一、为何体系级电磁环境效应实验规划很重要
首要阐明电磁兼容性和电磁兼容性实验。电磁兼容性是依据对电磁发射的操控和电磁活络的防护，完结军用配备的正常作业。一般电磁兼容性要求包含电磁发射要求和活络要求，其间电磁发射应不超越极限值要求，电磁活络应不低于极限值要求。电磁兼容问题十分杂乱，混合了十分多的要素，即使是直流状况下，也有电场和磁场。跟着体系杂乱程度的添加，问题杂乱性将呈指数方式上升。电磁发射和电磁活络以场和波的方式存在于军用配备中，好像经络，所以跟着体系杂乱程度的添加，电磁兼容性问题的杂乱性呈指数上升。一个产品的电磁兼容性是否到达要求，将经过测验进行验证。电磁兼容的问题和散射问题、隐身问题、天线问题的最大区别是它是近场和准近场问题，电磁兼容性实验是一种近场和准近场测验，测验传感器首要为探头和天线。如图是典型的电磁兼容性测验屏蔽室。
体系级是相对设备而言。咱们知道设备电磁兼容性测验中被试品是单一设备或分体系，其设备构成、线缆数量、耦合联系相对简略。而体系级则包含了单实体体系和多实体体系，也包含无人机体系这类散布在地上和空中的体系。体系级层面电磁兼容性实验还需面对相对设备级杂乱得多的线缆测验问题。更进一步，体系级电磁兼容性实验还要考虑对运用环境的习惯性，包含舰面环境和编队环境等。为什么体系级电磁兼容性实验要考虑舰面习惯性和编队及战场电磁环境习惯性呢？因为研发总要求对配备提出的功用功用要求是适用于配备运用工况，所以对有舰载和编队运用要求的配备，在体系级电磁兼容性实验中就应查核此功用。显而易见，如此杂乱的实验，有必要进行缜密的规划。那么体系级电磁兼容性与战场电磁环境习惯性之间是什么联系呢？为此下面介绍电磁兼容性相关根本概念。尤其是阐明电磁发射和电磁活络是被试品的固有特点。并因而电磁环境习惯性、电磁环境效应、电磁兼容性、电磁搅扰之间的五大联系。
二、与体系级电磁兼容性相关的根本概念
体系级电磁兼容性在GJB 72A中界说为：履行或保证某项作业使命的若干设备、分体系、专职人员及技能的组合。一个完好的体系除包含有关的设备、设备、分体系、器材和辅佐设备外，还包含操作人员。GJB 1389是对体系级电磁兼容性的要求，而GJB 1389源自美军标的MIL-STD 464，即体系级电磁环境效应要求。2002年美军公布的体系级电磁环境效应要求GJB1389A中，共有14项相关要求，包含咱们熟知的体系内电磁兼容性（即自兼容）要求，和设备分体系电磁发射和电磁活络要求。综上所述，严厉讲要求便是要求（第一大联系：体系级电磁兼容性与体系级电磁环境效应的联系），除惯例的设备分体系电磁发射和电磁活络要求、体系内自兼容要求外，还包含战场电磁环境效应要求，如友方和敌方射频电磁环境效应要求，乃至包含要挟毁伤环境效应要求，如电磁脉冲效应要求等；防信息走漏要求；避免被过早发现的电磁发射操控要求；频谱兼容要求等。2010年，美军标又将MIL-STD 464更新为C版，其间有两项改变值得重视，一是添加了高功率微波效应要求；二是将频谱兼容晋级为电磁频谱支撑要求。
这张图反映了电磁环境效应的开展沿革：从以地上作战为主的惯例电磁频谱办理，开展到以全球作战为意图、考虑雷电和电磁脉冲等效应的初期电磁环境效应，到将电磁作为具有杀伤力兵器，考虑射频辐射对军器、燃油、人员损伤，以及对电磁易损性和电子战进行充沛防护的新电磁环境效应。能够看出，电磁环境效应已成为制电磁权的重要手法。
那么电磁环境效应与电磁环境习惯性之间是什么联系呢（第二大联系：体系级电磁环境效应与电磁环境习惯性的联系）？美军标将电磁环境效应、频谱支撑作为配备对自然环境和非对立战场敌我电磁环境习惯才干，视其为生计的条件和作战的根底。将对立作为配备对电子对立环境习惯的才干，视其电子攻防的手法。我以为，电磁环境习惯性应由两部分组成：一是自然环境和非对立战场敌我电磁环境习惯性，这是配备生计条件和作战根底；二是电子对立环境习惯性，这是电子攻防手法。如下图所示：
