空降装备电磁兼容性标准体系构建方法研究

刘 强，冯 源,薛姬荣,张鹏飞,彭 璨

(中国兵器科学研究院，北京 100089)

0 引言

未来作战是体系与体系的全方位对抗，战争的信息化程度越高，其胜负越依赖于作战双方的体系化水平。信息化条件下的空降作战是以武器系统与电子信息系统相融合的多维对抗，随着空降装备体系建设的不断推进，开展空降装备体系电磁兼容性标准分析，研究空降装备体系电磁兼容性要求及考核依据，构建电磁兼容性标准体系，识别和解决在设计、研制、试验考核中存在的电磁兼容性问题，进而提高空降装备体系电磁环境适应能力。

1 国内外电磁兼容性标准体系现状

国外军事强国为抢占信息时代的军事战略制高点，正在全力推进军队转型，将体系设计方法作为其构建信息化装备体系、实现转型的重要技术手段，并大力开展体系设计研究和应用，用于指导其武器装备建设[1]。

为了提高武器装备的电磁兼容性，20世纪以来美军陆续颁布了一系列的电磁兼容性标准，例如JAN-I-225、MIL-STD-461/462、MIL-E-6051D和MIL-B-5087B等，以实行武器装备研制、生产过程中的电磁兼容性管理和认证[2]。通过对美军电磁兼容标准相关文件，国防部指令/指示文件等美军标准化文件分析，美国针对空降装备的电磁兼容性相关标准没有明显的体系结构特征及说明。

我国军用电磁兼容性标准化工作开展于20世纪80年代初，在参照美军相关标准并结合我军电磁兼容性工作经验的基础上，在系统级、设备与分系统级测试方面取得了一定的成绩，例如在电磁兼容性管理方面制定了GJB—Z17军用装备电磁兼容性管理指南，在系统级电磁兼容性测试方面制定了GJB—1389A系统电磁兼容性要求，在设备与分系统测试方面制定了GJB—151B军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量，但在体系级电磁兼容性测试方面尚处于探索阶段[3]。上述标准作为通用标准，针对不同武器装备体系论证、研制需进行不同程度选用与裁剪，且由于利益悠关者着眼点不同，难以形成统一、完善的电磁兼容性标准体系。随着空降装备体系的快速发展，如何借鉴体系思维，开展空降装备电磁兼容性标准体系分析，提出了新的挑战。

2 空降装备体系电磁环境分析

信息化战争条件下，空降装备体系将面临复杂的电磁环境，如图1所示，该电磁环境主要包括自然界中存在的静电、雷电等干扰环境，运载平台、体系内部、系统内部产生的辐射、传导等干扰环境，以及敌方有意制造的电子对抗和电磁武器攻击形成的威胁电磁环境，其中来自运载平台、体系内部的辐射与传导干扰环境以及电磁武器产生的高功率电磁环境对武器装备的威胁最为严重[4]。

图1 空降作战电磁干扰环境构成

2.1 静电环境

对于空降作战装备，其静电危害主要考虑两个方面：一是来自于运载平台与空投装备之间形成的不小于300 kV的沉积静电；二是装备通过人体接触或人员操作而产生的25 kV静电放电。前者涉及到的任务剖面是运输阶段，后者涉及到的任务剖面包括装载和作战阶段。

2.2 雷电环境

对于空降装备体系，包含多种作战装备，为实现全天候作战能力，自然形成的气候条件或人为的气候条件都可能会对武器系统产生影响，雷电环境对武器系统的威胁最为典型。该环境涉及到的任务剖面是运输和作战阶段等。

2.3 运载平台电磁环境

空降装备依托运载平台投送至敌后战场，在空降装备装载、投送过程中，运载平台产生的电磁辐射、静电等对空降装备电台、通信组网、无线电引信等产生辐射干扰，影响装载、投送过程中指挥控制以及运输安全性等。该环境涉及到的任务剖面是装载、投送等。

2.4 体系内、系统内电磁环境

空降装备在地面组成大型作战系统，包含多种作战装备，配备电台、雷达、电源等功率设备，这些装备产生的电磁辐射会作为复杂电磁环境的一部分，对其他装备或设备的正常功能产生影响。一方面，不同的电气设备在同一空间同时工作时，总会在它周围产生一定强度的电磁场，这些电磁场通过辐射把能量耦合给其他装备、设备，通过传导把能量耦合给其他设备，使其他装备、设备不能正常工作。另一方面，这些装备、设备也会从其他的电子设备产生的电磁场中吸收能量，使自己不能正常工作。这种相互影响在小范围内存在于设备与设备、部件与部件、元件与元件之间，甚至存在于集成电路内部；在大的范围内则存在于装备与装备之间、设备与装备之间。该环境涉及到的任务剖面是作战阶段。

