舰船系统电磁环境效应要求与试验评估

张 勇 陈 锐 左 钰 冯婷婷

(1.海军研究院 北京 100161；2.上海交通大学 上海 200030)

0 引言

战场电磁环境日益复杂，电磁环境效应对舰船的影响和危害愈发凸显。舰船面临的电磁环境既有自然的、又有人为的，既有外部的、又有内部的，既有有意的、又有无意的。复杂电磁环境条件下联合作战，舰船系统中任何一个环节出现电磁不兼容现象，都将导致舰船作战效能的大幅降低，使舰船作战效能大打折扣，甚至产生严重后果，电磁环境效应问题愈发突出。

电磁环境已成为海战场环境的重要构成要素，电磁环境效应要求是舰船装备在复杂电磁环境下是否具备战斗力的关键。为了解决日益严重的电磁环境效应问题，美军制定了一系列的电磁环境效应标准和指令指示等标准文件，以实施武器装备的电磁环境效应控制和认证。在美军控制电磁环境效应和装备采办过程中有相应的DoDD 3222.3国防部电磁环境效应程序等指令指示和MIL-HDBK-237D军用操作手册支持，为武器装备达到电磁兼容性提供指导和管理指南。在随后的几十年里，系统级电磁兼容性理论和试验措施被不断的丰富和发展。美国系统级军用电磁兼容性标准经历了MIL-STD-1385《预防电磁辐射对军用系统危害的一般要求》和MIL-STD-1818，现在发展到MIL-STD-464C《系统电磁环境效应要求》。

因此，开展舰船电磁环境效应要求研究，掌握电磁环境效应要求，加强电磁环境效应试验评估，对于提高舰船装备电磁兼容性和适应复杂电磁环境的能力具有十分重要的意义。

1 舰船系统电磁环境效应特点

舰船是综合作战能力最强大的水面作战平台，随着舰船装备信息化程度的不断提高，电子信息技术广泛应用于舰船装备之中，舰船上装备了大量雷达、通信、指挥控制等电子信息系统和武器，舰船系统电磁环境效应具有以下突出特点：

1)舰船平台有限空间布置大量系统和发射天线，发射机发射功率高，电磁功率密度大，接收机灵敏度高，设备工作频率密集且相互交叉，时域重叠，空间隔离度有限，导致舰船电磁兼容问题十分复杂。

2)舰船是集母舰、飞机、武器、电子电气设备于一体的大型复杂系统，舰船、舰载机多平台、多系统之间电磁适配性要求高，其电磁环境效应复杂程度高。

3)在海战场区域内，各种电子系统越来越多，电磁环境日益复杂，舰船装备之间的交链关系越来越复杂，协调难度越来越大。如不能有效控制电磁环境效应，将导致舰船装备出现严重的电磁环境效应问题，无法形成一体化作战能力。

2 舰船系统电磁环境效应要求的发展

美国是世界上最早提出电磁环境效应概念并开展研究的国家，其系统电磁环境效应要求主要以标准文件固化下来，对美军相关标准文件进行研究分析，可以掌握其对系统提出的电磁环境效应要求。分析美军相关标准化文件，这些文件包括军用标准规范、军用手册、指令指示等类别，涉及武器装备系统、分系统、设备的电磁兼容性管理要求、技术要求和试验方法等内容。

经分析，美国用于电磁环境效应要求分布在各指令、操作手册和标准中。舰船电磁环境效应要求及指标以国防部、海军部等有关电磁环境效应指令指示、《舰船通用规范》和MIL-HDBK-237D为主线，在上述文件中提出技术、管理上的电磁兼容性要求，并以直接引用的电磁环境效应标准为支撑。引用的电磁环境效应标准提出具体的电磁兼容性要求和指标，在技术要素和管理、试验方面都有相应的要求。

从20世纪30年代的射频干扰，发展到60年代的电磁干扰和电磁兼容，到90年代初的“电磁环境效应”已引起人们的关注。1950年美军颁布了第一个系统级电磁兼容标准MIL-E-6051《系统电磁兼容性要求》，从此美军武器装备研制有了顶层的电磁兼容性要求。该标准先后经过了三次改版，至1997年作废，使用了47年。1992年美军颁布的MIL-STD-1818《系统电磁环境效应要求》，是第一个系统级电磁环境效应要求标准。1997年美军颁布了MIL-STD-464《系统电磁环境效应要求》，取代了MIL-STD-1818和MIL-E-6051标准。MIL-STD-464标准在真正意义上统一和规范了电磁环境效应所涉及的内容和要求，是电磁环境效应研究领域标准化上的一个重要标志。该标准也经历了三次修订，现行有效的是2010年颁布的C版本，见表1所示。

