joumalof Astronautic 中图分类号：M12 系统电磁兼容技术综述与展望 苏东林'雷军1王冰切2 (1.北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100083) (2空军雷达学院电子对抗系，湖北武汉430010) 摘要系统电磁兼容问题己成为飞行器等大型复杂系统全寿命周期中必须面对的客观问题。如果解决 不当不仅带来大量研制经费的浪爽同时还将导致系统从根本上丧失使用能力.。系统电磁兼容问题不同于设名 分系统电磁兼容问题。无论是在分析方法、设计方法，试验方法方面。均为系统工程问愿。重点围绕航空飞行器研 制中的电磁兼容问题介绍一种全新的系统电磁兼容设计方法：飞机整机电磁兼容精确化协同优化设计方法，该 方法有效实现了从飞机总体角度讲行全机申磁兼容性设计和从飞机顶层高度提出全机申磁接容量化指标要求 该技术不但可以实现全机电磁兼容问题在过程中得到管理和控制并且实现了飞机全机电磁兼容设计的一次性 成功.从电磁兼容角度保证了飞机的安全性， 关键词电磁兼容系统级设计测试行为级仿真 Review and Perspective of System-LevelEMC Technologies SDongln IEI UN WANG Bngqie Abstract Systm-levelElectronagnetic Copatbility(EMC pobkms must be encountered in the life cycle of infmation equimments If it ca not be soved correctly a pts ofdevepopment outhy will be wasted Someties he inomation equimes will be useless n this paper based on review and per spective of system lvel EMC echnopgies novelmethods named p-down systemis EMC quantifica tioal pre desigr and behavpral level smulaton of systam-lcvel FMC are presented and cammended r aircraftEMC design The perect system EMC perpomance ca be achieved by evalating EMC per omance distbutng the EMC parmeers quantificatpna ly otmizing desgn tme after tme n addi tin the sysrm EMC perpmace can be malyzed apng with the change of subsystm paraeters The subsystem parmeters can be ad jisted omeet the systm EMC perfmance aswell The potentialEMC prob ims can be exposed at the stage of desgn and resoved bepre the desgn is finalized Mearwh ile system-level EvC test tednologies are prospected Systm-Level design Measu rment Behavioral lev el smuation 收德日期.X007-06-21 作者简介：苏东林(1960一1女，教授.主要研究领域：电磁兼容理论与应用.通信电子系统抗干扰理论与应用等 21994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.net
