美国海军全舰电磁脉冲模拟器发展综述

冯寒亮，刘逸飞，刘峰

西北核技术研究院，陕西 西安 710024

0 引 言

电磁脉冲（electromagnetic pulse, EMP）是一种瞬间电磁能的爆发，通常由高空核爆炸引起，与电力或电子系统耦合，能够产生破坏性电流和浪涌电压，会对海军舰船平台、舰载电子信息系统及武器装备等造成严重的影响甚至是损伤。为了解此类影响，评估舰船的EMP 生存能力，有必要利用EMP 模拟器对舰船进行测试。对全舰进行测试，是其中一项重要的研究内容，而全舰EMP 模拟器则是试验需求的重中之重。美军在相关评估结论和军标中指出：利用EMP 模拟器开展全舰EMP 威胁生存能力测试，是演示验证舰船防护威胁级高空电磁脉冲（high altitude electromagnetic pulse, HEMP）并保障海军执行任务的最佳方法，可对整艘舰船进行试验的威胁级EMP 模拟器是验证军舰EMP 生存能力所必须的基础试验设施[1-6]。

美国海军很早就开始了全舰EMP 试验与研究，建造并使用了两代舰船EMP 辐射环境模拟器（Electromagnetic pulse radiation environment stimulation for ships, EMPRESS）I & II，开展了多次全舰EMP试验，目前正在根据相应的标准，筹划构建新一代全舰威胁级EMP 模拟器（electromagnetic pulse threat level simulator, EMP TLS）[7]。

1 电磁脉冲对舰船的影响及危害

目前，在舰船上使用的许多电子设备大都以集成电路为基础。这些器件、设备通过密集的线缆互连形成了庞大、复杂的舰船系统。同时，随着更加先进、复杂的电子设备集成到海军舰船上，其对EMP 环境越来越敏感，舰船在EMP 环境中的生存能力问题也变得更加严峻[8-9]。

EMP 通常以2 种耦合途径进入舰船内部，即“前门”和“后门”耦合。“前门”耦合是指电磁脉冲能量通过天线、电缆、金属管道等直接传导进入舰载设备端口，损伤电子器件。当舰船处于EMP 环境中时，天线、电缆、金属管道等作为舰船上主要的EMP 能量收集器，会将收集到的能量以瞬态电流的形式通过金属导体穿透甲板传导至内部舱室，或者直接流向敏感的电子器件，从而影响舰载器件和设备的运行。“后门”耦合是指EMP 场通过孔洞、接缝、舱口、风道等耦合到舰船内部，或重新辐射和耦合到其他电缆，从而影响舱内设备[10]。EMP 耦合通常会对舰船的电气和电子系统造成2 种瞬态效应，即功能损伤和运行故障。功能损伤是永久性的，而运行故障则是暂时性的。

舰船上层建筑具有复杂的耦合拓扑结构，以及大量的连接线缆和通道，这就意味着EMP 与舰船上器件和设备的相互作用极其复杂，对这种相互作用的分析也就变得相当困难。一般的测试方法是对舰船系统和子系统进行有限的测试，然后利用这些结果推测EMP 对整艘舰船的影响，但这种方法不能提供舰船EMP 生存能力评估所需的全部数据，而且现有的EMP 建模与仿真所能提供的有关舰船生存能力信息非常有限，不确定性非常大[3]。因此，可以说在未进行系统测试和评估的情况下，无法得出关于舰船系统加固或生存能力的准确结论。那么，对舰船进行EMP 模拟测试，对于识别漏洞和验证系统的可靠性就变得至关重要。而且，只有在接近真实的威胁条件下进行测试，才能得出高可信度的结论。也就是说，只有将整艘舰船暴露于威胁级EMP 模拟环境中，才能准确确定EMP 对舰上各类器件、设备的影响，特别是各类细节响应（如器件引脚电流等），从而开展精确有效的系统性评估。而这就对产生威胁级环境水平的EMP 模拟器提出了更高的要求：模拟的EMP场强要达到威胁级水平，并且具有足够大的测试空间、场地，适用于海军舰船等。

2 美国海军舰船电磁脉冲辐射环境模拟器

冷战期间，美国十分重视核电磁脉冲威胁，相继建成一些大型EMP 模拟器。美国海军就曾建了两代用于评估整艘舰船EMP 生存能力及防护能力的EMPRESS I & II[8]。