我以为，电磁环境效应和电磁频谱支撑保证配备具有“健旺的体魄”，电子/光电对立等使配备具有“过人的技能”。能够用如下比方阐明两者的彼此支撑效果：当A、B两人对立博弈时，假如A具有健旺的体魄，B相对A十分微小，则A与B博弈时健旺的A将具有显着的优势，但假如微小的B具有A不具有的的过人技能，B也能够制胜。可是，假如A既有健旺的体魄又有过人的技能，即使B由过人的技能，A与B的博弈中，A将具有更大的优势。
跟着GJB 8848-2015国军标的公布，GJB 1389A的实验查核将逐渐施行。这儿有必要剖析GJB 1389A中15项要求电磁环境效应中的内在以及彼此之间的联系。经过长时间的研讨，我以为能够将GJB 1389A中的15项要求分为五大类：1）自兼容要求；2）抗预期电磁环境搅扰要求；3）习惯自然环境要求；4）实战及毁伤环境要求；5）实战才干和继续实战才干要求。下面顺次进行剖析：
关于集侦查、勘探、通讯、导航、搅扰、冲击于一体的信息化配备，首要因为高活络度接纳设备、大功率发射设备同处同一渠道，其本身的电磁搅扰特性和电磁兼容性要求是面对的首要问题，别离对应GJB 1389A-2005中设备分体系级EMI和体系内EMC两项要求；
其次，因为侦查、勘探、通讯、导航设备均要求应在预期电磁环境下具有侦查、勘探、通讯、导航战技能目标要求的功用功用，因而其抗预期电磁环境搅扰的才干是第二个需求面对的问题，别离对应GJB 1389A-2005中安全裕度、外部射频电磁环境、电磁辐射损害三项要求；
第三，作为直接暴露在实践环境中的配备，应对雷电、静电等自然环境是不行忽视的问题，别离对应GJB 1389A-2005中雷电、电搭接、外部接地、静电电荷操控等四项要求；
第四，作为以军事运用为首要用途的配备，保证对立环境下的生计力是配备具有实战才干的要害，别离对应GJB 1389A-2005中电磁脉冲、防信息走漏、发射操控、高功率微波四项要求 ；
第五，关于具有实战才干和继续实战才干的配备，GJB 1389A-2005中进一步提出了全寿数期电磁环境效应操控和电磁频谱支撑要求，其意图是操控运用区域中电子设备的电磁发射即对电磁频谱的非正常占用，保证有更多的电磁频谱资源能够被自动调控。
咱们仔细的剖析了美军标为什么以为经过这15项电磁环境效应实验就能够到达战场电磁环境习惯性，定论是从配备效应动身。经过对战场电磁环境的特征进行研讨，战场电磁环境是能够分为这15个根本的要素，并且这种分化是从物理特点上的分化，无论是发射信号，仍是接纳信号，都是可标定、可重复的，咱们得到这个定论，是依据咱们对151和461的研讨。不论是美军标461仍是国军标151，都是期望完结设备分体系的电磁兼容性，但两类规范中都是从物理特点上对电磁发射和电磁活络即EMI提出了限值要求。并且是从物理特点上对被试品进行查核，不论是施加的信号仍是检测的信号，都着重具有可标定、可重复性。
下面对设备分体系EMI和体系内电磁兼容性的联系进行剖析。不知咱们是否注意到，在GJB1389A中，对体系内提出的是电磁兼容性要求，对分体系设备提出的是电磁搅扰要求。这就需求了解什么是EMI和EMC（第三大联系：电磁搅扰与电磁兼容性的联系）？
电磁搅扰包含电磁发射和电磁活络两方面，是产品的固有特点；在电磁活络性中存在一个子集叫电磁易损性。电磁搅扰和电磁易损性均与产品的电气规划原理（电路规划中鼓励源特性、非线性模块特性、电路板布局及板上各部分之间的阻抗匹配特性等）、结构、布局、工艺、加载条件等相关。电磁兼容性是依据自兼容的方针对电磁搅扰提出了极限值要求，只要满意限值要求，才干够说是具有电磁兼容性的。电磁易损性特指可导致严峻毛病、功用下降、人员或产品遭到安全要挟等的电磁活络性。电磁易损性也是产品的固有特点。与活络性检测相同，选用扫频的办法存在漏检的危险，关于易损性而言，漏检意味着严峻的危险。如图便是电磁搅扰和电磁兼容性。
为了完结设备分体系的电磁兼容性，国军标对每项电磁发射和电磁活络测验都提出了限值要求。但请注意，定型实验选用的办法是检测EMI特性的办法，所检测出的电磁发射和电磁活络特性，是与被试品规划原理、工艺、布局、结构对应的特性。所以，关于军标提出的限值要求，只要经过规划，并将规划落实到原理、工艺、布局、结构中，才有或许满意限值要求。