收稿日期:2007-06-21 作者简介:苏东林(1960-), 女, 教授, 主要研究领域:电磁兼容理论与应用, 通信 /电子系统抗干扰理论与应用等。 宇航计测技术 JournalofAstronauticMetrologyandMeasurement 中图分类号:TM12 系统电磁兼容技术综述与展望 苏东林 1 雷 军 1 王冰切 1, 2 (1.北京航空航天大学电子信息工程学院,北京 100083) (2.空军雷达学院电子对抗系,湖北 武汉 430010) 摘 要 系统电磁兼容问题已成为飞行器等大型复杂系统全寿命周期中必须面对的客观问题。 如果解决 不当, 不仅带来大量研制经费的浪费, 同时还将导致系统从根本上丧失使用能力。 系统电磁兼容问题不同于设备 分系统电磁兼容问题, 无论是在分析方法、设计方法、试验方法方面, 均为系统工程问题。 重点围绕航空飞行器研 制中的电磁兼容问题, 介绍一种全新的系统电磁兼容设计方法:飞机整机电磁兼容精确化协同优化设计方法。 该 方法有效实现了从飞机总体角度进行全机电磁兼容性设计和从飞机顶层高度提出全机电磁兼容量化指标要求。 该技术不但可以实现全机电磁兼容问题在过程中得到管理和控制, 并且实现了飞机全机电磁兼容设计的一次性 成功, 从电磁兼容角度保证了飞机的安全性。 关键词 电磁兼容 系统级设计 测试 行为级仿真 ReviewandPerspectiveofSystem-LevelEMCTechnologies SUDong-lin 1 LEIJUN 1 WANGBing-qie 1, 2 (1.SchoolofElectronicsandInformationEngineering, BUAA, Beijing100083) (2.Dept.ofElectronicCountermeasures, AirForceRadarAcademy, HubeiWuhan430019) Abstract System-levelElectromagneticCompatibility(EMC)problemsmustbeencounteredinthe lifecycleofinformationequipments.Ifitcannotbesolvedcorrectly, alotsofdevelopmentoutlaywillbe wasted.Sometimes, theinformationequipmentswillbeuseless.Inthispaper, basedonreviewandperspectiveofsystem-levelEMCtechnologies, novelmethodsnamed“ top-down, systemic, EMCquantificationalpre-design” and“ behaviorallevelsimulationofsystcm-lcvelEMC” arepresentedandcommended foraircraftEMCdesign.TheperfectsystemEMCperformancecanbeachievedbyevaluatingEMCperformance, distributingtheEMCparametersquantificationally, optimizingdesigntimeaftertime.Inaddition, thesystemEMCperformancecanbeanalyzedalongwiththechangeofsubsystemparameters.The subsystemparameterscanbeadjustedtomeetthesystemEMCperformanceaswell.ThepotentialEMC problemscanbeexposedatthestageofdesignandresolvedbeforethedesignisfinalized.Meanwhile, system-levelEMCtesttechnologiesareprospected. Keywords ElectromagneticCompatibility System-Leveldesign Measurement Behaviorallevelsimulation
系统电磁兼容技术综述与展望 ·35· 1引言 电磁兼容问题等。系统电磁兼容技术在军事装备 领域发挥着重要作用，它不仅是武器装备的一种性 现代信息社会涌现出多种大型的信息装备，如 能.更是武器装各的一种能力。系统电磁兼容问颗 航天飞机，运载火箭、飞船、卫星等，这些装备在有 是大型复杂系统全寿命周期中必须面对的客观问 限的空间和平台集成了大量的电子信息设备，这 题。如果解决不当，其不仅带来大量研制经费的浪 些设务之间通时电磁场辐树和信号传导相互景影响 费，同时还将导致系统从根本上丧失使用能力 伟得由磁兼容问颗成为系统设计和使用中达须面 伴随武器装备的快速发展，美、日，俄等国最先 对的问题。特别是综合电子战飞机，装甲车辆、导 体验到了系统电磁兼容技术的重要性开展相关工 弹，战聊、航母笔武器转各，其任各系统由很多具各 作较早，研制生立了多个型号的综合电子战武器装 有源无源、探测侦察、干扰杭干扰、通信导航/ 备，在系统电磁兼容技术上积累了丰富的经验」 识别笔功能的电子设备组成.