馮學麗

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076）

軍用系統(tǒng)對鄰近雷擊敏感度測試方法介紹

馮學麗

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076）

國內的軍用電磁兼容標準（例如：GJB 1389A《系統(tǒng)電磁兼容性要求》）有介紹雷電的間接效應，來自鄰近雷擊（云對地）的電磁場模擬參數(shù)，缺乏軍用系統(tǒng)對鄰近雷擊的敏感度試驗方法。本文從預測試評估、測試系統(tǒng)配置、測試步驟和總結4個方面介紹了軍用系統(tǒng)對鄰近雷擊敏感度測試方法。本測試方法適用于軍用航空、海上、空間、地面系統(tǒng)。

待測系統(tǒng)；軍用系統(tǒng)；鄰近雷擊；敏感度；測試方法

中國的軍用電磁兼容標準（例如：GJB1389A《系統(tǒng)電磁兼容性要求》）有介紹雷電的直接效應和間接效應，雷電模擬波形及參數(shù)，來自鄰近雷擊（云對地）的電磁場參數(shù)，缺乏軍用系統(tǒng)對鄰近雷擊敏感度測試方法。

測試方法是進行電磁環(huán)境效應測試的必要條件之一，缺乏測試方法就無法衡量軍用系統(tǒng)對鄰近雷擊的敏感度是否達到要求、是否滿足作戰(zhàn)時的需要。

本文通過調研國內外雷電測試方法，從預測試評估、測試設備、測試配置、測試步驟、數(shù)據(jù)提供5個方面介紹了軍用系統(tǒng)對鄰近雷擊敏感度測試方法，最后對此測試方法進行了總結。

本測試方法適用于軍用航空、海上、空間、地面系統(tǒng)。

1 預測試評估

預測試評估用來確定主要的電流路徑、電磁場入口、試驗的方位和配置、待測系統(tǒng)的試驗條件、電流測量點。能量耦合分析可以識別采集數(shù)據(jù)設備（包括電流探頭組）的類型和容量需求。

預測試評估的具體內容有：

1）確定待測系統(tǒng)關鍵的功能和電路，待測系統(tǒng)鄰近雷擊保護措施和預期的效果，保護措施是否可修復或可更換，待測系統(tǒng)的操作和檢查步驟，待測系統(tǒng)的失效判據(jù)和安全裕量，需要監(jiān)測的待測系統(tǒng)的關鍵數(shù)據(jù)；

2）確定最大／最小敏感度對應的待測系統(tǒng)的配置和工作模式；

3）確定可能的鄰近雷擊電磁場入口，主要的電流路徑，電流測量的位置；

4）執(zhí)行能量耦合分析來識別采集數(shù)據(jù)設備（包括電流探頭組）的類型和容量需求，開口式電流探頭會被經(jīng)常使用，它不影響電纜或待測系統(tǒng)殼體屏蔽層的完整性。

之前試驗的分析和數(shù)據(jù)可以用作本次試驗的參考，以便更好地確定試驗范圍。

2 測試設備

測試設備主要由以下幾部分組成：

1）鄰近雷擊模擬器（包括充電器） 通常為1個大的Marx發(fā)生器，用來產生鄰近雷擊脈沖；

2）電流探頭 用來測量耦合到待測系統(tǒng)的電流，可能需要幾種不同的規(guī)格，需要考慮物理尺寸和電流測試能力等因素，開口式電流探頭用來測量耦合到待測系統(tǒng)電纜的電流，表面電流探頭用來測量耦合到待測系統(tǒng)表面的電流；

3）遠置單元 把探頭輸入的電信號轉換為光信號，通過光纖輸出，可能需要幾種不同的規(guī)格，需要考慮物理尺寸和電流／電壓處理能力等因素；

4）數(shù)字示波器 用來記錄和顯示電流和電壓測量，頻率范圍為100 k Hz～400 MHz；

5）電場探頭和磁場探頭 用來校準或實時進行場監(jiān)測；

6）筆記本電腦和鄰近雷擊敏感度測試軟件 用來執(zhí)行測試，并處理和存儲數(shù)據(jù)。

3 測試配置

典型的測試配置示意圖見圖1。鄰近雷擊模擬器產生的脈沖用大面積的電流傳輸網(wǎng)格傳輸（電流傳輸網(wǎng)格面積的大小的確定，要考慮待測系統(tǒng)的大?。?，經(jīng)過放電電阻對接地平板進行放電。通過調節(jié)放電電阻可以得到想要的脈沖波形，使試驗區(qū)域的電磁場參數(shù)符合GJB 1389A《系統(tǒng)電磁兼容性要求》的要求。為了減少電磁場對測量信號的干擾，電流探頭、電場探頭和磁場探頭均需要使用遠置單元進行電／光轉換，通過光纖傳輸?shù)竭h處，再與接收設備相連接。