下面咱们答复GJB 1389A-2005中为何对体系提出EMC要求，对设备分体系提出EMI要求。因为GJB 1389A是从体系级层面提出电磁兼容性要求，因而需以充沛把握组成体系的各分体系和设备的电磁发射及电磁活络特性为根底，才干优化得到体系内的电磁兼容性。就像班长在把握了全班成员的特性后，才干使全班成为一个联合且有战斗力的集体相同。咱们称之为电磁兼容性特点构成联系。这种“特点构成联系”相同能够向下推行到分体系、设备、电路板、器材等，向上扩展到体系间、体系与环境间。即依据本层级构成单元的根本特点，优化本层级的功用。接着阐明电磁频谱支撑。电磁频谱支撑指不同产品之间能够有用运用特定的频率和带宽，以保证在预期电磁环境中具有协同作业和发挥应有用能的才干。与电磁频谱办理不同的是，电磁频谱支撑选用自动协同技能。这也充沛阐明了第四大联系：体系级电磁兼容性与战场电磁环境习惯性的联系。
综上，电磁搅扰和电磁环境效应是配备的固有特点，电磁兼容性和电磁环境习惯性是对配备提出了限值要求，经过测验能够检测出配备的电磁搅扰和电磁环境效应，但有必要经过规划方能使被试品满意极限值要求。
三、体系级电磁兼容性实验规划关键
首要，已然GJB 151、GJB 1389测验得到的是电磁搅扰（EMI）和电磁环境效应（E3），电磁兼容性（EMC）和电磁环境习惯性（EMA）只能经过规划完结，因而实验规划的第一个关键便是要以体系、分体系、设备规划进程为根底。其次，因为GJB 1389A体系内电磁兼容性以组成体系的各分体系和设备的电磁发射及电磁活络特性为根底，所以实验规划的第二个关键便是要以设备分体系电磁发射和电磁活络测验成果为根底。第三，因为现在配备的形状已开展为多实体和地上空中协同；第四，并要习惯舰面电磁环境以及编队及战场电磁环境，所以实验规划的第三、四个关键便是要以配备工况和功用功用为根底，以实践运用电磁环境为根底。
1、以体系、分体系/设备规划进程为根底
上图给出了体系、分体系和设备规划研发进程中与电磁兼容性相关作业，包含研发总要求、体系级规划和设备分体系级规划。以规划进程为根底，便是要全面整理研发进程中与一切毛病现象、毛病归零状况，并作为实验验证的关键内容之一，写入实验纲要，并将与毛病现象对应的功用功用作为活络判据。
2、设备电磁发射和电磁活络测验成果为根底
假如对设备分体系提出的电磁发射和电磁活络限值要求直接来自GJB151，且仅对设备单项实验是否满意极限值进行评价，却未将功用功用作为判据、未将渠道是否正常作业作为判据，就会存在设备电磁兼容性与体系级电磁兼容性和体系级工况脱节的危险。要想处理这个问题，主张首要要树立整理体系内各设备间搅扰相相联系，树立搅扰相关矩阵。例如对军用飞机，将与高活络接纳设备有相相联系的一切设备（与高活络度接纳设备一起作业、频段或许彼此掩盖）的RE102归纳比对，评价是否超出接纳设备抗搅扰容限。将与计算机类设备有相相联系的数据线缆屏蔽、搭接、端接阻抗等与CS114归纳比对，评价是否引发毛病。
这儿需求提示一点，在对设备分体系提出电磁兼容性要求时，应针对详细需求提出针对性的极限值要求，假如直接选用GJB151中的极限值，尽管具有合理性，但因为该机约束是通用要求，咱们以为它理解为相似在电路规划中对端口匹配阻抗的要求为50欧姆相同，尽管合理，但并不是最优要求。
综上所述，设备分体系级电磁兼容性实验成果应是体系级电磁兼容性实验纲要拟定的重要依据之一。
3、配备工况和功用功用为根底
因为研发总要求对配备提出的功用功用要求是适用于配备运用工况，所以体系级电磁兼容性实验中就应以配备的揭露和功用功用为根底。何为配备的工况和功用功用呢？例如，机载导弹与机载超短波电台一起作业，体系级电磁兼容性实验中应将导弹工况与机载超短波电台工况的兼容性作为查核项。又如，保证信息互联互通的机载数据链与机载大功率发射机一起作业，体系级电磁兼容性实验中应将大功率发射时数据链通讯间隔及误码率作为活络判据。
