李武鋼，朱方來，李正國

（深圳職業(yè)技術學院 汽車與交通學院，廣東 深圳 518055）

北斗車載導航系統(tǒng)的電磁兼容試驗與實踐*

李武鋼，朱方來，李正國

（深圳職業(yè)技術學院 汽車與交通學院，廣東 深圳 518055）

針對北斗導航系統(tǒng)在車載終端的應用現(xiàn)狀，根據(jù)車輛車載電子設備在車內外電磁干擾源及電磁兼容檢測的必要性，闡述了北斗導航車載終端的試驗標準及測試過程，提出北斗導航車載終端的試驗項目、目的、標準、要求、結果等，對北斗導航終端測試標準和規(guī)范的制定及產品的推廣有較好的示范作用．

北斗導航；電磁兼容；試驗

1 北斗車載導航系統(tǒng)電磁兼容測試的必要性及測試項目

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)于2012年12月27日正式免費為廣大終端用戶提供服務，北斗導航模塊等基礎核心產品的研發(fā)取得突破性進展，國內導航終端企業(yè)紛紛開始北斗導航終端產品的研發(fā)、生產和應用．隨著北斗系統(tǒng)的逐步完善和終端價格的逐步下降，北斗/GPS雙模的汽車導航產品將成為主流．

由于北斗導航與車載娛樂系統(tǒng)容為一體，系統(tǒng)功能復雜，容易受到汽車內的騷擾源，如：汽車高壓點火系統(tǒng)、車內各種感性負載、開關類部件、電子控制單元ECU，以及各種燈具無線電設備等．同時也會產生對外界的電磁輻射，如電子控制制動系統(tǒng)、電子控制傳動系統(tǒng)、電子控制轉向系統(tǒng)，影響汽車整車的安全可靠性．如何降低北斗車載導航終端的電磁輻射，增加北斗車載導航終端的抗干能力，保證北斗導航終端系統(tǒng)工作在良好的電磁兼容環(huán)境中，是汽車電子生產商必須解決的電磁兼容性問題．因此，國內外汽車制造商、汽車工業(yè)協(xié)會、標準組織不斷建立和完善汽車EMC（Electro Magnetic Compatibility）標準，以控制和解決汽車電子技術中EMC問題．

圖1 北斗車載導航終端設備電磁兼容系統(tǒng)測試方框圖

本文按照電磁兼容試驗特點，依據(jù)不同標準對北斗車載導航終端系統(tǒng)進行電磁兼容測試（如圖1所示），為北斗導航應用、第三方檢驗單位以及北斗導航國家、行業(yè)標準的制定提供基礎數(shù)據(jù)．

2 北斗車載導航終端設備電磁干擾EMI測試

2.1 北斗車載導航電磁輻射EMI測試系統(tǒng)

依據(jù)汽車電子產品的電磁干擾（EMI）測試要求，建立的電磁干擾（EMI）測試系統(tǒng)如圖2所示．

2.2 北斗車載導航系統(tǒng)電磁騷擾（EMI）測試

2.2.1 北斗車載導航終端設備傳導發(fā)射-電壓連續(xù)（CE）

1）測試目的：傳導騷擾（電壓法）是通過人工電源耦合網絡測試騷擾信號，電壓測量只能用于單一導線的傳導發(fā)射特性．將測量儀器與AN 的測量端口相連，其余AN 測量口用50?負載連接．

圖2 EMI 系統(tǒng)測試布置示意圖

2）測試標準：GB18655-2010《用于保護車載接收機的無線電騷擾特性的限值和測量方法》[1].

3）測試要求：導航終端設備放置在無導電性、低相關介電常數(shù)材料（εr≤1.4）上，距接地平板上方（50±5）mm 的位置．在0.15～108MHz 的全頻帶范圍內進行測試，同時滿足限值A和限值B要求，其限值要求見表1．