表1 美军系统级电磁环境效应标准的发展过程

代号名称版次颁布时间MIL-E-6051系统电磁兼容性要求原版1950年3月28日A版1953年1月23日C版1960年6月17日D版1967年9月7日MIL-STD-1818系统电磁环境效应要求原版1992年5月8日A版1993年10月4日MIL-STD-464系统电磁环境效应要求原版1997年3月18日MIL-STD-464A系统电磁环境效应要求A版2002年12月19日MIL-STD-464B系统电磁环境效应要求B版2010年10月1日MIL-STD-464C系统电磁环境效应要求C版2010年12月1日

我国使用的电磁环境效应的概念与美国基本一致，研究的内容基本相同，但在概念推出的时间上比美国略晚。1985年颁布了GJB72-1985《电磁干扰和电磁兼容性名词术语》，首次对电磁干扰、电磁兼容等给出了定义。2002年颁布的GJB72A，正式给出了电磁环境效应定义，等效采用了美军标MIL-STD-464A，尚未包括高功率微波、静电放电等。2015年编制完成的国军标《系统电磁环境效应试验方法》已等效采用了美军标MIL-STD-464C的电磁环境效应定义。

1992年颁布了第一个系统级电磁兼容性标准GJB1389《系统电磁兼容性要求》。为适应复杂电磁环境对装备的新要求，对该标准进行了修订，2005年颁布了GJB 1389A《系统电磁兼容性要求》，名称虽然仍成为“系统电磁兼容性要求”，但明确引入电磁环境效应的概念，指标要求和主要技术内容涵盖了当时电磁环境效应领域的全部技术内容，实质上就是电磁环境效应。2017年以464C为基础对GJB 1389A进行了修订，其名称和要求内容均明确是系统电磁环境效应要求。

3 舰船系统级电磁环境效应要求

舰船电磁环境效应是研究电磁环境对设备、系统及平台的综合影响，分析舰船系统对电磁环境的适应能力,它涉及了所有与之相关的电磁现象, 它不仅包含了“电磁兼容性”的全部技术内容，而且增加了雷电、静电等自然电磁环境及电磁武器等新电磁现象，增加了人员、军械、燃油等电磁环境受体，增加了电磁防护和电磁易损性等技术内容。

3.1 舰船电磁环境效应分析方法

舰船系统电磁环境指标要求的确定应优先采用实测和预测的数据，通常可采用如下方法，具体见图1所示。

1)分析舰船的使命任务和作战使用要求。

2)结合舰船以往工程经验。

3)采用建模仿真，预测电磁环境，开展舰船电磁兼容分析，见图2所示。

4)开展舰船缩比模型和1∶1模型等试验等方法。

5)进行军用标准分析，开展相关的电磁环境效应分析，确定舰船系统指标项目和量值。

3.2 舰船系统电磁环境效应要求

通过对电磁环境效应要求的内涵以及相互之间的关系分析，舰船系统内所有分系统和设备之间应是电磁兼容的，系统与系统外部的电磁环境也应兼容。舰船系统电磁环境效应主要涉及系统内和系统间及系统与外部环境三大部分的研究内容，其中系统内电磁环境效应是分析和检验系统自身的电磁适应性，系统外电磁环境效应则反映了武器系统对外部电磁环境的适应能力。其组成见图3所示，三大类要求如下。

1)系统内自兼容：对于集多种功能于一体的系统，舰船中大功率发射设备、高灵敏度接收设备共处同一平台，其自身的电磁兼容性要求是面临的首要和基本问题，包括设备和分系统电磁干扰、安全裕度、电搭接和系统内电磁兼容性要求。

2)系统间兼容性：系统不因其它系统中的电磁干扰和危害而产生明显降级的状态。包括频谱兼容性、防信息泄漏、发射控制、电磁辐射危害等要求。

3)系统与外部电磁环境：作为直接暴露在实际环境中的装备，必须适应自然环境要求，包括雷电、外部接地、静电等要求；作为以军事应用为主要用途的装备，确保实战及毁伤环境下的生存力是装备具备实战能力的关键，包括电磁脉冲、高功率微波要求。

4 舰船系统电磁环境效应控制

舰船电磁环境效应要求必须通过合理的控制和防护设计实现，在工程研制初期就及时开展电磁环境效应工作，明确舰船装备各阶段的电磁环境效应控制内容和方法，在全寿命期各阶段采取有效措施，将电磁环境效应工作贯穿于装备研制和使用的全过程、全寿命期，在满足预定任务要求的同时满足所希望的电磁环境效应要求。