4、以实践运用电磁环境为根底
作战区域的常态电磁环境、舰面不同设备作业时的电磁环境、不同配备编队运用时面对的电磁环境，都或许引发配备遭到搅扰。为此应按照研发总要求明确提出的该配备实践运用环境，收集环境数据，并将实践运用环境中的电磁环境数据与规范要求的信号一起作为活络性实验中的输入信号（或注入信号）查核配备习惯实践电磁环境的才干，实践电磁环境应在很多实践收集数据根底上进行计算处理后给出。应考虑不同设备（器材）对地点环境中不同性质信号的不同活络呼应，如对能量活络的呼应、对瞬态鼓励活络的呼应等，应依据设备的呼应特征采纳不同的测验设备及测验办法收集电磁环境数据。
下面以详细实例来阐明体系级电磁兼容性实验规划。一般需进行规划的实验应包含科研阶段了解实验和规划定型实验。
实例1：研发全进程电磁兼容性科研了解实验的规划
如下图所示，科研了解实验应包含从芯片到电路板、到设备级、分体系级、体系级和多体系级。
电磁兼容性科研实验应从芯片开端，且设备级和分体系级的实验内容丰富。电磁易损性实验是各个环节都严峻关心的实验。这一点与2016年新公布的美军标 MIL-STD-461G十分符合。MIL-STD-461G中还将将本来只在体系级中才要求的雷电实验，下沉到设备分体系要求中，并提出了静电要求。关于设备级电磁兼容性实验，还应特别重视我国新公布的151B中CE107、CS102和CS106三项实验内容。
实例2：某兵器体系的体系级电磁环境效应实验规划
将该兵器体系的全使命进程分化为勘探-发射-测控-冲击-评价，全信息链路分化为雷达、导引头、指令线、指控通讯、引信。抽象地说，将整个链路分化为若干单元，对每个单元的电磁环境效应进行测验，对各单元的集成联系进行构建。依据研发总要求中要求的各种想定，在内场构建链路组成环境，施行遍历性实验，并在外场对内场获取的典型剖面进行验证。
实例3：无人机体系的体系级电磁环境效应实验规划
因为该实验触及地上和空中的超视距射频问题，所以实验规划关键首要包含如下4个方面：定位活络体：此处为无人机；保证超视距工况；实在传达模型；剖析空间存在的搅扰。实验规划时需考虑：
1）多个实体中谁应放置在规范测验场地上，原因是什么？
2）怎么设置测控站-卫星-飞机的实验链路上信号衰减，不然无法客观测出无人机体系的电磁环境效应？
3）怎么阻断无人机与测控站间的耦合效应，不然实验不实在？
4）怎么构建无人机作业区域的电磁环境？
四、体系级电磁兼容性实验评价关键及难点
前面说到的体系级电磁兼容性实验规划的4个关键，在必定层面上决议了咱们的实验评价办法应重视的问题即关键和难点。首要针对体系、分体系/设备规划进程查看，经过彼此搅扰查看实验以及活络性实验，检测规划进程中呈现的问题是否有用处理，评价归零计划对功用功用是否带来新的影响，评价在体系级实践作业环境下的归零计划的稳健性；关于难以施行实验的规划计划，怎么施行验证评价（如全机雷电规划、全机搭接规划等）。
接着针对设备/分体系电磁发射和电磁活络测验成果剖析，解析GJB 151规则的设备分体系级实验办法的适用性；整理设备分体系级电磁兼容性实验中呈现的问题。
1、GJB 151设备分体系级实验办法存在以下几个问题：1）电磁活络性后门实验。实践测验难以在空域、频域、时域全掩盖；军标要求RS103测验7851频点 （@40GHz）、6254频点（@18GHz），CS114测验2183频点 （@10kHz-400MHz）。活络性是否得到悉数排查，军用飞机是否存在不知道薄弱环节。2）电磁活络性前门接纳天线。设备、分体系级辐射活络度实验不含接纳天线，实践运用时含接纳天线；CS103、CS104、CS105实验虽查核了接纳机的交互调等，却未查核经过天线进入到接纳机带内的搅扰。从天线进入到接纳机带内导致的活络性问题是否被有用排查，是否存在不知道薄弱环节。3）电磁易损性是否被有用排查。单频点测验无法有用排查易损点，关于单频点、模仿信号方式，在充满各种制式信号电磁环境，经过了电磁兼容性测验的体系，而在实践作业中还会呈现活络现象。4）GJB/GB规则的线缆活络性测验信号太抱负。依据NASA给出的数据，60%电磁兼容性问题都与线缆有关，GJB 151中线缆活络性相关实验十分抱负，不能满意实践射频体系作业时的线缆状况，导致许多实践配备在运转进程中呈现的电磁搅扰问题，无法在地上电磁兼容性实验中被检测。为处理此问题，北航电磁兼容技能研讨所自主研发了多频电磁传导活络性测验设备，已在实践配备电磁搅扰问题检测中发挥了重要效果，施行效果显著。