全系统工作频带宽 系统电磁兼容技术主要包括：系统电磁兼容设 收发设备频带错综交叠、发射设备发射功率大 计技术和系统申磁兼容试验技术设计技术句括 收设备灵敏度高，天线数量多，使得电磁兼容(Elec 电磁兼容仿真、分析、预测、评估、优化、设计规范 设计方法、工程控制等技术和过程：试验技术包括： 系统电磁兼容成为武器装各研制成败的关键技术 试验规范制定、标准制定、项目选择、实施方法、场 也是关系武器装备安全的重要因素之一，世界各 地建设、误差处理等技术和过程。 国对系统申磁兼容技术均十分重视，纷纷成立研究 在特种飞行器的电磁兼容设计方面，20世纪 机构，解决大型信息装备研发和使用中的系统电磁 0年代开始，在美国空军的支持下，飞行器系统电 兼容问题。本文在总结系统电陵兼容技术发展现 磁兼容技术发展迅猛，在机载天线方向图仿真、机 状的基础上，用绕航空飞行器研制中的电磁兼容问 载天线隔离度分析、线缆耦合建模等方向形成一批 愿，介绍一种全新的系统电磁兼容设计方法：飞机 研究成果并陆续应用于军用飞机型号工程的电磁 整机电磁兼容精确化协同优化设计方法。该方法 兼容设计和研制中。之后由磁兼容性预测模型和 有效实现了从飞机总体角度进行全机电磁兼容性 应用研究非常活跃发表了大量的文章。至20世 设计和从飞机顶层高度提出全机电磁兼容量化指 纪80年代已形成较成熟的分析软件，如S田MCA 标要求。该技术不但可以实现全机电磁兼容问题 Spacecraft EMC Ana ysis Pogram)IEMCAP(ntra 在过程中得到管理和控制，并且实现了飞机全机电 磁兼容设计的一次性成功，从电磁兼容角度保证了 Con patibility Ana lysis Program SEMCA(Shpboard 飞机的安全性 MC Analysisy等，且算法得到不断改进分析精度 得到不断提高。随着计算机图形技术的应用，预测 2系统电磁兼容技术发展现状 技术得到了进一步发展。到20世纪90年代电磁 非容问颗的解决已从研制后检侧外理发展到研 自从人们认识到电磁兼容问题以后，开始对电磁 前分析预测，预先检验和预防性设计，在设计方案 兼容问题产生的机理、预测和解决方法等进行研究电 阶段开展有针对性的电磁兼容预测侧分析工作 磁兼容问题越来越受到重视20世纪6070年代开始 电磁兼容预测技术与测试技术相结合，在系统方案 举办电磁兼容世界性的年会发行E分册等： 论证阶段、设计阶段、研制价段及事后电磁干扰放 20世纪60年代开始研究电磁生物效应：2世纪80年 障分析阶段均发挥了极大的作用。另外，俄罗斯也 代随着计算机技术的进步，数值算法大量运用于MC 开发了飞机系统电磁兼容性评估软件用于分析、计 研究使得系统电磁兼容性的预测成为可能：20世纪 算和评估机载设备在外部电磁干扰作用下的电磁兼 90年代起，开始大量采用电磁兼容预设计技术：1996 容性和可靠性。主要包括飞行器机载设各对人工电 年欧盟开始采取产品的电磁兼容许可证制度 磁脉冲作用的稳定性计算评估：飞行器机载设备抗电 按照研究对象的不同，可将电磁兼容问题自上 磁作用的保护性计算分析：航空装备火工品和危险线 向下划分为如下6个层次：环境级电磁兼容问题 路在电磁场作用下的安全性评估和计算等 系统级电磁兼容问题、分系统级电磁兼容问题、设 从装备的发展、使用情况和技术状态来看，这 备级电磁兼容问题，电路级电磁兼容问题和器件级s些国家在特种飞机系统电磁兼容性技术上的研究
1 引 言 现代信息社会涌现出多种大型的信息装备, 如 航天飞机 、运载火箭、飞船 、卫星等 , 这些装备在有 限的空间和平台集成了大量的电子、信息设备 , 这 些设备之间通过电磁场辐射和信号传导相互影响, 使得电磁兼容问题成为系统设计和使用中必须面 对的问题。特别是综合电子战飞机、装甲车辆 、导 弹 、战舰、航母等武器装备, 其任务系统由很多具备 有源 /无源、探测 /侦察、干扰 /抗干扰 、通信 /导航 / 识别等功能的电子设备组成, 全系统工作频带宽、 收发设备频带错综交叠 、发射设备发射功率大 、接 收设备灵敏度高 、天线数量多, 使得电磁兼容 (ElectromagneticCompatibility, EMC)问题变得异常复杂, 系统电磁兼容成为武器装备研制成败的关键技术, 也是关系武器装备安全的重要因素之一 。世界各 国对系统电磁兼容技术均十分重视, 纷纷成立研究 机构,解决大型信息装备研发和使用中的系统电磁 兼容问题。本文在总结系统电磁兼容技术发展现 状的基础上 ,围绕航空飞行器研制中的电磁兼容问 题 ,介绍一种全新的系统电磁兼容设计方法 :飞机 整机电磁兼容精确化协同优化设计方法 。该方法 有效实现了从飞机总体角度进行全机电磁兼容性 设计和从飞机顶层高度提出全机电磁兼容量化指 标要求 。