2.1 EMPRESS I

2.1.1 概 况

1972 年，美国海军在马里兰州帕图克森特河河口的所罗门建造了EMPRESS I[11-13]。这是当时唯一一个能对整艘舰船进行EMP 试验的模拟器。该模拟器由IIT 研究所设计和建造，是一个陆基次威胁级EMP 试验设施，分布在邻近的两块场地上，分别可产生垂直极化和水平极化2 种辐射场，主要通过测试锚泊在模拟器邻近的水面舰船和各类设备组件来评估舰上电气和电子系统的生存能力，也可开展飞机飞越试验和在模拟器附近（如50 m 以内）进行小型子系统的近威胁级试验。

EMPRESS I 设施采用了脉冲星联合公司设计开发的高可靠度2.5 MV 分布式峰化电容源，脉冲源是垂直模式的单锥脉冲源和水平模式的双锥脉冲源(图1)。两种模式的脉冲源和天线均可由3 名工作人员在2 天的时间内操作转换完毕。EMPRESS I的参数如表1～表2 所示[14-17]。

图1 EMPRESS I 模拟器脉冲源[14]Fig. 1 EMPRESS I pulsers in horizontal configuration and vertical configuration[14]

表1 EMPRESS I 脉冲源参数Table 1 EMPRESS I pulser data

表2 EMPRESS I 天线参数Table 2 EMPRESS I antenna data

该脉冲源采用了较高电感的50 级MARX 发生器，最大充电电压为±25 kV，总输出电容为4 nF，最大存储能量为12.5 kJ，但通常在±17.5 kV 的充电电压下运行，输出脉冲峰值电压为1.75 MV。由于EMP 与舰船耦合最严重的情况出现在垂直模式，因此，EMPRESS I 对舰船进行测试时，主要以垂直模式运行。

EMPRESS I 模拟器也存在严重的局限性。首先，EMPRESS I 脉冲波形的前沿、脉宽等波形指标不够严格，特别是场强达不到威胁级标准。这是由于其位于陆地上，周边水域为浅水区，舰船距离模拟器的最近锚泊距离为300 m，使得舰船上的最大电场强度只能达到2.7 kV/m，仅为威胁级EMP 场的5%左右。其次，EMPRESS I 的场地限制了待测舰船的尺寸和型号。这是由于通往EMPRESS I 的大型舰船会被附近一条只有9.45 m深的航道和一座43.89 m 高的公路桥所阻挡。

为了改善这种局限，1979 年，美国海军设施工程司令部列出了97 个可能迁移EMPRESS I 模拟器的潜在陆上场址，美国海军也研究考虑了在陆地上建设EMPRESS II 模拟器的可能性。由于舰船需要从开阔的海域进入，以及受水深、桥梁高度、海岸面积、温和的气候和保障设施等要求的限制，没有一个场址能够保证舰船锚地与模拟器之间的距离满足有效实施威胁级EMP 测试的要求。这些备选场址均需对航道、锚地和海岸线等进行大规模的疏浚（以便舰船更靠近陆上模拟器天线），但这些活动又会严重影响大部分备选场址的环境，EMP 也可能影响附近的电子设备。因此，这2 种选项均未被接受[16]。

2.1.2 EMPRESS I 全舰试验

据统计，1972～1984 年间，EMPRESS I 模拟器共试验了约41 143 发次[13]。USS FFG15，DDG3 和加拿大驱逐舰“休伦”号、英国驱逐舰“谢菲尔德”号、美国DD 级导弹驱逐舰“拉菲”号(USS Laffey)与“瓦库尔”(USS Valcour)号，以及数台“宙斯盾”设备在此进行了测试（部分试验情况如表3 所示）[15]。通常，被测舰船上的EMP 场强由舰船距脉冲源的锚泊距离控制。例如，“谢菲尔德”号驱逐舰在试验中距EMPRESS I 垂直模拟器375 m，距水平模拟器约300 m，脉冲源-船中心连线与船头方向成62°夹角。舰船试验布局如图2所示。

