舰艇系统陆上联调电磁兼容性测试的有关问题探讨

杨华荣，胡双虎，王红光，卢 骞

（1.武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430205；2.武汉第二船舶设计研究所 校准检测中心，湖北 武汉 430205）

0 引 言

随着装备科技技术的发展，舰艇武器装备呈现出高集成度、高能量密度以及高灵敏度等特点，大量装备安装在狭小的舱室空间内，设备布置集中、电缆敷设密集，极易导致出现各种电磁干扰问题[1]。为了应对舰艇的电磁兼容问题，总体技术责任单位必须考虑全寿期的电磁兼容性设计和控制。在舰艇研制过程中，往往都会采用总体、系统以及设备三级电磁兼容性试验和评估，以释放后续实艇电磁干扰的风险[2]。相比于设备电磁兼容性试验，系统电磁兼容性试验存在环境不可控、电缆密集、干扰途径复杂等现实情况，导致在检测测试过程中存在诸多问题，本文将针对各个试验项目提出解决思路。

系统陆上联调电磁兼容测试是考察系统整体电磁兼容性能的重要方式，已经受到各舰船总体单位的重视。该项试验通常是在系统性能、功能以及接口等试验结束并交验后实施，一般都有经评审确认的试验大纲，规定了具体的测试项目、工况和测点位置，但大纲中并未充分考虑测试在实施过程中的具体问题，下面以目前现行标准GJB 151B—2013和HJB 34A—2007的安装工艺、电磁发射以及敏感度等典型系统电磁兼容性试验项目为例，简要探讨在陆上联调电磁兼容测试实施过程中常见的具体问题与解决思路[3,4]。

1 安装工艺检查

电磁兼容安装工艺一般是指为了保证设备与系统的抗干扰性能而采取的一般或特殊的工艺处理措施，包括设备接地、电缆屏蔽层搭接接地、敷设钢管以及电缆分类敷设等[5]。这些措施是确保设备的抗干扰性能正常发挥最佳效果的重要保障，但在系统联调前期的安装过程中有可能因没有引起足够的重视，甚至系统试验大纲中没有明确要开展哪些工艺检查，从而在试验中导致各种电磁干扰现象，反过来再从工艺方面采取各种整改措施，造成试验周期延长，耽误工程研制进度。因此，此项检查是后续试验项目的基础，需引起高度重视。一是系统责任单位在组织场地安装过程中须严格按照实船工艺进行安装；二是系统电磁兼容试验大纲中须明确工艺检查项目和相关要求；三是检测单位应严格按照大纲要求首先开展安装工艺检查，发现问题提前整改，为后续试验创造良好的试验基础。

2 电磁发射项目测试

2.1 CE101/CE102电源线传导发射

该项目是测试设备、分系统供电电源线产生的电磁发射水平。按照标准要求需要在电源线的每相/极临时接入线路阻抗稳定网络（Line Impedance Stabilization Network，LISN）。LISN的作用是为供电电源提供通路，为EUT提供稳定的测量阻抗并隔离电网与EUT[6]。LISN的接入涉及到一定的安全问题，尤其是在存在高压供电的系统联调时更加明显。在测试过程中，基波电流会作为限值放宽的依据，必须要保证测试数据的准确性，但有时测试系统存在系数输入错误和探头不匹配等原因，测试结束之后才发现，导致重新补测。另外，系统联调往往都是在外场测试，与屏蔽暗室不同，背景环境有时并不满足要求，在进行背景测试时还存在一些错误的测试方法，如只是要求受试设备或分系统（Equipment Under Test，EUT）关机，便认为这样的测试结果即是背景。因此，在开展CE101/CE102项测试时，应注意以下方面。

一是检测单位须事先评估系统联调电磁兼容试验大纲中的电源线发射项目，确定与之匹配（如电压、电流）的相应数量的LISN。有条件的，还应该提前到场地实地勘验，记录每个测点的供电位置、接线方式以及线缆型号等，并据此对LISN的接线电缆和连接端头进行适当改造，以更好地适应测试需求，保证试验安全。二是测试时为了保证准确性，一般对于交流电源需要用钳形电流表测量电流的幅度，测量接收机的基波电流并与此结果进行比较，若幅度误差超过系统不确定度，则应对测试系统以及传感器的系数进行检查。三是按照如图1所示的标准方法对背景进行检查，背景环境电平应尽量保证至少低于规定的限值6 dB后进行测试。图2所示的背景在受试频段内均低于限值至少6 dB，可以开展测试。如果背景不满足要求，实施过程中应选择背景环境相对较好的时段或采取必要的环境监测措施。四是CE101和CE102在测试背景时必须按照标准要求，在断开EUT后连接一个电阻性负载的情况下进行电源线传导环境电平测量，流经该电阻负载的电流与EUT的额定电流应相同。因此检测单位需提前准备好能够覆盖试验中所有EUT电流的可调阻性负载。

