国外外部射频电磁环境标准演变简析

张新宇 张锋 韩玉峰

（北京无线电计量测试研究所，北京，100854）

文 摘：简介外部射频电磁环境特点和国外外部射频电磁环境标准演变过程，分析设备、分系统级和系统级标准的差异，概述标准的发展和应用情况。

随着产品信息化程度越来越高，同时电磁脉冲、高功率微波等新技术不断发展，使得产品面临的电磁环境日益复杂。如果被试产品对复杂电磁环境，尤其是射频电磁环境的适应能力不强，就会限制系统的全方位、全天候应用，这一问题随着信息技术的发展将变得更加严峻[1]。为了提高产品的电磁环境适应性，各国的标准经过不断完善，将外部射频电磁环境试验项目纳入设备级和系统级多级综合的考核体系，以提高产品的电磁兼容性能。

GJB72A—2002《电磁干扰和电磁兼容性术语》中给出的电磁兼容性（EMC）定义为：设备、分系统、系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。包括以下两个方面：①设备、分系统、系统在预定的电磁环境中运行时，可按规定的安全裕度实现设计的工作性能、且不因电磁干扰而受损或产生不可接受的降级；②设备、分系统、系统在预定的电磁环境中正常地工作且不会给环境（或其他设备）带来不可接受的电磁干扰。其中，电磁环境的定义为：存在于某场所的所有电磁现象的总和。GJB 6130—2007《战场电磁环境术语》中给出的复杂电磁环境定义为：在一定空域、时域、频域和功率域上，多种电磁信号同时存在，对用频装备运用和作战行动产生一定影响的电磁环境。而战场电磁环境的定义为：一定的战场空间内对作战有影响的电磁环境。

电磁环境是一个综合的概念，既存在于产品的设备级也存在于系统级。而且，当设备或系统所搭载的平台不同时，所遭遇的电磁环境也将具有较大差异性。

1 外部射频电磁环境特点

电磁环境的构成因素有很多，既有自然因素也有人为因素，其中人为因素既可能为有意产生也可能为无意产生，见表1。从狭义角度来讲，战场电磁环境主要指作战过程中，作战双方有意或无意产生的电磁辐射、反射和散射而构成的电磁环境[2]。2005年发布的GJB1389A《系统电磁兼容性要求》中指出，系统外部射频电磁环境包括（但不限于）来自于平台（如编队飞行的飞机、带有护卫舰编队航行的舰船和彼此相邻的地面指挥系统）、友方发射机和敌方发射机等形成的电磁环境。

表1 电磁环境构成

从表1可以看出，系统工作的电磁环境是复杂多变的，其组成因素在时域、频域、功率域上均可能发生改变，因此各国编制了众多标准对电磁环境进行描述，以提高各系统对电磁环境的适应能力。以美军标为代表，将电磁环境指标分解至设备级和系统级，形成了各军兵种通用的外部射频电磁环境标准。根据设备级和系统级所搭载的平台不同、遭遇的电磁环境不同，制定了不同的考核限值，这种方法也成为了国际上较为认可的考核武器装备电磁兼容性能的方法。

近年来，随着对电磁兼容理解的不断深入，电磁兼容问题也从设备级电磁干扰逐步向系统级电磁环境效应过渡，电磁兼容性的概念得到进一步延伸。美军标MIL-STD-464C《系统电磁环境效应要求》中对电磁环境效应给出的定义为：电磁环境对军事力量、设备、系统和平台的运行能力的影响。电磁环境是客观存在的，但电磁环境对产品的影响不尽相同，即产品的电磁环境效应不同。随着电磁环境的恶化，各国更加重视产品的电磁环境效应，军用标准也从设备级向系统级、电磁干扰向电磁环境效应不断完善。但各国电磁兼容性发展的进程不同，对环境特点的理解不同，导致标准的制定也不尽相同。