表3 EMPRESS I 开展的部分试验Table 3 A part of ship tests at EMPRESS I

图2 EMPRESS I 位置及舰船试验布局[19]Fig. 2 Location of EMPRESS I and test configuration

2.2 EMPRESS II

2.2.1 概 况

考虑到EMPRESS I 的局限性及条件限制，美国海军于上世纪80 年代初开始建造新的辐射场强能达到威胁级水平的全舰EMP 模拟器—EMPRESS II，以作为设计、开发和验证美国海军舰船EMP 加固的工具。上世纪80 年代，美军战区核战项目办公室(PMS 423)为EMPRESS II 和数据采集处理系统的设计和建造提供了资金。EMPRESS II 于1988 年建成，1990 年具备全面运行能力，每年可运行60 天，其中，在受保护水域中试验20 天，在海洋中试验40 天[20-21]。在冷战结束的时代背景下，1993 年初，由于维护费用高等原因，美国海军在“安齐奥”号巡洋舰试验结束后不久就拆除了该模拟器。EMPRESS II 模拟器完成了其作为美国海军基本EMP 测试工具的使命[11]。

EMPRESS II 是第1 个由驳船搭载的，能对驱逐舰、航空母舰等整艘大型舰船进行试验的威胁级EMP 模拟器。该模拟器由脉冲源、天线、IX-513驳船、脉冲源辅助保障系统等组成。其中，脉冲源输出电压为4～7 MV，锥形天线高45.7 m，能够产生威胁级垂直极化EMP 场。在距离模拟器100 m 和200 m 处，最大场强分别为50 kV/m 和25 kV/m。IX-513 驳船配备有内部通信系统、燃料和淡水的贮存与循环系统、环境控制系统以及电力系统，但无推进系统，需拖船（USS Mohawk）牵引。EMPRESS II 参数如表4 所示[11-13]。

2.2.2 EMPRESS II 全舰试验

资料显示[11,22-23]，EMPRESS II 先后针对“斯普鲁恩斯”级“戴约”号驱逐舰 (USS Deyo: DD 989）、“奥利弗·哈泽德·佩里”号护卫舰（USS Oliver Hazard Perry: FFG 7）、英国23 型“兰开斯特”号护卫舰（HMS LANCASTER: F229）、“提康德罗加”级“安济奥”号“宙斯盾”巡洋舰（USS Anzio: CG 68)开展了全舰及设备试验（部分试验情况如表5，图3和图4 所示）。一系列舰船EMP 试验使美国海军知晓了其舰船在核作战环境中的生存能力情况，特别是其“宙斯盾”巡洋舰能够应对EMP 的威胁。这一事实直接影响到美国海军未来的战术发展和舰队战略[11]。

表4 EMPRESS II 参数Table 4 EMPRESS II data

表5 EMPRESS II 开展的部分试验Table 5 Some ship tests at EMPRESS II

图3 由拖船牵引的EMPRESS IIFig. 3 EMPRESS II tugged by the USS Mohawk

图4 1993 年6 月，试验中的“安济奥”号“宙斯盾”巡洋舰[25]Fig. 4 USS Anzio (CG 68) EMPRESS II trial in June 1993

根据设计，EMPRESS II 至少有2 种试验方式，即单点系泊方式和在航位置保持方式。1988年，EMPRESS II 模拟器在北卡罗莱纳州海岸附近的国际水域进行了系泊作业，1989 年，又在北卡罗莱纳州海岸31.2 km 外的海域进行了在航位置保持试验[18]。

图5 单点系泊试验布局示意图Fig. 5 The test configuration of the single-point moor concept

1） 单点系泊试验。将EMPRESS II 驳船和待试舰船系泊在预定水域开展试验。图5 给出了一种可能的单点系泊试验布局示意图。4 个系泊设备放置在一个正方形或长方形的结构中，用于系泊EMPRESS II 驳船和待试舰船，并使两者之间保持100～400 m。通过牵引或释放系泊索，使EMPRESS II 驳船相对于待试舰船向前和向后移动。根据设计要求，在飓风、105 kn 的大风和4.9 m高的海浪中，系泊设备也能稳住驳船[13]。

2） 在航位置保持试验。在航位置保持是指在指定区域内规定航线上拖曳EMPRESS II 驳船，通过操纵，保持试验设备相互间的距离和方位。如图6（a）所示，经EMP 加固的拖船缓慢地牵引EMPRESS II 驳船，并且之间至少保持300 m 的距离。待试舰船在另一侧航行，与拖船和EMPRESS II驳船航线保持100 ～400 m。通过调整待试舰船与EMPRESS II 驳船之间的距离和方位，以测量不同位置、场强的EMP 响应。在航位置保持试验有多种布局，例如1992 年8 月英国23 型“兰开斯特”号护卫舰（HMS LANCASTER: F229）在Cape Hatteras 开展的加固保证试验中，就有3 种布局，如图6（b）所示。