该技术不但可以实现全机电磁兼容问题 在过程中得到管理和控制, 并且实现了飞机全机电 磁兼容设计的一次性成功, 从电磁兼容角度保证了 飞机的安全性。 2 系统电磁兼容技术发展现状 自从人们认识到电磁兼容问题以后,开始对电磁 兼容问题产生的机理、预测和解决方法等进行研究,电 磁兼容问题越来越受到重视:20世纪 60、70年代开始 举办电磁兼容世界性的年会,发行 IEEEEMC分册等; 20世纪 60年代开始研究电磁生物效应;20世纪 80年 代随着计算机技术的进步,数值算法大量运用于 EMC 研究,使得系统电磁兼容性的预测成为可能;20世纪 90年代起,开始大量采用电磁兼容预设计技术;1996 年欧盟开始采取产品的电磁兼容许可证制度。 按照研究对象的不同, 可将电磁兼容问题自上 向下划分为如下 6个层次:环境级电磁兼容问题、 系统级电磁兼容问题 、分系统级电磁兼容问题 、设 备级电磁兼容问题、电路级电磁兼容问题和器件级 电磁兼容问题等。系统电磁兼容技术在军事装备 领域发挥着重要作用 ,它不仅是武器装备的一种性 能 ,更是武器装备的一种能力 。系统电磁兼容问题 是大型复杂系统全寿命周期中必须面对的客观问 题 。如果解决不当, 其不仅带来大量研制经费的浪 费 ,同时还将导致系统从根本上丧失使用能力 。 伴随武器装备的快速发展 ,美 、日 、俄等国最先 体验到了系统电磁兼容技术的重要性, 开展相关工 作较早 ,研制生产了多个型号的综合电子战武器装 备 ,在系统电磁兼容技术上积累了丰富的经验 。 系统电磁兼容技术主要包括:系统电磁兼容设 计技术和系统电磁兼容试验技术。设计技术包括: 电磁兼容仿真 、分析 、预测、评估 、优化、设计规范、 设计方法 、工程控制等技术和过程 ;试验技术包括: 试验规范制定 、标准制定、项目选择、实施方法 、场 地建设 、误差处理等技术和过程 。 在特种飞行器的电磁兼容设计方面 , 20 世纪 70年代开始,在美国空军的支持下, 飞行器系统电 磁兼容技术发展迅猛 , 在机载天线方向图仿真 、机 载天线隔离度分析、线缆耦合建模等方向形成一批 研究成果,并陆续应用于军用飞机型号工程的电磁 兼容设计和研制中。之后电磁兼容性预测模型和 应用研究非常活跃, 发表了大量的文章。至 20 世 纪 80年代已形成较成熟的分析软件 , 如 SEMCAP (SpacecraftEMCAnalysisProgram), IEMCAP(IntrasystemEMCAnalysisProgram), ISCAP(Intrasystem CompatibilityAnalysisProgram), SEMCA(Shipboard EMCAnalysis)等 , 且算法得到不断改进, 分析精度 得到不断提高。随着计算机图形技术的应用, 预测 技术得到了进一步发展。到 20世纪 90年代, 电磁 兼容问题的解决已从研制后检测处理发展到研制 前分析预测 、预先检验和预防性设计 , 在设计方案 阶段开展有针对性的电磁兼容预测分析工作 [ 1 ～ 6] 。 电磁兼容预测技术与测试技术相结合, 在系统方案 论证阶段、设计阶段、研制阶段及事后电磁干扰故 障分析阶段均发挥了极大的作用。另外 ,俄罗斯也 开发了飞机系统电磁兼容性评估软件用于分析、计 算和评估机载设备在外部电磁干扰作用下的电磁兼 容性和可靠性。主要包括飞行器机载设备对人工电 磁脉冲作用的稳定性计算评估;飞行器机载设备抗电 磁作用的保护性计算分析;航空装备火工品和危险线 路在电磁场作用下的安全性评估和计算等 [ 7] 。 从装备的发展、使用情况和技术状态来看 , 这 些国家在特种飞机系统电磁兼容性技术上的研究 系统电磁兼容技术综述与展望 · 35·
·36 宇航计测技术（增刊 207年 水平比较先进模型仿真预测和预设计技术比较成 研制各阶段的审查均为独立评审方式忽略考虑其 熟。阳与上术技术相关的核心、内容和专用软件都 指标的实现和更改对其它分系统的母影响：分系统的 是严格保密的。相应地，其系统电磁兼容试验技术 电磁兼容测试也主要依据G51A 97利 也居于领先水平。 GB152A一97的规定，在对其裁剪的基础上进行， 国内在飞行器系统电磁兼容理论与技术方向的 对特种装备系统集成时的特殊电磁兼容要求考 研究起步较晚。一些研究单位在此领域开展了不同程 不足：全系统电磁兼容问题多数集中在系统集成的 度的工作，其中许多工作为一般性的方法介绍和理论 后期才得以充分暴露 研究，只有少量研究形成了机载天线的辐射方向图和 对转载申子设各数量较少，集成任务系统较为 隔离度计算软件。旧的系统电磁兼容设计方法难以 单纯，电磁兼容问题并不复杂的飞机来说由于后期 适应新型装备的研制要求，有待形成系统电磁兼容标 电磁兼容问题数量不多，涉及的任务系统有限，干扰 准，试验方法等。