2 国外外部射频电磁环境标准现状

2.1 俄罗斯电磁兼容标准现状

俄罗斯的电磁兼容性标准发展比我国略早，我们了解到的前苏联航空工业最早的EMC标准是OCT1953年标准,它只规定了传导干扰要求。上世纪50年代至70年代中期，前苏联都沿用上述标准，但在70年代末EMC标准开始更新与发展，80年代已经更多地参考和采用国际标准（如CISPR标准）和美国标准。如OCT102679-89标准几乎等同于美国RTCADO-160A。到上世纪80年代至90年代，前苏联已经制定出一系列EMC标准，但尚未发现完整的配套标准体系[3]。

2.2 英国电磁兼容标准现状

我们已知的英国军用电磁兼容标准主要与航空和飞行器有关。首个标准BS.2G.100于1960年发布，后期更新为BS.3G.100。但当英国试图制定陆、海、空三军标准DEF STAN59-41时，遇到了将推出的版本对新型飞机不适用的情况，因此制定了新的FS（F） 510和FS（F） 457规范。但这些方法更适用于在实验室开展对电源线和信号线的瞬态测试，并不包含外部射频电磁环境的空间发射类测试。现行有效的DEFSTAN59-411系列《电磁兼容性》为2007年发布的第一版本，包括5个部分：第一部分《电磁兼容性管理与规划》、第二部分《电、磁和电磁环境》、第三部分《设备和分系统电磁兼容性测试方法和限值》、第四部分《平台和系统电磁兼容性测试与试验》和第五部分《三军装备电磁兼容性设计和安装操作规程》。

2.3 北约电磁兼容标准现状

北约（NATO） 曾对设备和系统级EMC规范进行了几次重大修改。分别用于设备及系统设计的STANAG3516、STANAG3614均有多种版本。这些文件与 MIL-STD-461和MIL-STD-6051D相类似。关于电磁环境效应的标准主要有STANAG4370：AECTP250系列《电和电磁环境条件》，STANAG4370：AECTP500系列《电磁环境效应测试与验证》。其中，AECTP250用于描述环境，现行有效版本为2011年发布的第二版，适用于北约成员国，具有射频电磁环境相关章节；AECTP500适用于武器装备（包括设备、分系统、系统、平台、军械等）电磁环境效应试验验证，现行有效版本为2011年发布的第四版。

2.4 美军标

美国军事的快速发展以及其对电磁兼容的高度重视，导致美军的电磁兼容试验能力一直居于世界领先地位，美军标也一直是各国EMC标准制定的重要参考。美军拥有多个电磁环境效应实验室，用于开展设备级、系统级电磁兼容性研究和试验评估。其中大型电磁兼容实验室拥有对系统级电磁环境效应进行研究、开发测试和评估的能力，可开展对系统内电磁兼容性、雷电效应、电磁脉冲效应、电磁易损性、静电电荷控制、电磁辐射危害等效应的试验评估，具备多模拟器施加外部射频电磁综合环境的条件。美国军方至少建有20个大型电磁环境效应实验场，包括陆军7个、海军8个、空军5个，其中6个实验场(海军有4个)具有全部电磁环境效应试验能力[4]。对电磁兼容的高度重视也直接导致了美军标的修订速度快、对装备作战环境的考虑全面，从而成为了各国军用产品电磁兼容性标准制定的重要参考。其中，最具代表性的标准为MIL-STD-461系列和MIL-STD-464系列。

2.4.1 美军标MIL-STD-461的演变过程

实际上，美国电磁兼容方面的军用标准和规范的发展史可追溯到1945年，在461系列标准颁布以前，美国各军兵种为满足各自的需要，制定了各自的电磁兼容性要求标准，见表2。

表2 MIL-STD-461之前的电磁兼容性标准

这种多种标准共存的体制使得单设备设计时，如要满足多军兵种需要，经常需要重新设计，因为原本的设计可能达不到要求，也可能造成浪费。测试设备因测试方法和限值的不同，需要的种类较多，费用也较高。因此急需一个统一的标准降低这种差异性，以供三军共同使用，MIL-STD-461就在这种背景下诞生了。

1965年，美国国防部组织三军的工程技术人员和标准化人员制定了一个研究电磁干扰术语、测试范围、测试方法及设备要求的计划，即461系列标准。这一系列标准包括：MIL-STD-461《设备电磁干扰特别要求》、MIL-STD-462《电磁干扰特性测量》、MIL-STD-463《电磁干扰技术定义和单位制》。从此，美军标进入了使用461标准的时代。