美国海军评估认为，从操作角度来看，采取在航位置保持方式的近距离测试比单点系泊方式测试更具优势。在航位置保持方式试验考虑了EMP 对舰船的非对称性影响，不仅可从不同角度和位置评估EMP 对船舶电子的影响，而且即使是在恶劣海况下也能够最大限度地保证EMPRESS II与待试舰船的稳定性，同时有助于降低舰船测试成本[17]。

图6 在航位置保持方式试验中EMPRESS II 与待试舰船位置图Fig. 6 EMPRESS II - test ship positioning in underway station-keeping operations

3 美国海军新一代全舰威胁级电磁脉冲模拟器

虽然EMPRESS II 模拟器于1993 年“安济奥”号试验后被拆除，但美国海军水面舰船仍然面临着抗EMP 加固的要求，海军对用于舰船EMP 模拟器的需求也未减。特别是近年来，2015～2018财年连续几年的美国国防部《作战试验与鉴定局年度报告》均指出[1-4]，美军目前对舰船系统和子系统进行有限的测试、建模与仿真等的方法及能力有限，不足以支撑整艘舰船的EMP 生存能力评估。美国国防部国防威胁降低局也认为：使用全舰威胁级EMP 模拟器（EMP TLS）是演示验证舰船防护威胁级HEMP 并保障海军执行任务的最佳方法。同时，该类型模拟器的海上测试也将通过为HEMP 建模提供测试数据及为舰员提供真实的HEMP 训练场景来支持海军任务，利用此项能力，演示验证全舰EMP 的生存能力并保证美国的核威慑态势。2016 年发布的美军标MIL-STD-4023 和《DDG 51 舰船规范》中已经明确了有关舰船EMP 试验的要求，并认可了全舰EMP TLS 是验证军舰EMP 生存能力所必须的[2-3]。因此，全舰EMP TLS 将成为美国海军水面舰船EMP 评估试验基础设施资源需求最重要的硬件设备之一。美军相关机构和部门已在考虑建造此类模拟器。

3.1 参数及要求

2014 年11 月4 日，美国国防威胁降低局发布了名为《全舰威胁级电磁脉冲模拟器》的信息征询通知，透露出该模拟器的主要参数及要求[7]。

该模拟器主要组件包括脉冲源、辐照天线、支持保障设备（脉冲源诊断、试验空间内的自由场诊断等），并特别提出该模拟器能够利用垂直极化EMP 辐照一艘航空母舰（图7）。具体参数及要求如下：

1） EMP TLS 能够辐照航空母舰，其产生的辐射场从舷侧入射，并与水线垂直。

2） EMP TLS 波 形 规 范：与MIL-STD-464C图A-3 中给出的脉冲波形相同（图8）。图中给出了用于描述早期高空电磁脉冲的双指数解析函数表达式E1(t)。式中：t 为脉冲持续时间；E01为峰值场强；a1，b1为表征脉冲前、后沿的参数；k1为修正系数。

图7 全舰EMP 试验概念图Fig. 7 Full ship EMP test concept

图8 MIL-STD-464C 中EMP 时域波形[26]Fig. 8 EMP time-domain environment in MIL-STD-464C

3） EMP TLS 的试验空间定义：EMP 入射到核动力航空母舰的舷侧，高度为250 in（约76.2 m，水线至桅杆顶部），深度252 in（约76.81 m），长度（舷侧）1 100 in（约335.28 m）。

4） 在EMP TLS 试验空间内，所有3 个波形参数（如峰值电场值为N1）的变化范围不会超过2 倍（如（N1Max-N1Min）《2N1电场），即每一个参数在试验空间内的最大变化范围为2∶1。

5） EMP TLS 将被安装在可在开阔海域行驶的驳船上，具体环境要求待定。

6） 需要有用于测量EMP TLS 性能的仪器。

7） 需要有能够测试航空母舰上100 个测试点响应的仪器设备，以及相应的具有10 kHz～1 GHz带宽的100 个同步数字化通道。

美国国防威胁降低局与海军海上系统司令部估算，要建造一套全舰EMP TLS 并具备相应的能力，成本约4 900～5 400 万美元。一旦开始运行，前9 次试验的成本约为1 750～1 860 万美元。