本文围绕航空飞行器研制中的电磁 关系较为单一，电磁加固问题相对容易解决，这种 兼容问题，介绍一种全新的系统电磁兼容设计方法 “自下而上综合、后期解决问题”的传统电磁兼容设 计方式不失为经济，快捷的电磁兼容解决方法 3传统的飞机系统电磁兼容设计方法 对于机载任务系统数量多、系统工作频带宽、收发 设备频带交叠严重，发射设备辐射功率大、接收设备灵 传统的飞机系统电磁兼容设计流程如图1所 敏度高，天线数量多的飞机系统来说如果仍然采用 示。其具体过程是：由飞机总体主要依据全机系统 “自下而上综合，后期解决问题”的传统电磁兼容设计 的设计功能对各分系统提出指标要求，鉴于飞机总 方法，很可能在飞机系统集成和总体联调时暴露大量 体单位由磁兼容研究水平、设计方法和设计能力的 的由磁兼容问颗，而此时又无法讲行大范围、大幅度的 不足，此时难以科学、系统地考虑各分系统间包括 天线布局、设备布局和指标更改。由于关联关系和 强辐射源与敏感端口之间)的相互关联：在分系统 扰途径复杂，需要解决的电磁兼容问题数量多，后期的 的研制或生产过程中，设备供应商也主要依据飞机 电磁兼容加固不但将消耗大量的人力，物力和财力，影 系统总体提供的技术协议来实现设计参数，对各分 响研制进度和提高成木，而且问题难以完全、有效地解 系统间的电磁兼容相互关联关系不予考虑：分系统 决影响全机研制质量和系统战技指标的实现， 飞机总体主要依据功能向各分系统提出指标 →分系统1分系统2分系统3 分系统n 裁剪国 标 飞机系统集成。“裁剪”圆 标进行电磁容测 总体联调暴露电磁接容问题，但分系统已设计定型 图1传统的飞机电磁兼容设计流程图 4自上向下、全机系统量化的电磁兼 使用了越来越多的非金属复合材料但这却将导致其 容设计方法 防护申磁干扰能力的下降。这些飞行器设计的新趋 势，再加上敌方射频电磁环境的日趋复杂，使得飞行 当前飞行器设计正趋向于更多地采用具有低逻 器面临着日趋严峻的电磁攻击(MV的挑战. 辑性的集成电路，但其对电磁干扰较为敏感：为了降 这些飞行器设计上的变化以及不断演变出的 低成本、缩小尺寸和减少重量，机身及设备的壳体中 新型威胁手段，要求在飞行器全周期中全面实施电 2I994-2014 China Academie Jou Eectro Publish磁于扰控制及电磁环境效应检测，以确保飞行器县
水平比较先进,模型仿真预测和预设计技术比较成 熟 。但与上述技术相关的核心内容和专用软件都 是严格保密的。相应地 ,其系统电磁兼容试验技术 也居于领先水平 。 国内在飞行器系统电磁兼容理论与技术方向的 研究起步较晚,一些研究单位在此领域开展了不同程 度的工作,其中许多工作为一般性的方法介绍和理论 研究 ,只有少量研究形成了机载天线的辐射方向图和 隔离度计算软件 。旧的系统电磁兼容设计方法难以 适应新型装备的研制要求,有待形成系统电磁兼容标 准、试验方法等。本文围绕航空飞行器研制中的电磁 兼容问题,介绍一种全新的系统电磁兼容设计方法。 3 传统的飞机系统电磁兼容设计方法 传统的飞机系统电磁兼容设计流程如图 1 所 示 。其具体过程是:由飞机总体主要依据全机系统 的设计功能对各分系统提出指标要求, 鉴于飞机总 体单位电磁兼容研究水平、设计方法和设计能力的 不足, 此时难以科学、系统地考虑各分系统间 (包括 强辐射源与敏感端口之间 )的相互关联 ;在分系统 的研制或生产过程中 ,设备供应商也主要依据飞机 系统总体提供的技术协议来实现设计参数 ,对各分 系统间的电磁兼容相互关联关系不予考虑 ;分系统 研制各阶段的审查均为独立评审方式, 忽略考虑其 指标的实现和更改对其它分系统的影响 ;分系统的 电磁 兼 容 测 试 也 主 要 依 据 GJB151A -97 和 GJB152A-97的规定, 在对其裁剪的基础上进行, 对特种装备系统集成时的特殊电磁兼容要求考虑 不足;全系统电磁兼容问题多数集中在系统集成的 后期才得以充分暴露 。 对装载电子设备数量较少 ,集成任务系统较为 单纯 ,电磁兼容问题并不复杂的飞机来说,由于后期 电磁兼容问题数量不多,涉及的任务系统有限, 干扰 关系较为单一, 电磁加固问题相对容易解决, 这种 “自下而上综合、后期解决问题 ”的传统电磁兼容设 计方式,不失为经济、快捷的电磁兼容解决方法。 对于机载任务系统数量多、系统工作频带宽、收发 设备频带交叠严重、发射设备辐射功率大、接收设备灵 敏度高、天线数量多的飞机系统来说,如果仍然采用 “自下而上综合、后期解决问题”的传统电磁兼容设计 方法,很可能在飞机系统集成和总体联调时暴露大量 的电磁兼容问题,而此时又无法进行大范围、大幅度的 天线布局、设备布局和指标更改。