从MIL-STD-461标准第一次发布至今，已经先后公布了7个版本，在461D发布之前主要以通告形式进行更新，461D和462D最终演化为要求和方法合二为一的461E，至此MIL-STD-462标准废止，后MIL-STD-463标准也被废止，具体演变过程见表3。

表3 MIL-STD-461的演变过程

2.4.2 美军标MIL-STD-464的演变过程

美军最早的系统级电磁兼容标准出现在1950年。在MIL-STD-464《系统电磁环境效应要求》颁布之前经历了MIL-E-6051和MIL-STD-1818两个标准。其中MIL-E-6051先后经历了三次改版，使用了47年，MIL-STD-1818作为过渡性标准颁布于1992年。美军在1997年颁布464标准同时，通告了MIL-E-6051和MIL-STD-1818两个标准废止，从而在真正意义上统一和规范了电磁环境效应所涉及的内容与要求，是电磁环境效应标准化的一个重要里程碑。这一标准经历了三次修订，具体演变过程见表4。

表4 美军标电磁环境效应标准的演变过程

2.4.3 美军标外部射频电磁环境试验标准现状对比

美军标非常重视电磁兼容标准的修订，更新换代速度很快，就目前来看，外部射频电磁环境试验作为电磁兼容性试验中的重要一环，设备和分系统级依据为2007年发布的MIL-STD-461F，系统级依据为2010年发布的MIL-STD-464C。

MIL-STD-461F和MIL-STD-464C均为通用标准，以应用平台划分，其中MIL-STD-461F中RS103项目极限值划分为空军、海军和陆军，每个军种都分为飞机外部或SCES（安全性关键设备和分系统）、飞机内部、舰船甲板上和水下外部、金属舰船甲板下、非金属舰船甲板下、水下内部、地面设备、空间系统共8个使用平台。MIL-STD-464C将外部射频电磁环境试验项目极限值以工作环境划分为舰船甲板上、在舰船上发射机主波束下工作、空间和运载系统外部、地面系统外部、陆军直升机外部和固定机翼飞机外部共6种。但不同的被试系统可能会涉及两个或两个以上应用平台，美军标对分系统和系统级的标准并不相同，而是根据不同环境进行细致划分。例如飞机外部电磁环境限值见文后附表。

附表中，标准MIL-STD-464C中的峰值场强是基于发射机的最大允许使用功率和天线最大增益减去系统损耗（若损耗未知则估为3dB）得到，平均场强是基于平均输出功率，平均输出功率是发射机的最大峰值输出功率与最大占空比的乘积。占空比是脉冲宽度与脉冲重复频率的乘积。平均值场强只适用于脉冲信号系统。非脉冲信号的平均功率与峰值功率是相同的（即没有调制存在）。

3 思考与启示

通过对比可以发现，美军标中设备级标准和系统级标准差异较大，系统级标准MIL-STD-464C对外部电磁环境的划分更为细致，考虑全面，经过了大量的测量和经验积累，对系统的考核更加合理。而我国现阶段标准还不够完善，数据支撑不够有力，不能准确表达系统的使用电磁环境，仍需进一步完善。

国外很早就开始关注复杂电磁环境的研究，美国军方建立了电磁环境效应试验中心，用于开展电磁环境效应验证试验和仿真验证，包括高场强电磁环境效应试验，其高场强试验系统可覆盖400MHz～14GHz频段，射频电磁环境发生器能够产生的最大峰值场强可达20kV/m以上，试验设备包括390MHz～940MHz、1GHz～34.8GHz频段的磁控管发射机，通过试验确定武器装备系统、分系统等在暴露于外部工作环境和规定的电磁环境时的生存性、易损性和兼容性。相比而言，我国对电磁环境效应的研究和试验起步较晚，目前对全寿命周期内的外部射频环境的分析还不全面，但正在逐步朝着更合理、更可靠的方向发展。

综上所述，美军标对于外部射频电磁环境试验方法的考核更全面，更加贴近实战，无论是设备级还是系统级EMC标准都对进一步修订我国国军标具有重要参考意义。