3.2 美军标MIL-STD-4023 关于舰船HEMP试验的分类

2016 年1 月25 日，美军发布了军标MIL-STD-4023《军用水面舰船的HEMP 防护》。该标准给出了关于舰船HEMP 试验的一般性分类（图9），即在舰船建造和舰船系统/子系统开发过程中进行有限的一系列测试，以确保通过全舰验证测试的风险最小，并给出了舰船HEMP 试验涉及的3 个主要测试阶段：开发试验、全舰验证试验、寿命周期试验[5]。其中，关于全舰验证试验，MILSTD-4023 指出，需要通过全舰EMP TLS 测试来支持水面舰船的生存能力评估，并列出了全舰验证试验的3 种类型：

1) 主动系统试验：确保没有关键任务故障；识别有缺陷的设备或错误的安装应用。

2) 被动系统试验：表征残余的内部瞬态应力，以外推至威胁级，并加上裕度用于脉冲电流注入测试。

3) 直驱试验：通过脉冲电流注入来演示残余的内部瞬态电流加上裕度不会导致任务关键系统的关键故障；通过试验后检查、性能校验和响应数据分析证明防护装置不会因为与威胁相关（威胁与加固裕度）的瞬变而受损或降级；为加固维护/监测计划的基线数据和舰船的HEMP 加固评估提供数据；根据需要更新加固指标分配报告。

图9 MIL-STD-4 023 中关于舰船HEMP 试验分类Fig. 9 Ship HEMP tests classification in MIL-STD-4 023

根据以上要求不难看出，美国海军新一代全舰威胁级EMP 模拟器将成为实施EMP 试验、满足舰船HEMP 防护要求的关键试验资源。

虽然美国军标MIL-STD-4023 定义了评估海军水面舰船早期高空电磁脉冲（HEMP E1）生存能力的要求：从施工阶段的试验开始，历经主动和被动系统试验，以威胁级辐照试验结束，并可能进行“高裕度”系统脉冲电流注入试验。但目前还未有按照该标准建造的舰船，特别是还没有满足该标准测试要求的威胁级辐照器。这直接导致其水面舰船采办计划（如DDG 51）中还没有进行全舰EMP 试验的安排。另外，现有的美国海军水面舰船始建于20 世纪70 年代，与当前舰船的施工技术和现代化的舰载系统存在巨大差异，导致这些早期建造的舰船难以按照MIL-STD-4023 标准中定义的方法开展HEMP 评估。在美国军方看来，这一现状的主要症结在于当前美国海军用于水面舰船EMP 评估的试验基础设施资源不足。

3.3 当前替代品-低幅度连续波扫频辐照系统

为进一步确定美国海军在水面舰船上开展HEMP E1 测 试 的 试 验 资 源 需 求，2017 年11 月15 日，美国陆军部合同司令部发布了题为《用于海军水面舰船HEMP 评估的试验基础设施资源需求》信息征询书[27]。征询书中列出了目前美国海军水面舰船EMP 试验基础设施资源需求涉及的5 个方面：1）建造低幅度连续波扫频辐照系统；2）建设基于历史试验记录的水面舰船HEMP 测试数据库；3）研发针对非MIL-STD-4023 要求的水面舰船的HEMP评估方法；4）建设三维海基辐射场测绘阵列；5）研究LLCW 仪器数据采集和分析能力。

其中，排在首位的LLCW I 扫频辐照系统就是为了在美国海军全舰威胁级EMP 模拟器尚未建成前，弥补其当前全舰EMP 试验能力不足的替代方案。

该信息征询书指出，LLCW I 扫频辐照系统作为EMP TLS 的替代品，应覆盖100 kHz～1 GHz 的频率范围，并且辐射场最大可覆盖500～1 100 in（船艏至船艉152.4～335.28 m）的空间，高度从舰船水线以上至最高点达250 in（约76.2 m）。LLCW I的垂直极化和水平极化波需要使用单独的天线或单个多极天线，输出场强至少为1 V/m，而舰上的场强变化则限于±6 dB。辐照器必须能够进行陆基或海基测试，具体何种测试待将来的选址决定。该系统应包括辐照器电源、辐射场条件控制、精确的频率参考，以及与舰载电流探头实时协调所需的所有电子设备，以实现较高的信噪比。