2.5 电子干扰/对抗环境

无线电电子干扰是交战双方为加强对电子设备的侦察监视，并对指挥、通信、雷达等系统实施侦察与反侦察、干扰与反干扰、压制与反压制，电子信息系统将工作在激烈对抗的电磁环境中[5]。电子对抗有多种有源干扰设备，包括各种车载、机载、舰载干扰机。该环境涉及到的任务剖面是作战阶段。

2.6 强电磁脉冲环境

核电磁脉冲、非核电磁脉冲对武器装备具备软杀伤和硬摧毁双重能力，会严重影响武器装备作战效能的发挥。高空核爆电磁脉冲(HEMP)强度大，覆盖区域广。传统的百万吨当量级的核武器在高空爆炸时，释放的电磁脉冲能量约为1～1015J级，其作用范围可以覆盖上千千米。目前，随着核技术的发展，美俄等国已研制出次临界的小型核武器，增强了其电磁脉冲效应。非核电磁脉冲危害源一般指超宽带(UWB)和高功率微波(HPM)等定向能武器。该环境涉及到的任务剖面是作战阶段。

3 空降装备电磁兼容性标准体系构建方法

构建空降装备电磁兼容性标准体系采用体系架构分析法，基于空降装备体系典型作战流程，首先开展空降装备电磁兼容性能力需求分析，针对空降装备面临的电磁环境、空降作战特点，正确识别利益悠关方，并获得、协调和维护利益悠关方的需求；第二，借鉴美国国防体系结构框架(DoDAF)，从能力、作战等不同视角构建空降装备电磁兼容性标准体系架构[6]；第三，基于空降装备电磁兼容性标准体系架构，开展空降装备电磁兼容性标准详细研究；第四，基于构建的空降装备电磁兼容性标准体系，在空降装备研制的不同阶段开展空降装备电磁兼容性测试工作；第五，结合空降装备日常训练、演习等，进一步优化完善空降装备电磁兼容性标准体系。其过程如图2所示。

图2 空降装备电磁兼容性标准体系构建流程

3.1 空降装备电磁兼容性能力需求分析

在空降装备电磁环境分析的基础上，利用基于场景的需求捕获方式，构建空降作战运输、装载、投送、作战等典型场景，通过“使命-任务-能力”分析过程，综合利益悠关者的需求，定义、分析、管理空降装备电磁兼容性能力需求，最终得出空降装备电磁兼容性能力需求清单，其需求分析过程如图3所示。

图3 空降装备电磁兼容性能力需求分析流程

空降装备电磁兼容性能力需求清单如表1所示。

表1 空降装备电磁兼容性能力需求清单

3.2 空降装备电磁兼容性标准体系架构设计

以空降装备电磁兼容性能力需求为牵引，基于DoDAF体系架构，从能力、作战等不同视角，开展高级作战概念视图、能力视图、作战活动视图、系统视图建模[7]；通过空降装备电磁兼容性能力到空降作战活动映射矩阵、空降作战活动到空降装备电磁兼容性功能映射矩阵分析，构建空降装备电磁兼容性标准描述视图，确定空降装备电磁兼容性相关标准的组成及相互关系；通过对空降装备电磁兼容性标准的分类、选用与裁剪，进而得到空降装备电磁兼容性标准体系架构[8]。空降装备电磁兼容性标准体系架构设计流程如图4所示。

图4 空降装备电磁兼容性标准体系架构设计流程

利用上述空降装备电磁兼容性标准体系架构设计方法，得出空降装备电磁兼容性标准体系，包括电磁兼容性基础标准、体系级电磁兼容性标准、系统级电磁兼容性标准、设备与分系统级电磁兼容性标准、电磁兼容性管理办法等。空降装备电磁兼容性标准体系架构图如图5所示。

图5 空降装备电磁兼容性标准体系架构

3.3 空降装备电磁兼容性标准体系详细设计

基于空降装备电磁兼容性能力需求、空降装备电磁兼容性标准体系架构，结合空降作战不同阶段作战特点，借鉴GJB/Z17军用装备电磁兼容性管理指南、GJB—1389A系统电磁兼容性要求、GJB—151B军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量等电磁兼容性标准，开展空降装备电磁兼容性标准体系详细设计工作。

3.3.1 空降装备电磁兼容性基础标准

空降装备电磁兼容性基础标准主要包括电磁兼容性术语、电磁兼容性总要求等。电磁兼容性术语是结合空降作战特点，在GJB72A—2002电磁干扰和电磁兼容性术语的基础上进行修改与完善。空降装备电磁兼容性总要求应对电磁环境、电磁兼容要素、试验和测量等给出定义和描述，应明确初样机阶段、正样机阶段、定型阶段等不同研制阶段电磁兼容性测试目的及要求。

3.3.2 空降装备体系级电磁兼容性标准

空降装备体系级电磁兼容性标准主要包括运载平台兼容性要求、体系自兼容性要求、抗复杂电磁环境要求等。

1)运载平台兼容性要求：考虑到装载、投送过程中，空降装备电台、无线电引信等应不受运载平台产生的电磁辐射、静电等影响；投送过程中，空降装备自组网通信应不受运载平台产生的电磁辐射影响。