图1 CE101背景测试仪器布置图

图2 CE101背景低于限值6 dB的示例

2.2 RE101/RE102磁场/电场辐射发射

严格来讲，由于系统联调试验大多都在未采取空间屏蔽的场地内进行，十分容易受到外界电磁环境和场地布置的影响，RE101和RE102并不适合外场测试，但在采取一些措施并在测试中注意一些事项后，仍可以获取到部分频段的有意义的测试数据。

RE101测试时，在其工作频段（25 Hz～100 kHz）中最易受到影响的是在2 kHz以上，因此需要特别甄选这个频段的数据。当发现7 cm和50 cm的某频率点/范围测试数据差异不大甚至后者还偏大时，这时就要怀疑有可能是场地背景环境引起的，可以将频谱仪调谐频在异常频率点，在联调场地不同部位进行巡测，以确定发射源头。笔者在以往测试过程中多次发现，造成这一结果大多是场地的配试供电设备（如稳压电源、直流电源等）引起的，如图3中圈出的频点所示。由于场地稳压电源的电磁发射影响，被测部位的RE101在50 cm和7 cm的测试结果中18.6 kHz、37.2 kHz、55.8 kHz、74.4 kHz以及93 kHz的磁场辐射量并没有明显差异。

图3 场地稳压电源引起的RE101测试数据异常图

在试验大纲中，RE101的测试位置一般指向都很宽泛，如某某设备处。测试时，需要先手操频谱仪在该设备处进行全面扫描，确定最大辐射部位后再开展测试。笔者认为，由于此项目最终在实船上产生电磁环境效应的主要方式以电缆为主，测试时应以电缆为核心扫描以确定具体的测点位置，提高测试效率。

RE102测试时要密切注意测试结果，判断其是否是由于环境影响所导致，尤其是在1 MHz以上的频段，由于各种电台的存在，背景受到的影响更为明显。目前，大多是通过分时测试即选择夜晚、清晨等错开背景影响的时段进行测试。近年来，以相关测试原理为基础，实现背景分离的测试方法较为有效，但此方法相对昂贵且复杂[7]。

3 电磁敏感度项目

系统联调中开展电磁敏感度项目非常有意义，与设备电磁兼容检测相比，系统联调各设备接口几乎都连接了真实的互联设备或传感器等。通过敏感度项目的测试，能够有效检查系统的抗干扰能力，但受限于场地条件限值，如CS109、CS01.2等项目实施比较困难。

3.1 CS01.1电源线传导敏感度

该项目是通过模拟来自电网的谐波和开关频率等低频传导干扰，检查EUT的耐扰性。由于受测试仪器的限制，EUT的电流一般都需低于100 A，高于此幅度后，耦合变压器会出现反向耦合，从而引起功率放大器的保护甚至损坏，因此必须要在确保满足受试条件下才能开展此项试验[8]。试验过程中，由于线路阻抗原因，个别频点还可能出现无法施加的情况，也需要引起检测人员的关注。

3.2 CS01.2接地线传导敏感度

该项目是检查通过测试系统将地电位抬高1 V后EUT的耐扰性，要求EUT对地绝缘。对系统而言，即要求受试系统全部浮地。在暗室里开展单个设备的此项试验时相对比较容易，但系统试验时，由于参试设备多，且有各种配试设备通过电源线接地等原因，要满足这一条件十分困难。由于该项试验更多是针对有数字信号地接地系统和高灵敏度的低频低电平接收设备（如声呐），所以建议一般系统应取消该项测试项目。必须开展此项目时需采取以下措施：一是联调场地需建设专用单点接地网络，包括安全地和信号地，并在一点汇接到大地。测试时，将汇接点断开，注入干扰电压；二是所有陪试设备不得通过单点接地网络接地，在与受试设备连接环节需采取隔离措施。

3.3 CS109壳体电流传导敏感度

该项目是检查EUT壳体流过标准规定干扰电流时的耐扰性，测试时要求在EUT端单点接地，测试系统浮地。与CS01.2类似，由于受试系统互联电缆等因素的存在，存在较多无意接地的可能性，因此该项试验严格按照标准实施测试难度较大，如非必须，建议取消。必须开展此项目时，应在场地建设和联调设备进场安装时采取类似CS01.2的处理措施。