4 美国海军全舰电磁脉冲模拟器的启示

美国海军一直十分重视舰船EMP 生存能力，建造过两代全舰EMP 模拟器，开展过多次全舰EMP 试验，验证了相关技术和方法，并计划于近年建造指标要求更高的新一代全舰EMP TLS，以解决这一关键基础设施资源长期缺失的问题，补齐水面舰船EMP 试验与鉴定工作的技术短板。这表明，美国海军对舰船EMP 研究逐步深入，试验标准及要求逐渐严格，且随着舰船建造工艺和舰载电子系统现代化水平的提升，将与时俱进地调整研究新的舰船EMP 试验方法，开发新的试验设施。美国海军的实践经验已经揭示了开展全舰EMP 试验的必要性、全舰EMP 模拟器的重要作用以及需要解决的关键问题。

4.1 开展全舰EMP 试验的必要性

1） 现代海上战场电磁环境的恶化，使得海军舰船的EMP 防护变得至关重要。只有在真实的环境中通过全面的测试与验证，才能充分认识舰船对EMP 的易损性，从而进一步做好舰船的EMP防护。

2） 对复杂的舰船拓扑结构、EMP 耦合过程进行精确建模与分析在当前仍然是一项极其困难的任务，而且利用建模与仿真结果外推EMP 对整艘舰船的易损性，仍然存在相当大的不确定性。需要在真实的EMP 环境下进行全舰试验，获取相关数据，以弥补建模与仿真的不足。

3） 舰船子系统测试、小尺寸模型试验等是当前舰船EMP 易损性评估和加固测试的主要方式，但采用这些方法所得测试结果往往不够全面，响应细节反映不足，而且由于缺少全尺寸舰船EMP测试的经验数据或数据库，导致难以与真实情况进行比拟。

4） 全舰EMP 试验不仅能够获取舰船EMP 易损性数据，掌握舰船的生存能力情况，而且还能模拟真实的EMP 作战场景，掌握舰员在真实作战环境下的响应，从而针对性地开展作战场景下的训练。

鉴于以上主要因素，现代海军舰船有必要进行真实EMP 威胁环境下的全舰试验，以得出高可信度的EMP 易损性结论，从而指导舰船系统的EMP 加固，提高舰船生存能力。因此，用于构建真实EMP 威胁环境的全舰EMP 模拟器就成为完成这项任务的核心内容。

4.2 建造全舰威胁级EMP 模拟器的主要问题

1） 脉冲源与天线技术需要突破。美国海军新一代全舰威胁级EMP 模拟器需要产生威胁级EMP 场（50 kV/m），其能提供的测试空间显著扩大（约335 m×76.8 m×76 m），可对航空母舰等大型舰船进行测试，满足MIL-STD-464C 标准要求。这对EMP 场的强度和均匀度等均提出了更高要求。满足这一指标的大型模拟器尚无成熟的设计方案可供借鉴。相比美军现已建成的模拟器，一是脉冲源输出电压可能需要大于10 MV 甚至更高，这对绝缘、开关等的设计提出了更高要求；二是辐射天线的优化设计也是一大挑战。

2） 海基模拟器面临工程设计难题。海基模拟器工作在海洋高湿高盐环境下，对高压绝缘的设计要求更高，故保证系统的稳定性与可靠性将成为一项重大工程挑战；海基模拟器的载船将集成通信系统、控制系统以及电力系统等多个子系统，集成要求高，EMP 加固、EMC 问题较为突出，工程技术难度大；此外，在高海况条件下，尺寸巨大模拟器的稳定性面临挑战，特别是天线及其支撑结构需解决防雷、防腐蚀、抗风浪等问题，这些都是工程设计需要考虑的重点。

3） 试验测绘要求更高。精确地测绘三维辐射场是EMP 辐照试验的关键。对于拥有大量电子设备且大面积分布的大型舰船系统来说，其布线复杂且耗时，特别是对于确定测试空间的EMP 场均匀性是否满足试验需求、如何选取试验布局，以及在结构复杂的舰船中如何选择测点，精确测绘辐射场也变得更为重要和困难。面对与航空母舰相当的巨大有效测试空间，辐射场测绘系统还需要有足够的灵敏度和空间分辨率。同时，试验中会同时开展多个测量项目、布置多个测点，大量传感设备数据、信号的传输、采集与处理也都是需要重点解决的问题。美国海军目前缺乏这种辐射场三维测绘能力或数据采集系统。