由于关联关系和干 扰途径复杂,需要解决的电磁兼容问题数量多,后期的 电磁兼容加固不但将消耗大量的人力、物力和财力,影 响研制进度和提高成本,而且问题难以完全、有效地解 决,影响全机研制质量和系统战技指标的实现。 图 1 传统的飞机电磁兼容设计流程图 4 自上向下 、全机系统量化的电磁兼 容设计方法 当前飞行器设计正趋向于更多地采用具有低逻 辑性的集成电路 ,但其对电磁干扰较为敏感 ;为了降 低成本、缩小尺寸和减少重量, 机身及设备的壳体中 使用了越来越多的非金属复合材料,但这却将导致其 防护电磁干扰能力的下降。这些飞行器设计的新趋 势,再加上敌方射频电磁环境的日趋复杂,使得飞行 器面临着日趋严峻的电磁攻击(EMV)的挑战。 这些飞行器设计上的变化以及不断演变出的 新型威胁手段,要求在飞行器全周期中全面实施电 磁干扰控制及电磁环境效应检测 ,以确保飞行器具 · 36· 宇航计测技术(增刊) 2007年
系统电磁兼容技术综述与展望 37 有完善的电兼容性能。 维护周期和经费。反之，如前期忽视装备的电磁环 由于电磁干扰常常造成装备的故障及失效.因 境效应设计和检验，则往往造成装备成型进行质量 此在装各全周期的申磁环境效应控制中，前期的设 检验时大量出现产品不合格，可靠性下降，其至导 计和检测尤为重要。在装备设计阶段及早鉴别各 致人员安全隐患。如此会导致工程上的改进设计， 种电磁干扰隐患，不但可以确保装备的正常运行、 以及再次投资和研制周期的延迟 避免安全事故发生，并且可以节省装备全周期中的 飞机总体主要依据功能向各分系统提出指标 电磁兼容分析（注重关联关系、舱内外环境、场-场、场路、路-路） 司 全系统电磁兼容性评估 电磁兼容指标量化分配（考虑设备的带内、带外，线性、非线性特性） 向下 分系统1门分系统2厂分系统3. 分系统n 指标变动后的飞机总体综合评审、建议、确认 系统功能和EMC协调完善，分系统指标确定，进人研制和生产 图2自顶向下，全机系统量化的电磁兼容预设计流程图 针对新型飞机系统研制中的电磁兼容问题为 如图3所示.首先依据特种飞机的工程设计几何 解决传统的电磁兼容工作忽视预设计、缺乏系统 尺寸如CATA设计数据)对全机进行电磁兼容厂 性，解决后期暴露问题的难度较大等间题，提出并 何建模，由发射设备及其天线参数、天线布局特征 采用“自顶向下、全机系统量化的电磁兼容预设计 等可以仿真舱外电磁环境得到燃油受扰的关联矩 方法，其工作流程如图2所示。即在新型飞机系 阵，分析燃油的安全性由舱内设备的布局特征、舱 统方案论证阶段充分考虑机载电子设备的数量、功 内辐射源参数、舱外电磁环境和机体的屏蔽性能 能，设计性能、设备预布局，天线预布局等特性，通 等，可以得到操作员工作台位受优的关联矩阵，分 数估仿直。行为级仿直”调、等效推算、植拟测 析人员的安全性：通过建立基于电磁场方法的系统 试数据统计等手段，评估全机的电磁兼容性：根据 模型，基于分布效应的场一路耦合模型、基于路方 评估结果.对机载各分系统性能指标讲行量化分解 法的行为级仿真模型，分析收发天线的隔离、收发 和重新分配其中包括频率指配、天线布局、发射功 设备间的耦合等，得到敏感设备受扰的关联矩阵 率，发射带外衰减、接收灵敏度、接收带外抑制、屏 讲一步分析设的安全性 蔽性能、电缆布局、电磁环境分布、舱体谐振特性 在新型飞机系统的电磁兼容设计过程中，为了 设各布局，系统分系统及设备降级状况、设备安全 实现全机系统干扰关系关联矩阵各元素的求解和 性优先级等，对分系统指标指配之后的特种飞机 全机电磁兼容性评估及优化等，需要解决的主要技 系统重新讲行电磁兼容性评估：根据评估结果对 术包括，构律特种飞机的电磁仿直模型、构建飞机 分系统指标、设备布局、天线布局等进行再调整利 几何模型、电磁环境分析、机体屏蔽性能分析，辐射 优化直至全机达到良好的电磁兼容状态。 源的确定、敏感点的选择，耦合模型建立、干扰关系 该方法能够在全机系统定型前充分暴露可能 关联矩阵构建隔离度计算，设备布局优化、天线布 出现的电磁兼容问题，并最大程度地将其解决在系 局优化、行为级仿真、半实物仿真、机载天线辐射特 统设计阶段 性分析、频率规划、全机电磁兼容性评估、指标分 在进行新型飞机系统电磁兼容预设计时，必须 配，全机系统电磁兼容试验、试验和仿真数据交互 对每个设计状态进行电磁兼容性评估，评估的流程 迭代等。 21994-2014 China academic Journal electronic Publishing House.all rights reserved. http://www.cnki.ne