2)体系自兼容要求：体系内各装备产生的电磁干扰不超过规定的电平，各装备对电磁干扰的敏感度在功能允许范围的，能够在体系内形成的电磁环境中稳定正常工作。体系自兼容试验应按照编队行军、作战等环节开展，重点考核试验过程中各装备间的指控通联能力。

3)抗复杂电磁环境要求：考虑到空降作战深入敌后的特殊性，空降装备体系应考核抗复杂电磁环境的能力，重点考核复杂电磁环境下空降装备定位导航能力、无线电引信抗干扰能力，以及空降装备体系间指控通联能力等。复杂电磁环境构建应模拟雷电、敌压制电子干扰、敌灵巧干扰、敌欺骗干扰等战场复杂电磁环境。通过对美国、印度等国陆军、空军电子干扰设备的分析，构建电磁干扰模型，从而模拟敌电磁干扰环境。

3.3.3 空降装备系统级电磁兼容性标准

空降装备系统级电磁兼容性标准主要包括安全裕度、系统内电磁兼容性、外部射频电磁环境、雷电防护、电磁脉冲防护、静电荷控制、电磁辐射危害、电搭接、发射控制、频谱兼容性管理等。

1)安全裕度：对于含有电起爆装置的设备，其最大不发火激励应具有至少16.5 dB的安全裕度，其余对于安全或完成任务有关键性影响的功能，系统应具有至少6 dB安全裕度。

2)系统内电磁兼容性：系统(设备)产生的电磁干扰不超过规定的电平，系统(设备)对电磁干扰的敏感度在功能允许范围内，系统能够在自身形成的电磁环境中稳定正常工作。

3)外部射频电磁环境：空降装备应与GJB1389A规定的地面系统外部电磁环境兼容。

4)雷电防护：空降装备在载机环境中，载机遭受直接雷击或经受一个临近雷击而产生的间接效应时，装备应保证安全；空降装备在地面工作状态下，各种电气端口能够承受由雷电间接效应产生的浪涌电流冲击，浪涌电流不低于10 kA。

5)电磁脉冲防护：空投装备在遭受50 kV电磁脉冲攻击后，通信指挥设备不出现不可恢复性故障，弹药分系统不出现意外点火。

6)静电荷控制：空降装备在装载、投送过程中，能够承受300 kV的静电放电；空降装备在地面工作操作期间与人体接触的部位能够承受25 kV的静电放电。

7)电磁辐射对人员的危害：系统产生的电磁辐射应满足对人员保护的相关国家军用标准要求。

8)电磁辐射对军械的危害：对于含有电起爆装置的军械，暴露在GJB1389A表9中规定的电磁环境中，不应出现意外点火。

9)电搭接：为控制电磁环境效应，空降装备应保证设备内部或设备与系统其他部分之间的连接处具有电连续性，设备壳体到系统结构之间的搭接电阻不大于10 mΩ，电缆屏蔽层到设备壳体之间的搭接电阻不大于15 mΩ。

3.3.4 空降装备分系统和设备级电磁兼容性标准

空降装备分系统和设备级电磁兼容标准主要指空降装备中所含单体设备电磁兼容性标准按GJB151B所规定的项目，并根据实际情况进行适当剪裁。具体包括：CE102、RE102、CS101、CS106、CS112、CS114、CS115、CS116、RE102、RS103等。需要进行上述试验的设备包括新研及改进的所有电气单体设备。

3.3.5 空降装备电磁兼容性管理指南

空降装备电磁兼容性管理指南主要用于明确体系电磁兼容专项组的责任与分工，明确电磁兼容专项管理办法，提高装备体系电磁兼容设计、试验效率。

空降装备电磁兼容性标准体系如图6所示。

图6 空降装备电磁兼容性标准体系

3.4 空降装备电磁兼容性集成与测试

依据空降装备电磁兼容性总要求，以及体系级、系统级、分系统和设备级电磁兼容性标准，在装备体系研制的不同阶段开展电磁兼容性试验，用于验证装备体系电磁兼容性指标。

3.5 空降装备电磁兼容性标准体系运行与完善

结合空降装备日常训练、演习等工作，采集训练、演习过程中装备存在的电磁兼容性问题，并针对问题不断补充完善电磁兼容性测试标准体系。

4 结语

在全面分析国内外武器装备体系电磁兼容性标准现状及发展趋势的基础上，深入研究了国内电磁兼容性标准发展情况，并在此基础上，结合空降作战流程、作战特点，详细梳理了空降装备所面临的电磁环境；基于体系设计思维，借鉴美国国防体系结构框架(DoDAF)，结合空降作战特点，提出了空降装备电磁兼容性标准体系构建流程，详细描述了各环节的实施方法、内容及原则，为我国空降装备电磁兼容性标准体系的构建提供了方法，并利用该方法初步构建了空降装备电磁兼容性标准体系，可为后续空降装备电磁兼容性标准体系细化研究提供技术支撑。