3.4 CS06电源线尖峰信号传导敏感度

该项目是模拟来自供电网各种大功率设备启停、负载变化产生的瞬态干扰信号，检查EUT的耐扰性。与CS01.1类似，测试系统一般可以承受的电流低于100 A,因为过大的电流会将工频信号反灌回尖峰信号发生器,使其不能正常工作。因此,需确认满足受试条件后才能开展试验。此项试验需要串入到电源线中，应采取可靠的连接方式，以确保测试安全性。受EUT的负载特性不同，试验过程中必须要对施加的干扰信号进行监测，避免造成非标注入干扰导致设备故障甚至损坏。

3.5 CS114电缆束注入传导敏感度

装备中由于电缆受扰的问题在各种实船干扰中已经呈现出了主要矛盾，电磁兼容抓总单位都非常重视电缆的抗干扰检查，CS114和CS116项目作为联调试验的主要项目，测点多且不容易通过，测试系统也相较其他项目更加复杂。

CS114是检查装备接口电缆抗外界电磁干扰的能力，该项目能否通过考核除了设备接口的防扰设计外，与被试电缆有无屏蔽层以及屏蔽层的接地工艺也直接相关[9]。由于各种原因，装备中仍存在一些电缆的屏蔽层未采用周向搭接而采用辫子方式搭接，试验前需检查屏蔽层搭接电阻，必要时应拧紧航空连接器的接地螺钉。检测单位实施该项目时，为有效降低测试的不确定度，应尽量保证受试电缆穿过注入探头和监测探头时保持在中心位置，有条件的应尽量采用绝缘工装以达到这一要求。另外，因总体剪裁要求，需要将该项目的起始频率向下延伸至4 kHz甚至2 kHz，而测试系统中的射频信号源、射频功放以及注入探头等一般有效频率都是从9 kHz开始，干扰信号施加过程中效率很低甚至无法施加。目前，一些检测单位通过函数发生器、音频功率放大器、注入探头阻抗适配器等组成的测试系统，可以较好地解决这一问题。

3.6 CS116电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度

CS116是模拟平台内各种大功率设备启停、发射等瞬态干扰，检查在受试电缆的响应，标准中规定了至少在 10 kHz、100 kHz、1 MHz、10 MHz、30 MHz以及100 MHz共6个测试频点进行测试，但总体单位有时会根据平台瞬态电磁环境特性，要求在其他频点进行测试。因此，测试系统应该具备更大的频率覆盖区间，如一些公司产品可达到17个测点，甚至可以连续可调，这对于满足更宽泛的测点则更加灵活。与CS114相同，试验前应确保屏蔽层良好接地，试验时受试电缆应尽量保持在注入探头和监测探头中心线上等细节，都是更有效地开展此项试验的关键。

3.7 RS103电场辐射敏感度

该项目是系统陆上联调的重要试验项目，其干扰作用方式与CS114相比，干扰耦合方式有所不同，但受干扰的表现方式基本相同[10]。该项目是模拟空间电场干扰，检查受试设备、电缆的响应。标准中规定了不同平台与频段所要求施加的干扰限值，由于受到场地布置、地面等因素的影响，施加干扰的过程中部分频段可能出现难以施加到规定限值的情况，尤其是对于高场强的试验。因此，试验时应尽量清空受试区域的无关设备，陪试设备应尽量远离或在单独区域集中布置。测试系统方面，要尽量选择在施加频段内辐射效率高的天线，功率放大器和辐射天线之间的电缆尽量短，电缆的连接器与功放和信号源或定向耦合器匹配，不使用转接头，必要时可以在辐射天线连接器位置增加一个低衰减值的衰减器，这些措施可以最大程度地减少射频信号的反射和衰减，如图4所示。另外，当个别频点不能达到施加限值时，可以尝试改变功率电缆的敷设方式，减少信号的反射，提高辐射效率。试验时，由于高辐射场的存在，测试系统中的程控计算机、试验和配合人员都应远离受试区域，以免设备受到干扰或电磁辐射伤害。

图4 联调场地RS103布置图

4 结 论

电磁兼容是一门综合学科，更是一门试验科学，系统陆上联调电磁兼容测试作为型号工程三级控制中一个环节，已经备受各总体研制单位的重视。本文探讨了装备系统联调电磁兼容试验中的一些典型试验项目在测试过程中可能遇到的问题和解决思路，其目的是为检测人员在试验前以及试验过程中，提前关注到影响试验质量的一些细节，以提高系统电磁兼容试验的测试效率和安全性。