2、整理设备分体系级电磁兼容性实验中呈现的问题。数十个类型单项实验合格率的计算显现，电磁发射不合格率最高，到达49%，而很多设备超支，使全频段噪底抬升。那么什么是导致设备电磁产生超支的首要原因呢？咱们以为一是规划是否落实到设备的原理、工艺、结构、布局等，二是研发进程是否有用遵从规划计划。现有电磁兼容性国军标GJB 1389A和GJB 151B均未对研发进程提出操控要求，从现在的现状一般能够以为现在这两个规范首要是在实验测验时发挥了重要效果。对研发进程提出操控要求的国军标是 GJB/Z 17《军用配备电磁兼容办理攻略》，但该规范定性要求要求多，定量要求少。为了有用操控研发进程产品的电磁兼容性质量，我国新公布了GJB/Z 170-2013《军工产品规划定型文件编制要求》，其间第14部分为电磁兼容性评价陈述。该规范从出口（规划定型）倒逼研发进程，旨在操控和规范研发进程的电磁兼容作业程序和作业内容。该规范是在长时间剖析我国配备研发实践状况的根底上编制的，其间拟定了配备研发各阶段电磁兼容性的详实评价要求。该规范中包含了计划阶段的要求拟定、目标分化和规划建模，工程研发阶段包含对体系级的8项评价要求和对设备/分体系级的7项评价要求；规划定型阶段，对实验中问题的阐明、原因的剖析和改善性规划等。这儿还特别想介绍一下北航电磁兼容研讨所提出的电磁搅扰源精确定位技能。一般在产品后期呈现电磁发射超支和电磁活络问题，往往定位搅扰源、排查耦合通道、剖析活络机理、消除搅扰问题好不容易，为此北航电磁兼容技能研讨地点七年研讨实践根底上，形成了一套与渠道工况结合、从渠道层面测验数据下手、剖析发射特征如基频重频带宽等、筛查首要搅扰设备、在设备层面比较能量超差、将筛查出的首要搅扰设备按搅扰强弱排序等体系性技能办法和手法（含设备），为以较小的价值快速处理电磁搅扰问题探究了新的途径。该办法的根本思路已写在由国防工业出书社出书的《体系级电磁兼容性量化规划理论与办法》专著中。下图为该办法在某无人配备电磁兼容性随同式检测实验中的运用实例。
3、针对配备工况和功用功用测验，电磁兼容性实验需洁净电磁环境，所以一般在屏蔽室内进行。但屏蔽室内无法施行体系级动态测验，因而需求处理：1）外场因环境噪声与被试品电磁发射混为一体，影响测验数据的客观性；2）测验体系本身电磁发射与被试品电磁发射混为一体，影响测验数据客观性。现在我国已自主建成了开阔场-体系级电磁兼容性测验体系，能够完结大型配备（包含多实体配备）体系级动态电磁兼容性实验。经第三方检测，该开阔场-体系级电磁兼容性测验体系本身电磁噪声极低，能够消除开阔场中缓变电磁搅扰，具有了外场辐射发射测验才干。
4、针对实践运用电磁环境实验，地上空中体系、编队战场环境中需求多种技能的结合，包含电磁环境收集技能、数据处理技能、模仿构建技能等。
五、结束语
最终对本陈述进行总结：首要体系级电磁环境效应实验规划很重要，电磁发射、电磁活络及电磁环境效应是固有特点，电磁兼容性和电磁环境习惯性是规划出来的，体系级电磁环境效应实验规划要充沛考虑四大联系：电磁兼容性与战场电磁环境习惯性的联系，设备分体系电磁搅扰特性与体系内电磁兼容性的联系，体系级电磁兼容性与体系级电磁环境效应的联系，体系级电磁环境效应与体系级电磁环境习惯性之间的联系。
作者简介：苏东林 北京航空航天大学电子信息工程学院教授、博士生导师，现任北航电磁兼容技能研讨所所长
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