2.2.2 北斗車載導航系統(tǒng)傳導干擾-電流連續(xù)（CE）

1）測試目的：檢驗北斗車載導航終端設備的單根或一組控制線/信號線上的傳導發(fā)射．

2）測試標準：GB18655-2010《用于保護車載接收機的無線電騷擾特性的限值和測量方法》．

3）測試要求：北斗車載導航終端設備放置在無導電性、低相關介電常數(shù)材料（εr≤1.4）上，距接地平板上方（50±5）mm的位置．距接地平板邊緣＞10 mm．外殼不接地，電流探頭圈住整個線束（包括全部電纜），距導航設備連接器5 mm和75 mm兩處位置，在0.15～108MHz的全頻帶范圍內進行測試，同時滿足限值A和限值B要求，其限值要求見表2．

表1 傳導發(fā)射電壓法3等級限值要求表

表2 傳導發(fā)射傳導電流法3等級限值要求表

2.2.3 北斗車載導航終端設備輻射發(fā)射天線接收法測試（RE）

1）測試目的：測試北斗車載導航終端設備所產生的輻射發(fā)射，包括來自殼體、所有部件、電纜及連接線上的輻射發(fā)射．它用來鑒定其輻射是否符合標準的要求，以致在正常使用過程中不影響同一環(huán)境中（如汽車內部）的其他設備．

2）測試標準：GB18655-2010《用于保護車載接收機的無線電騷擾特性的限值和測量方法》[1].

3）設備放置：北斗車載導航終端設備放置在絕緣材料（εr≤1.4）位于接地平板（50±5）mm上，表面至少距接地平板邊緣（200±100）mm，外殼不接地．設備與負載模擬器之間的線束總長≤2000mm．平行與接地（參考）平面前端的線束長度應為（1500±75）mm，測試線束的長邊與接地平板的邊緣平行放置，面向天線邊緣的距離為100±10mm ．

4）測量天線的位置：雙錐天線、對數(shù)周期天線和喇叭天線等測量天線的相位中心應在接地平板以上（100±10）mm 處．拉桿天線的平衡板與接地平板連接，高度為（+10/-20）mm．導航設備及試驗天線距離墻壁和天花板，或距離吸波材料表面＞1m．不允許天線的任何輻射部分距地面小于250mm．

5）輻射發(fā)射限值要求：北斗車載導航終端設備需要在 0.15MHz～2.5GHz 的全頻帶范圍內進行測試，同時滿足限值A和限值B要求，輻射發(fā)射的限值等級要求見表3．

表3 輻射發(fā)射3等級限值要求表

3 北斗車載導航終端設備電磁抗擾度（EMS）測試

3.1 北斗車載導航終端設備傳導抗擾度測試（CS）

3.1.1 傳導抗擾度試驗：直接注入方式

1）測試目的：檢驗北斗車載導航終端設備對直流電源線上瞬態(tài)信號的抗騷擾能力，騷擾信號有8種波形即：脈沖1、脈沖2a、脈沖2b 、脈沖3a、脈沖3b、脈沖4、脈沖5a、脈沖5b．

2）測試標準：ISO7637-2《道路車輛—由傳導和耦合產生的電騷擾第2部分：沿電源線的電瞬態(tài)傳導》[2]．

3）脈沖波形1：模擬電源從感性負載突然斷開的情況，此時與感性負載并聯(lián)的被測件即使不再有電源供電，也會受到感性負載所產生的瞬變脈沖的干擾．這個干擾主要是由于電感上的電流不能突變造成的．如圖3所示．