图1 舰船系统电磁环境效应要求分析流程图

图2 舰船系统电磁环境建模仿真预测分析方法

图3 舰船系统电磁环境效应要求组成

4.1 论证阶段

1)分析舰船系统预期的电磁环境，并根据全寿命期电磁环境可能存在的变化进行实时更新。

2)明确舰船系统在全寿命期要考虑的电磁环境效应问题，提出舰船系统电磁环境效应初步要求。主要包括电磁兼容性、电磁干扰、频谱兼容性、电磁防护等。

3)分析可供选用方案的电磁环境效应。采用仿真预测、试验验证等多种方法对不同方案的电磁环境效应进行分析，找出潜在的电磁环境效应问题。

4)开展电磁环境效应风险识别，分析可供选用方案中应解决的电磁环境效应关键技术问题、费用和风险，评估其对舰船系统任务完成能力的影响。

4.2 方案阶段

1)舰船平台电磁环境分析预测。

2)天线间干扰研究。

3)舰船总体天线布置方案设计。

4)大功率设备发射对军械的危害分析。

5)开展总体电磁脉冲及雷电等防护设计。

4.3 工程研制阶段

1)根据电磁环境试验或仿真研究结果，完成天线布置，完成相关舱室分布和各系统和设备布置。

2)完成武器、燃油和人员的安全防护设计。

3)对电磁环境制定相应的电磁环境效应控制措施和要求，提出解决电磁环境效应关键技术问题的途径。

4)对通过管理仍不能消除的电磁干扰，提出解决措施；根据电磁干扰预测分析结果，确定电磁环境效应管理控制措施及具体实施方法和要求。

4.4 生产和使用阶段

1)严格按照电磁环境效应工艺文件要求进行生产，并进行专门的电磁环境效应验收试验。

2)实施电磁环境效应使用管理。建立电磁环境效应维护、使用、管理档案。可建立使用阶段电磁环境效应数据库。

3)开展舰船使用阶段电磁环境效应维护保障和修理，对于舰船装备使用中出现的电磁环境效应问题，提出解决措施和方案，确保舰船使用过程中电磁环境效应能满足技术要求。在修理过程中根据相关技术标准和规定开展电磁环境效应修理。

4)对使用中的电磁环境效应信息进行记录和及时上报，并反馈给论证、设计部门。

5 舰船系统电磁环境效应试验评估

系统电磁环境效应试验评估的目的就是为了验证舰船系统的电磁环境效应要求是否满足要求，是对研制要求符合情况的全面考核，需按照研制要求分解规划需要考核的试验项目和指标，以确保通过试验可以全面评估舰船装备电磁环境效应的符合情况。证明舰船系统在使用全过程中不会由于电磁环境的作用对他的使用性能和安全造成影响。

5.1 试验方案

试验方案制定应以舰船系统实际使用的电磁环境为基础要求，紧密结合舰船装备的工况和功能性能，综合考虑系统要求与系统测试结果，具体制定方法见图4所示。

图4 试验方案制定

5.2 试验实施

1)系统安装，进行安装检查，确定安装是否正确(接地、搭接、缆线布置等)。

2)性能试验，确定舰船系统安装后的分系统和设备是否满足其性能规范。

3)系统内试验，其目的是表明构成功能分系统的设备(如通信系统、雷达系统、指控、动力等)在一起能够正常兼容工作。

4)平台/系统内试验和分析，其目的是验证在平台或系统上的项目功能正常，从而平台/系统能执行其任务。该工作也将确认平台/系统内所有的分系统和设备都能有效运作，而没有由于E3降低彼此的性能。

5)整个平台或系统的试验和分析，确认所有分系统和设备在一个能够代表使用场景的电磁环境中都能展示出其作战性能，所有的项目都能运行。

5.3 试验评估

试验评估是对数据进行逻辑分析、组合并与规定的性能进行比较以帮助做出系统性评价决策的过程。评估是从建模和仿真、试验或使用得到定性或定量数据进行审查和分析的过程，具体方法如下：

1)将每个试验项目的试验结果与研制总要求或合同中规定的要求进行对比和判断，确定每个试验项目的试验结果是否符合要求。

2)根据研制总要求或合同中规定的设备或系统的干扰和敏感度判别要求，结合测试结果数据，判定系统是否出现干扰和敏感；若出现干扰和敏感，并导致系统性能降级、失效或故障等，则系统不能满足自兼容要求，应对干扰或敏感现象进行识别、分析和整改。

3)综合全部试验数据，并通过层次分析等方法确定各要素对系统影响的权重，通过综合加权结果分析对系统使用的影响，评定试验结果是否满足要求，判定系统是否达到研制要求。

6 结束语

开展舰船系统电磁环境效应要求和试验评估研究，对舰船装备性能十分关键。通过对美军和国内电磁环境效应要求和标准的分析研究，针对舰船系统电磁环境效应的特殊性和重要性，提出了确定电磁环境效应要求的方法，详细分析了系统内自兼容、系统间兼容性和系统与外部环境三大部分的舰船系统电磁环境效应要求及对平台的适用性，提出了开展舰船系统电磁环境效应试验的方法和试验流程，为开展舰船装备系统级电磁环境效应工程研制、试验提供技术支撑。