机身内部，又没有天线，其电磁特性主要是跟机体屏蔽特性、设备抗干扰特性有关。射频类设备电磁特性是分析工作的重点，分为天线特性、收发机特性两部分。天线特性参数包括天线增益、频率、极化形式等。收发机的特性有灵敏度、抗烧毁电平、饱和电平、带外抑制指标等。表2中给出了几种常见通信导航设备的电磁特性。

表2　机上常见通信导航设备电磁特性

得到上面数据后，便可以利用电磁波传播、通信链路原理，建立一个基于舰载环境的电磁干扰分析模型。

假设直升机机载电子设备中，射频设备共N部，每一个设备要根据自身频谱、舰上干扰源的频谱，确定其受干扰类型，主要干扰类型有同频干扰、谐波干扰、杂散发射干扰、邻频干扰。舰载干扰源对机载设备的同频干扰指舰载干扰源与机载射频接收设备工作于同一频率，造成机载设备接收灵敏度下降，接收出现阻塞现象，更严重的情况是接收机射频前端出现烧毁的现象。谐波干扰是指舰载辐射源谐波频率处于机载射频接收设备工作频率上或工作带宽内，造成机载设备接收灵敏度下降，接收出现阻塞现象，更严重的情况是接收机射频前端出现烧毁的现象。杂散干扰是指舰载辐射源除主频及谐波频率外的无意发射处于机载射频接收设备工作频率上或工作带宽内，造成机载设备接收灵敏度下降，接收阻塞的现象。邻频干扰指舰载辐射源的工作频率在机载接收设备有效工作频带之外但靠近机载接收设备工作频带，被机载设备接收后造成机载设备接收灵敏度下降，接收出现阻塞现象，甚至出现接收机射频前端出现烧毁的现象。

干扰分析模型是根据电磁波传播、无线通信链路原理建立的，以雷达发射信号为发射源，减去链路传播中的衰减，就得到了机载设备接收机端接收到干扰信号。以同频干扰为例，机载射频设备接收的舰载干扰源干扰信号:

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

(1)

式中:I为机载设备接收的舰载辐射源同频干扰信号(dBm);PIT为舰载辐射源发射功率(平均功率，dBm);GIT为舰载辐射源天线增益(dB);LIT为舰载干扰源发射机到发射天线的传输损耗(dB);L(f,d)为电磁波自由空间损耗(dB);GR为机载设备天线增益(dB);LR为机载天线到接收机射频电缆传输损耗(dB);LP为天线极化失配损耗(dB)。

电磁波自由空间传播损耗计算方法如下:

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

(2)

式中:f:频率(MHz)，此处指机载射频接收设备的工作频率；d电磁波传播的距离(km)，此处为舰载辐射源天线到直升机的距离(km)。

谐波、邻频、杂散模型与同频干扰模型的建模方法基本一致，只是模型中引入了对应的因子:舰载辐射源谐波抑制、接收机带外抑制、舰载辐射源杂散抑制。

将机载设备和舰船电磁特性参数代入模型中计算，计算结果与机载设备接收的正常工作信号电平进行比较，按以下三种原则来判断设备被干扰情况。

1)若干扰信号电平小于接收机的毁损电平、大于或等于阻塞电平，则存在接收机出现阻塞不能正常工作的情况；

2)若干扰信号电平小于接收饱和电平、大于或等于接收机接收的有用信号电平，则会出现干扰导致接收机不能正常接收；

3)若信干比低于接收机正常接收所需的信噪比，则不会出现干扰。

根据N部射频设备的分析结果，形成干扰矩阵，用于后续电磁兼容设计工作。

3电磁兼容性设计控制技术

电磁兼容性设计控制技术是指利用现有电磁兼容控制方法，针对特定的电磁干扰问题，采取的一系列整改措施，措施的制定要兼顾系统工程、设计制造成本等方面，最终以较小的代价达到系统间的电磁兼容效果。针对机舰电磁干扰问题，电磁兼容设计控制方法主要有分时工作、分频工作、合理布局、提高屏蔽效能等。针对机载射频设备和非射频设备应采用不同的电磁兼容控制方法。

1) 对非射频类设备的电磁兼容性控制方法主要是电磁屏蔽加固技术、设备电缆布置优化，屏蔽加固技术主要是针对电子设备舱口盖、风挡玻璃、舱门等有缝隙的位置利用电磁密封胶条、为凯夫拉复合材料铺设铜网、玻璃镀膜、口盖喷涂金属等措施来提高电磁屏蔽效能。设备电缆布置优化内容包括飞行关键、重要设备及其电缆束要布置在屏蔽效能相对更高的位置，设备做好搭接措施，电缆选用屏蔽导线，电缆收头采用360°屏蔽等。

2) 对射频类机载电子设备的机舰电磁兼容性控制方法主要有对机载设备提出研制要求，采取相应的设计措施提高抗烧毁电平、接收机带外抑制设计指标，同时，要积极与舰船总体单位协调，根据分析结果，采取分时管理、分频管理的办法，避免舰载辐射源的工作频率与机载设备同时或同频工作；对于雷达杂散干扰，还可以提出舰载设备的杂散抑制指标要求，供船总体单位参考。

4结语

本文针对机舰电磁兼容适配性问题，结合型号工作中的经验，给出了机舰电磁兼容的分析方法，建立了干扰模型，提出相应机舰电磁兼容设计控制方法，在某型号设计初期就暴露了潜在的电磁干扰问题，为舰载直升机型号立项、方案阶段的设计工作提供了技术支撑，有助于型号机舰适配性工作的后期开展。

参 考 文 献

[1] 徐明.舰载直升机特殊要求对总体构型的若干影响[J].航空科学技术,2009(3):3-6.

[2] 潘涵,宋东安,刑芳,等.国外舰载机电磁安全性研究[J].舰船科学技术,2009(3):150-153.

[3] 李超,汤仕平,万国军,等.美军电磁环境效应(E3)实验室建设浅析[J].装备环境工程,2011(12):76-79.

[3] GJB1389A-2005.系统电磁兼容性要求[J].中国人民解放军总装备部,2006.

[4] 侯冬云,孟凡民.舰船系统级电磁兼容性要求[J].舰船电子工程,2004(5):115-118.

[5] 苏东林,王切冰,金德琨.电子战特种飞机电磁兼容预设计技术[J].北京航空航天大学学报,2006(10):1241-1245.

[6] GJB72-2002.电磁干扰和电磁兼容性术语[J].中国人民解放军总装备部,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

作者简介：胡水才，男，工程师，研究方向：航空电子。

中图分类号U671

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.042