4）脈沖波形2a：模擬并聯(lián)到北斗車載導航終端設備被測件上其他設備的供電電流突然中斷時，由于連接線纜的感性特征所引起的脈沖，如圖4所示．

5）脈沖波形2b：模擬點火電路切斷后，直流馬達發(fā)動機繼續(xù)慣性運轉所產生的瞬變波形對被測品的干擾，如圖5所示．

6）脈沖波形3a、3b：是由于開關切換動作引起的．連接線纜的分布電容/電感會影響脈沖波形的特性，如圖6所示．

7）脈沖波形4：模擬啟動內燃機引擎馬達時產生的電壓下降對被測品的干擾．如圖7所示．

8）脈沖5a/5b模擬拋負載瞬變脈沖．供電電池被斷開的同時，交流發(fā)電機仍然在供應充電電流，此時其他負載還處于交流發(fā)電機供電電路中，如圖8所示．

3.1.2 傳導抗擾度試驗：耦合感應方式（BCI大電流注入）

1）測試目的：檢驗北斗車載導航終端設備承受耦合到與北斗車載導航終端有關電纜上的射頻信號的能力．

圖3 試驗脈沖1電路原理示意圖

圖4 試驗脈沖2a電路原理示意圖

圖5 試驗脈沖2b電路原理示意圖

圖7 試驗脈沖4原理示意圖

圖8 試驗脈沖5a/5b試驗原理示意圖

2）測試標準：ISO11452-4《道路車輛 部件測試方法檢測來自窄帶輻射電磁能量的電干擾第4節(jié)：大電流注入測試法（BCI）》[2]．

3）試驗前大電流注入探頭的校準如圖9所示，校準條件見表4．

4）大電流注入法測試：ISO 11452-4標準規(guī)定了兩種測試方法：置換法和閉環(huán)法．

① 置換法：在使用電流注入鉗校準裝置得到的相應測試電平所對應的信號源電平后，測試時，直接輸出信號源電平．要求在離終端機150 mm，450 mm和750 mm 等3個位置，放置注入鉗進行測試．（沒有特殊說明一般采用此方法）

② 閉環(huán)法：在使用電流注入鉗校準裝置得到的相應測試電平所對應的信號源電平后（記錄此時的凈功率為校準功率），測試時，使用電流探頭監(jiān)視實際注入的電流，如果注入功率比校準功率大4倍，測量到的注入電流還是沒有達到標準規(guī)定的電流，就停止加大注入功率．并要求注入鉗放置在距離終端設備900 mm處，電流探頭在50 mm處．

5）大電流注入法測試要求：ISO11452-2005規(guī)定了測試的幾種調制信號，測試結果要求見表5．

3.2 北斗車載導航終端設備輻射抗擾度測試（RS）

1）測試目的：評價北斗車載導航終端設備從150kHz~1GHz（2.5GHz）頻率范圍內的抗射頻輻射電磁場干擾的能力．測試系統(tǒng)框圖如圖10所示．

2）測試標準：ISO11452-2《道路車輛 部件測試方法檢測來自窄帶輻射電磁能量的電干擾 第2節(jié)：電波暗室測試法（自由場）》[3].

3）場校準要求：將北斗車載導航終端設備暴露在天線產生的輻射電磁場中進行試驗．由于測試系統(tǒng)內的功放、天線、電纜、測量環(huán)境等整個頻率范圍內不是線性的，因此，需要進行校準測試，場校準是針對特定的測試電平（場強）定期進行校準，對每個測試頻率點，記錄產生特定場強（由場強探頭測量）所需的前向功率．校準時使用未調制的正弦波，將場強探頭中心點放置在地 平面（150±10）mm 上方，距離地平面邊緣（100±10）mm 位置．將場強發(fā)生器（天線）放在距離場強探頭中心位置（1000±10）mm 位置)， 分別對垂直極化和水平極化校準場強．校準文件內應該記錄前向功率和后向功率，并在測試報告中說明場強探頭的精確位置．

表4 BCI校準條件

表5 大電流注入測試要求結果

圖9 BCI測試校準布置框圖

圖10 電磁抗擾度測試示意圖

① 頻率 80MHz～1GHz，場強探頭應該放在線束（1500m）的中心位置．

② 超過1GHz ，場強探頭應該放在被測系統(tǒng)位置．

4）電磁場輻射抗擾度測試要求：在測試桌上放置北斗車載導航終端設備并連接線束和相關設備，將校準時得到的測試信號施加到導航終端設備上，在測試階段可以將場強探頭放在線束上方．對每個頻率點，分別執(zhí)行水平極化和垂直極化的測試．

① 試驗頻率范圍：頻率在200MHz～1GMHz為AM調制，采用調幅方式（AM）時，調制頻率為1kHz，調制等級80%，駐留時間均為2秒．頻率在1GHz～3GMHz為PM調制，采用脈沖調制方式（PM）時，方波重復頻率為217Hz（±10%），高電平持續(xù)時間為577μs，每個頻率點的停留時間不小于2秒，場強等級60V/m．

② 測試時北斗車載導航終端設備所有功能應正常．不允許出現(xiàn)雜音、斷音；屏幕無亂碼、斷碼、白屏、黑屏、波浪條紋；導航錯誤、不能導航等不良現(xiàn)象．

③ 輻射抗擾度限值要求測試結果見表6．

表6 輻射抗擾度測試要求結果

4 北斗車載導航終端設備靜電放電抗擾度測試（ESD）

1）測試目的：模擬人體或物體所帶的靜電在接觸設備表面或周圍金屬物品時的放電．以考察導航設備的抵抗靜電放電干擾能力．

2）測試標準：GB/T 19951-2005 2005《道路車輛-靜電放電的電騷擾試驗方法》[4].

