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舰载电子装备电磁干扰应对技术研究

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  摘要    近年来,电子技术的发展推动了舰载电子装备的智能化、现代化升级,世界各国在加快海军舰艇建造速度的同时,对电子装备的研究给与了高度关注,其中就包括舰载电子装备的抗电磁干扰技术。本文以此为研究内容,在分析电磁干扰对舰船电子装备的影响的同时,从多个方面对提升舰载电子装备抗电磁干扰的技术进行讨论,从而实现舰船电子装备在复杂电磁环境下的稳定性的提升,确保舰船综合作战效能。
   【关键词】舰载 电子装备 电磁干扰 研究
   随着科学技术的发展,以及世界各国海洋领土意识的不斷强化,舰载装备的现代化成为世界各国海洋防御能力提升的重要内容,在此情况下,则需要加快以电子装备为核心的现代舰载装备体系建设。然而,基于电子装备对电磁信号的敏感特性,以及现阶段舰载电子装备密度的增加,使得电子装备受电磁干扰的现象普遍存在,所以,通过对舰船电子装备电磁干扰应对技术的研究,才能够在一定程度上确保电子装备的稳定性。
   1 电磁干扰对舰载电子装备的影响
   由于电子装备密度的增加,以及舰艇内部大功率电动机的使用,导致舰艇内部空间中的电磁环境较为复杂,在缺少科学应对措施的情况下,会对舰载电子装备造成不同程度的影响。
   1.1 降低电子装备的性能
   在舰载电子装备的实际使用过程中,电磁干扰信号的存在将影响其内部微弱信号的传输质量,由此导致电子装备的性能稳定性下降。例如,舰载语音记录系统,该系统能够对与之相连的通信系统中的语音信息进行实时记录,从而便于事后进行数据分析。然而,由于舰船内部电磁干扰的存在,导致语音记录系统、通信系统的工作性能明显下降,语音记录系统所记录的数据信息并不完整。
   除此之外,对于某些大功率电机附近的电子装备来说,由于周围交变磁场较强,在该环境中,其性能不仅下降严重,甚至还会降低其故障率升高,降低其使用年限。
   1.2 电子装备的误动作
   在舰载电子装备的实际使用过程中,强电磁场的存在极易对雷达形成干扰,以至于雷达等具有定向跟踪能力的探测设备误认为目标信号,进而发生虚警、误动作等现象。
   以无源探测雷达为例,在实施电子对抗的过程中,电子干扰设备发出的强大电磁波会被无源探测雷达所接收,此时,若电磁兼容系统未能发挥作用,将导致无源探测雷达对电磁波的主瓣区域作为目标源,进而提供虚假情报,并向指挥控制系统、武器防御系统发出错误的目标信号,若果所有系统均处于自动操作状态,则极易造成武器装备误发事故。
   并且,在一些大功率电子装备中,普遍装有了电磁继电器,然而,在交流电供电不稳定的情况下,由交流电形成的瞬时电磁场会破坏继电器的吸合状态,导致电子装备工作异常。
   2 舰载电子装备电磁干扰的应对策略
   电磁干扰的存在,是影响舰载电子装备性能的主要因素之一,相比较来说,电子装备的大量使用虽然在某种意义上实现了舰船的现代化、智能化、网络化,但是,从实际应用的角度来看,解决电磁干扰带来的影响是提升舰船电子装备作战效能的前提之一。对此,可以通过电磁干扰的空间分布关系,分别提出舰载电子装备电磁干扰应对措施。
   2.1 舰艇内部空间的电磁干扰应对策略
   由于趋肤效应的存在,舰艇内部干扰主要是由内部电子装备、电流转换设备、大功率电机所产生,所以,根据电磁干扰形成的三要素,可以在干扰源、传播路径、干扰对象上采取相应措施。
   2.1.1 电子装备自身电磁干扰的应对措施
   对于电子装备来说,其内部硬件设计形成的电磁干扰较为常见,因此,强化对舰载电子装备自身电磁干扰的应对就显得尤为重要。
   (1)根据电子装备的具体设计情况,区分其内部的干扰源与被干扰对象,如逆变器、线圈、继电器等,通过独立设计防护的措施来弱化电子装备内部干扰;
   (2)利用模块化的设计方式,根据其功能的不同将其独立开来,通过有效的模块防护措施,加强对电磁干扰信号的屏蔽效果;
   (3)在选用相关电子元器件的过程中,应选择电磁环境适应性较强的电子元器件,尤其是对于一些容易被磁化的电子元器件来说,需要通过严格的质量检测,否则,将对电子装备的整体性能带来影响。2.1.2加强电流转换设备的电磁干扰处理