圖1 典型的鄰近雷擊敏感度測試配置示意圖

使用如下方法。

1）快速響應電流探頭用來監(jiān)測電流和測試能量，遠置單元用來轉換電信號成光信號，通過光纖傳輸給屏蔽監(jiān)測室里的接收器，接收器把光信號重新轉換成電信號，處理后用數(shù)字示波器接收，并記錄在筆記本電腦里做進一步的數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理軟件檢出想要的測試參數(shù)，繪制曲線。

2）沿著試驗場所中心軸線向外進行校準，確定符合場強要求的區(qū)域。在試驗期間，用場強探頭監(jiān)測符合要求的試驗區(qū)域的場強。

3）至少測試待測系統(tǒng)的2個方位（相對于磁場分量），也就是平行于磁場分量和垂直于磁場分量2個方位。由于系統(tǒng)的復雜程度和預期的多種耦合路徑，預測試評估可能確定更多需要測試的方位。對于帶有長連接線的配置，應該把連接線支撐在最大耦合處，通常支撐在接地平板上方1 m處。

4）在開始校準和試驗之前，應留出足夠的時間讓測試設備工作穩(wěn)定。測試過程中，注意檢查測試設備是否出現(xiàn)過載情況。

5）測試設備（比如示波器）應按周期到有資質的計量單位進行計量。

4 測試步驟

主要的測試步驟如下。

1）依照圖1布置待測系統(tǒng)的鄰近雷擊敏感度試驗。

2）根據(jù)預測試評估確定的待測系統(tǒng)的配置和工作模式矩陣來布置待測系統(tǒng)，給待測系統(tǒng)上電，進行試驗前基本功能檢查。

3）確認儀器設備操作正常，確保人員在安全的距離范圍。

4）待測系統(tǒng)被模擬的鄰近雷擊電磁場照射。每次照射期間，應該按照待測系統(tǒng)的操作規(guī)程讓待測系統(tǒng)正常運行。每次被照射后，應檢測待測系統(tǒng)是否能正常操作、是否出現(xiàn)性能下降、是否發(fā)生損壞。

5）如果待測系統(tǒng)沒有出現(xiàn)失效，在每個待測系統(tǒng)方位上，待測系統(tǒng)應被照射至少3次。如果出現(xiàn)敏感現(xiàn)象，確定影響到必要恢復步驟的待測系統(tǒng)部件和恢復時間。如果可能（待測系統(tǒng)沒有發(fā)生損壞），驗證敏感現(xiàn)象的可復現(xiàn)性，必要的話，確定極限和安全裕量。如果有異常情況發(fā)生，受影響的設備和（或）部件應當被識別出來，重新開關電源來恢復正常的操作，記錄恢復時間。

6）在預測試評估確定的不同的方位和若干試驗等級（例如50%和100%）下，對待測系統(tǒng)進行測試。

7）對預測試評估確定的所有的待測系統(tǒng)配置和工作模式重復步驟1）－步驟6）。

5 數(shù)據(jù)提供

數(shù)據(jù)提供的要求如下。

1）要提供待測系統(tǒng)的詳細信息，比如硬件名稱、型號、序列號，操作步驟，特定的電起爆裝置的參數(shù)。2）給出測試配置圖或照片。

3）列出所有測試儀器設備的校準信息：校準有效日期、傳感器／電纜的校準因子。

4）試驗前對測試系統(tǒng)和待測系統(tǒng)的檢查結果。

5）紀錄待測系統(tǒng)的配置、工作模式、操作步驟。

6）提供測試結果，比如曲線、圖和數(shù)據(jù)表，曲線上應包含極限值。

7）紀錄對試驗大綱和試驗方法要求的偏離。

8）對于測試結果的分析與建議。

6 結 語

本文所介紹的軍用系統(tǒng)對鄰近雷擊敏感度測試方法有以下3個優(yōu)點：

1）能夠有效模擬鄰近雷擊所產生的電磁場強度及持續(xù)時間；

2）適用范圍廣，可以用來測試軍用航空、海上、空間、地面系統(tǒng)；

3）可以測試體積較大的系統(tǒng)，如：裝甲車、導彈系統(tǒng)。

鄰近雷擊模擬器、電流探頭、電場探頭、磁場探頭、遠置單元的技術參數(shù)，具體的試驗場所搭建，以及放電電阻阻值選擇等需要進一步的工程實踐來進行摸索。

［1］ Test Operations Procedure（TOP）Electromagnetic Environmental Effects System Testing，ADA506300，Survivability，Vulnerability ＆Assessment Directorate（TEDT－WSV－E），US Army White Sands Missile Range，2009．

［2］ GJB 1389A，系統(tǒng)電磁兼容性要求［S］．

O441

A

1008－1542（2011）12－0154－03

2011－06－20；責任編輯：李 穆

馮學麗（1978－），女，湖北鄂州人，碩士，主要從事電磁兼容設計與試驗驗證方面的工作。