3）測試要求：優(yōu)先選擇接觸放電測試，空氣放電必須是接觸放電不能使用時才使用，不同的放電測試方法測試電壓不同，其嚴酷度也不相同．對導航設備的所有試驗點，以規(guī)定的接觸放電電壓±8 kV和空氣放電電壓±15kV進行放電試驗，試驗后設備全部可用的功能狀態(tài)應符合B級要求．放電方式選擇及實驗點操作要求見表7、表8．

表7 放電方式與操作要求

表8 實驗點的選擇與所選擇的放電方式

5 北斗車載導航終端設備電磁抗擾度與靜電放電測試結果性能判據(jù)

A級：在施加騷擾信號期間和施加騷擾信號后，北斗車載導終端設備的所有功能都符合設計要求．

B級：在施加騷擾信號期間，北斗車載導終端設備能執(zhí)行其預先設計的所有功能；可以有一項或多項指標超出規(guī)定的偏差．在停止施加騷擾之后，所有功能能自動恢復到正常工作范圍內．

C級：在干擾施加期間，北斗車載導終端設備的一項或多項功能不符合設計要求，當停止施加騷擾信號后，能自動恢復到正常狀態(tài)．

D級：在施加騷擾期間，北斗車載導終端設備不執(zhí)行其預先設計的一項或多項功能，直到停止施

加騷擾之后，并通過人為簡單的操作或復位，才能自動恢復到正常操作狀態(tài)．

E級：在施加騷擾期間和之后，北斗車載導終端設備不執(zhí)行其預先設計的一項或多項功能，如果不修理或不替換，則不能恢復其正常操作．

6 結束語

深圳市汽車電子產品檢測與鑒定平臺的測試能力涵蓋了汽車電子產品測試需求，其測試數(shù)據(jù)目前已獲得了“北斗辦”及相關企業(yè)認的認可．基于GB 18655-2010、GB/T 19951-2005、ISO11452-24和ISO7637-2為基礎，完成其標準中所定義的輻射騷擾及傳導騷擾等各項測試，編寫了《GNSS定位型接收機通用規(guī)范》與《GNSS導航設備通用規(guī)范》，為制定北斗標準提供了基礎數(shù)據(jù)．

[1] GB18655-2010，車輛、船和內燃機-無線電騷擾特性-用于保護車載接收機的限值和測量方法[S]．

[2] ISO7637-2-2004，道路車輛—由傳導和耦合引起的電騷擾第2部分：沿電源線的電瞬態(tài)傳導[S]．

[3] ISO11452-2-2004，道路車輛—窄帶輻射電磁能量所產生的電氣干擾—零部件測試法[S]．

[4] GB/T 19951-2005，道路車輛-靜電放電的電騷擾試驗方法[S]．

Beidou Navigation System on Vehicles: EMC Testing and Experiments

LI Wugang, ZHU Fanglai, LI Zhengguo

（School of Automotive and Transportation Engineering, Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, Guangdong 518055, China）

After an analysis of application of Beidou Navigation the vehicle termination, the paper, taking into consideration of EMI source and EMC testing of vehicle electronic equipment, not only elaborates on the experiment standards and testing procedure of Beidou Navigation vehicle termination, but also proposes the test items, test equipment, test layout, test device and test results and so on. The results play an exemplary role for drafting the testing standards and specifications, and promotion of related products.

Beidou Navigation; electromagnetic capability; testing

U463.6

B

1672-0318（2014）05-0030-07

10.13899/j.cnki.szptxb.2014·05, 007

2013-11-18

*項目來源：深圳市經濟貿易和信息化委員會“北斗車載應用標準體系建設”（項目編號：2513K3100028）階段性成果

李武鋼（1965-），男，湖北咸寧人，高級技師，主要從事汽車電子產品電磁兼容教學和科研．