   电流转换设备在舰载电子装备中有着较为普遍的应用,然而,由于在其工作过程中,会形成大量的高次谐波信号,由于谐波信号的能量累积,导致其产生的电流也就相对增加,进而形成具有规律性的电磁干扰信号。
   针对电流转换过程中的电磁干扰,可以根据电容“隔直通交”的原理,在电流转换设备与舰载电子装备之间增加一个电容,且电容的规则应当以0.5μF最为适宜,并将电容另一端与机壳相连接,以有效减轻高次谐波对电子装备的影响。然而,这里需要注意的是,对于桥式整流电路来说,由于其结构相对较为特殊,则需要根据桥式整流电路的电压关系,将规格为0.5μF的电容接入其电压对角线,如此,才能够抵消高次谐波带来的影响。
   以上电容规格的选择主要是以舰载电子装备普遍使用的50Hz交流电为依据,若对应装备的供电频率发生变化,则电容的规格也应当进行相应的调整。
   2.1.3 大功率电机的电磁干扰处理
   大功率电机的使用会形成不同频率的电磁干扰信号,对此,在舰船设计过程中,除了在空间划分方面尽量保证大功率电机周围无敏感电子设备外,还需要采取有效的电磁干扰处理技术,以降低由其对电子装备的形成的电磁干扰。
   (1)通过增加阻尼的方式,可以避免大功率电机在运转过程中的转速变化带来的电流剧烈变化,使大功率电机周围电磁场能够维持在相对稳定的状态;
   (2)大功率电动机在工作过程中产生的电磁干扰主要包括共模电磁干扰和差模电磁干扰两种,工模电磁干扰则可以在大功率电机的输出端与地之间增加旁路电容,对于由大功率电动机电刷与换向器形成的差模电磁干扰,则可以利用差模抑制电感进行处理。    由于大功率电机形成的电磁干扰较强,且电磁干扰信号的评率较为复杂,因此,在选用对应电容、电感时,可以根据实际测量到的电磁干扰信号频率范围进行选择。
   2.2 舰艇外部空间的电磁干扰应对策略
   根据以往电子装备的实际使用情况来看,針对舰艇外部空间的电磁干扰则可以采取以下应对措施。
   2.2.1 电磁兼容设备的匹配性
   为实现对舰船有雷达等设备电磁信号的统一管理,大多数舰船可以通过电磁兼容设备实现对特定频率的控制,以避免电磁信号管理混乱带来的各种问题。例如,在电子对抗进行干扰的情况下,为避免电子干扰机柜发出的高功率电磁波信号耦合进雷达装备,则需要切断雷达装备在这一频率上的接收通道,以确保本舰雷达装备安全。
   电磁兼容设备的使用,能够实现对来自于己方多个频段电磁信号的有效管理,以充分利用有效的电磁信号资源,使舰面雷达、通信等电子设备能够保持良好的性能。
   2.2.2 强化大功率通信天线的抗电磁干扰
   大功率通信天线在使用过程中会受到来自于不同干扰源的电磁波干扰,为此,则需要通过增加隔离度的方式来强化大功率天线的抗电磁干扰效果,其具体做法主要有以下几种:(1)对于电子大功率电子通信装备的天线来说,则可以采取天线长度的差异化处理,从而实现天线谐振频率的参差效果;(2)尽量采用复合天线,以减少通装备天线的数量,在节省舰面空间的同时,也能够实现对舰面空间的科学利用;(3)为降低主桅大功率天线的耦合干扰,则需要采取带有平衡网的非对称振子的共线排列方式,两个振子的方向相反。
   2.2.3 舰载雷达的同频干扰处置
   对于舰载雷达来说,在周围海域较为复杂的情况下,容易出现同频干扰现象,直接反映在雷达显示器上是较为混乱的雷达回波,但是,相关回波是来自于其他舰船或飞机雷达发出的电磁波。由于雷达设计的技术限制,其旁瓣电平将由于周围天线、气象仪等设备的影响而无法达到40dB。根据这一情况,则可以采用雷达接收机电路旁瓣抑制系统,从而将雷达旁瓣接受到的同频干扰信号进行抑制,从而避免来自于其它同频雷达的电磁信号干扰。
   3 总结
   目前,电子装备已经成为舰艇作战效能提升的重要保障,各国现代舰艇的电子装备密集程度也在随之提高。尽管,建在电子装备对舰艇内外空间电磁环境的要求较高,且极易受到电磁信号的干扰,但是,利用电磁屏蔽、滤波、接地等技术,从电磁干扰的源头、路径、对象三个方面采取措施,进而实现对电磁干扰的有效抑制,促使舰艇的综合作战效能得到稳定发挥。
   参考文献
   [1]陈武燕.浅谈现代舰船电磁干扰及干扰抑制[J].船舶,2003(04).
   [2]邱东明,周国军.电磁干扰对舰艇的危害与抑制[J].抚顺石油学院学报,1999(S1).
   [3]倪丛云.舰载雷达的电磁兼容设计[J].舰船电子对抗,2002(01).
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