有完善的电兼容性能 。 由于电磁干扰常常造成装备的故障及失效, 因 此在装备全周期的电磁环境效应控制中 , 前期的设 计和检测尤为重要。在装备设计阶段及早鉴别各 种电磁干扰隐患 , 不但可以确保装备的正常运行、 避免安全事故发生, 并且可以节省装备全周期中的 维护周期和经费 。反之 ,如前期忽视装备的电磁环 境效应设计和检验, 则往往造成装备成型进行质量 检验时大量出现产品不合格 、可靠性下降 , 甚至导 致人员安全隐患 。如此会导致工程上的改进设计, 以及再次投资和研制周期的延迟。 图 2 自顶向下、全机系统量化的电磁兼容预设计流程图 针对新型飞机系统研制中的电磁兼容问题, 为 解决传统的电磁兼容工作忽视预设计、缺乏系统 性 ,解决后期暴露问题的难度较大等问题 , 提出并 采用“自顶向下、全机系统量化的电磁兼容预设计 ” 方法 [ 8] , 其工作流程如图 2所示。即在新型飞机系 统方案论证阶段充分考虑机载电子设备的数量、功 能 、设计性能、设备预布局 、天线预布局等特性 , 通 过数值仿真、行为级仿真 [ 9, 10] 、等效推算、模拟测 试 、数据统计等手段 ,评估全机的电磁兼容性 ;根据 评估结果,对机载各分系统性能指标进行量化分解 和重新分配 (其中包括频率指配、天线布局 、发射功 率 、发射带外衰减、接收灵敏度、接收带外抑制 、屏 蔽性能、电缆布局、电磁环境分布 、舱体谐振特性、 设备布局、系统分系统及设备降级状况 、设备安全 性优先级等 );对分系统指标指配之后的特种飞机 系统重新进行电磁兼容性评估 ;根据评估结果对各 分系统指标 、设备布局、天线布局等进行再调整和 优化, 直至全机达到良好的电磁兼容状态 。 该方法能够在全机系统定型前充分暴露可能 出现的电磁兼容问题 ,并最大程度地将其解决在系 统设计阶段 。 在进行新型飞机系统电磁兼容预设计时, 必须 对每个设计状态进行电磁兼容性评估, 评估的流程 如图 3所示。首先依据特种飞机的工程设计几何 尺寸(如 CATIA设计数据 )对全机进行电磁兼容几 何建模 ,由发射设备及其天线参数、天线布局特征 等可以仿真舱外电磁环境, 得到燃油受扰的关联矩 阵 ,分析燃油的安全性;由舱内设备的布局特征、舱 内辐射源参数、舱外电磁环境和机体的屏蔽性能 等 ,可以得到操作员工作台位受扰的关联矩阵 , 分 析人员的安全性 ;通过建立基于电磁场方法的系统 模型、基于分布效应的场 -路耦合模型 、基于路方 法的行为级仿真模型 , 分析收发天线的隔离 、收发 设备间的耦合等 , 得到敏感设备受扰的关联矩阵, 进一步分析设备的安全性 。 在新型飞机系统的电磁兼容设计过程中, 为了 实现全机系统干扰关系关联矩阵各元素的求解和 全机电磁兼容性评估及优化等 ,需要解决的主要技 术包括 :构建特种飞机的电磁仿真模型 、构建飞机 几何模型、电磁环境分析 、机体屏蔽性能分析 、辐射 源的确定、敏感点的选择 、耦合模型建立、干扰关系 关联矩阵构建 、隔离度计算 、设备布局优化 、天线布 局优化 、行为级仿真 、半实物仿真、机载天线辐射特 性分析、频率规划 、全机电磁兼容性评估 、指标分 配 、全机系统电磁兼容试验、试验和仿真数据交互 迭代等 。 系统电磁兼容技术综述与展望 · 37·
·38 宇航计测技术（增刊）》 2007年 无程料 儿赘窗 设备布局 天线合分析 物仿直 改进方案 设备析 图3飞机系统电磁兼容评估流程图 Propagation smulation Progrm EFE Tans on An 5结束语 termas and Popagation 2000 42(3).31 ~48 【2KmJJ,Bumsile W.D,Sfmu卓tion ad Anys产of 在总结系统电磁兼容技术发展现状的基础上 Un iersit NASA-(R-1984-181250 Decembe 围绕航空飞行器研制中的电磁兼容问题，研究了适 10R4 合我国国情的电子战特种飞机系统电磁兼容设计 3到 Song I M.Lu CC.Chew W C.et al Fast Illnois 方法比较了新、旧设计方法的优缺点。首次提出 了“自顶向下全机系统量化电磁兼容预设计”方法 t仰199840(3)：27-34 对电子战特种飞机进行电磁兼容精确化协同优化 【4李一鸣.航天系统电磁兼容性论文集[q.北京：宇航 设计。依据机载设备的数量、功能、设计性能、设备 出版社.1989 预布局、天线预布局等特性，通时数值仿直，行为级 【5 BE凯瑟著肖华庭译.电磁兼容原理M北京：电 仿真、模拟测试等手段，评估全机的电磁兼容性，根 子工业出版社.1985 据评估结果，对机载各分系统性能指标进行量化分 【可BE凯瑟著喻显荣李玉兰译，航空和航天系统的电 解和重新分配：对分系统指标指配之后的特种飞机 磁干扰控制[M.北京：宇航出版社1989 系统重新进行电磁兼容性评估：再根据评估结果对 [7 蔡仁钢.电磁兼容原理、设计和预测技术[M.北京： 北京航空航天大学出版社.