4） 低幅度连续波扫频辐照系统指标要求有待提升。美国海军认为，在全舰EMP 模拟器未建成之前，低幅度连续波扫频辐照系统是比较适宜的替代试验设施，其建造和运行相对便宜，可在水平和垂直极化模式下运行，一般可用于加固维护或加固监视，但仍存在一些局限性，如已有设施的辐射场强度、覆盖范围和均匀性有限，且达不到威胁级环境要求。因此，低幅度连续波扫频辐照模拟器源、辐照天线、地基/海基辐照系统的设计与建造是当前研发的重点与难点。

5） 全舰EMP 试验方法需要创新。当前，海军水面舰船的建造施工技术已发生巨大变化，随着舰载系统不断升级和改进，以及全电驱动舰船等多种新型舰船的出现[28]，需要新的试验方法来支持现有水面舰船的EMP 评估。此外，与陆上EMP 试验场安置和测试要求不同，海上自然环境和作战环境给全舰EMP 试验方案提出了新的要求，存在技术、环境等更多的制约因素。

6） 试验场选址考虑因素复杂。鉴于电磁辐射、电力供应、后勤补给、维修保障、自然环境、试验安全等多方面的因素，全舰EMP 模拟器的安置或试验场选址是一个十分复杂的问题，需要考虑后勤、环境、安全、加固等多种因素：

（1） 考虑到电力供应、后勤补给、维修保障的可靠与便捷性，应尽量将EMP 模拟器安置在后勤基地附近，以保障EMP 试验顺利进行。

（2） 为满足EMP 试验的灵活性，既能够进行多种状态下的全舰试验，也能够进行子系统试验，EMP 模拟器的安置应具有一定机动性。

（3） EMP 试验场地应足够大，进出试验场的航道应足够深，能够停泊、通行各类大型待测舰船。

（4） EMP 试验会产生高强度辐射场，应规划安全水域、空域，不应影响周围船舶、飞机、设施等的安全。因此，EMP 模拟器应尽量远离船舶航道、船舶锚地、捕鱼作业区、飞行航线、海底电缆和管道等，尽量减少对海上、陆上和空中交通的影响。可设置禁航/禁飞区域以满足试验安全要求。

（5） 全舰EMP 试验中产生的强电磁辐射，必然会对待查设备载船/拖船、附近设备等造成影响，因此必须对相关设施设备采取加固措施。

（6） 舰船EMP 试验是一项复杂的系统试验，试验所需时间较长，成本相对昂贵。试验期间，对海洋环境、季节、气象条件有一定的要求，应尽量减少高海况、雷电、台风、暴雨等恶劣天气等对试验的影响。因此，EMP 试验场应选择在环境、气象条件相对稳定，一年中试验时间窗口较宽的区域。

应综合以上因素来确定全舰EMP 模拟器的部署模式，即采用岸基固定还是海上漂浮部署。同时根据实际部署模式，设计制定与之相适应的试验方案。

5 结 语

当前，海军舰船作为技术综合性强、电子信息系统集成度高的现代化武器平台，面临着日益严峻的EMP 威胁，为确保舰船在未来战场复杂高功率电磁环境下具备强大的生命力，应重视开展全舰EMP 生存能力评估及加固防护等研究。需开展的工作主要集中在以下几个方面：

1） 建立先进完善的试验设施，是开展全舰EMP防护研究的基础。美国海军的实践表明，和建模与仿真、缩比试验等方式相比，全舰EMP 试验具有不可替代性。全舰EMP 试验不仅能够获取舰船EMP 易损性数据，而且能够模拟真实的EMP作战环境，开展作战场景下的训练。因此，全舰EMP 模拟器在水面舰船EMP 防护工作中的重要地位毋庸置疑。

2） 重视对全舰EMP 效应的建模与仿真，为制定试验方法和标准做好知识与技术储备。由于舰船的拓扑结构、EMP 耦合过程十分复杂，故进行精确建模与分析在当前依然是一项极其困难的工作。因此，仍应重视建模与仿真，为预测EMP在舰船上的耦合情况、建造全舰EMP 模拟器、制定全舰EMP 试验方法与规划、制定全舰EMP 防护标准等做好准备。

3） 制定全舰EMP 试验与防护标准，为开展海军舰船EMP 试验提供操作指南和加固要求。美国海军在大量试验的基础上，预先制定了MILSTD-4023 标准，使未来开展舰船EMP 试验与防护加固、建造相应的试验基础设施有“标”可依。这种“标准先行”、“逐步完善”的发展思路值得借鉴。