四7 各分系统指标，设备布局、天线布局等讲行多次调 【)苏东林王冰切，金德琨等.电子战特种飞机电磁兼 整和优化直至全机达到良好的电磁兼容状态。首 容预设计技术[.北京航空航天大学学报。200632 次在分系统合同阶段前对全机申磁兼容指标讲行 (10:1239 124 逐层量化分解、分配，注重量化设计和过程控制，使 9列 Wang Qiong Su Dongn Prediction desg of the nojs 过去“自下向上综合、后期解决问题”这一设计方法 and gain ecificaons of he RF receiver G//Proceed 影响全机研制质量和系统战技指标的问题得到 ng of 17 th intemational Zurich symposium on elecuo 解决。 cmpatbpr262-6 【10王球。苏东林谢树果，等.射频接收机系统级建模中 参考文献 的噪声谱分析1.北京航空航天大学学报200632 (4)395-398 1994-2014 China Academic Journal Eleetronie Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
图 3 飞机系统电磁兼容评估流程图 5 结束语 在总结系统电磁兼容技术发展现状的基础上, 围绕航空飞行器研制中的电磁兼容问题 , 研究了适 合我国国情的电子战特种飞机系统电磁兼容设计 方法, 比较了新 、旧设计方法的优缺点 。首次提出 了 “自顶向下全机系统量化电磁兼容预设计”方法, 对电子战特种飞机进行电磁兼容精确化协同优化 设计。依据机载设备的数量、功能、设计性能、设备 预布局 、天线预布局等特性 ,通过数值仿真 、行为级 仿真、模拟测试等手段, 评估全机的电磁兼容性;根 据评估结果 ,对机载各分系统性能指标进行量化分 解和重新分配;对分系统指标指配之后的特种飞机 系统重新进行电磁兼容性评估 ;再根据评估结果对 各分系统指标 、设备布局、天线布局等进行多次调 整和优化,直至全机达到良好的电磁兼容状态。首 次在分系统合同阶段前对全机电磁兼容指标进行 逐层量化分解 、分配 ,注重量化设计和过程控制, 使 过去“自下向上综合、后期解决问题 ”这一设计方法 影响全机研制质量和系统战技指标的问题得到 解决。 参考文献 [ 1] FourieA., NitchS.SuperNEC:Antennaandindoorpropagationsimulationprogram[ J] .IEEETrans.onAntennasandPropagation, 2000, 42(3):31 ～ 48 [ 2] KimJ.J., BurnsideW.D., SimulationandAnalysisof AirborneAntennaRadiationPatterns[ R] .TheOhioState University, NASA -CR -1984 - 181250, December 1984. [ 3] SongJ.M., LuC.C., ChewW.C., etal.FastIllinois solvercode[ J] .IEEETrans.onAntennasandPropagation, 1998, 40(3):27 ～ 34 [ 4] 李一鸣.航天系统电磁兼容性论文集[ C] .北京:宇航 出版社, 1989 [ 5] B.E.凯瑟著, 肖华庭译.电磁兼容原理[ M] .北京:电 子工业出版社, 1985 [ 6] B.E.凯瑟著, 喻显荣, 李玉兰译.航空和航天系统的电 磁干扰控制[ M] .北京:宇航出版社, 1989 [ 7] 蔡仁钢.电磁兼容原理、设计和预测技术 [ M] .北京: 北京航空航天大学出版社, 1997 [ 8] 苏东林, 王冰切, 金德琨, 等.电子战特种飞机电磁兼 容预设计技术 [ J] .北京航空航天大学学报, 2006, 32 (10):1 239 ～ 1 243 [ 9] WangQiong, SuDonglin.Predictiondesignofthenoise andgainspecificatoinsoftheRFreceiver[ C] / /Proceedingof17thinternationalZurichsymposium onelectromagneticcompatibility.Singapore:2006:262 ～ 265 [ 10] 王琼, 苏东林, 谢树果, 等.射频接收机系统级建模中 的噪声谱分析[ J] .北京航空航天大学学报, 2006, 32 (4):395 ～ 398 · 38· 宇航计测技术(增刊) 2007年