軍用電子裝備的電磁干擾問題和抗干擾解決方案

在現(xiàn)代高科技武器中軍用電子裝備的抗干擾問題對電子裝備可靠性水平有重大的影響作用，也越來越引起各國軍方的高度重視。在現(xiàn)代戰(zhàn)場上，以過密電磁輻射頻譜運行的武器系統(tǒng)迅速增加，造成戰(zhàn)場上各軍兵種武器系統(tǒng)間電磁干擾（EMI）的可能性不斷增大，當兩個系統(tǒng)以足夠接近的頻率和間距運行時，就會出現(xiàn)電磁干擾。其對武器系統(tǒng)性能和可靠性將造成惡劣的影響并由此而產(chǎn)生極其嚴重的后果，這其中就包括信息不準確、無法探測敵方目標、引信過早點火、飛機飛行失控和制導(dǎo)武器失靈等。

一、目前海、陸、空三軍用于戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)等各種武器裝備都包含有大量的電子裝備，這些裝備的正常運作都必須解決電磁兼容（EMC）的問題，問題不解決其后果不堪設(shè)想。

在對敵作戰(zhàn)中，常常要靠以戰(zhàn)斗機等裝備為首的武器系統(tǒng)，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中它們對于搶占先機具有極其重要的作用。在戰(zhàn)斗機狹小的空間里，必須裝備很多復(fù)雜的通信、導(dǎo)航設(shè)備以及雷達和敵我識別等電子設(shè)備，如此眾多的電子設(shè)備在飛機有限的空間內(nèi)要同時工作，除了電子設(shè)備的質(zhì)量和可靠性水平直接影響著戰(zhàn)斗機的作戰(zhàn)性能以外，設(shè)備的密集所帶來設(shè)備之間的相互干擾問題也不能忽略，因此，各設(shè)備之間的電磁兼容已是一個至關(guān)重要的問題。隨著機載電子設(shè)備的種類和數(shù)量的不斷增加，它們所占用的電磁頻譜越來越寬，所傳輸?shù)男畔⒘吭絹碓酱螅蚨鴻C載電子設(shè)備之間的電磁兼容問題也越來越突出。如果這個問題解決得不好，就會使整架飛機的工作陷于混亂狀態(tài)，而機群的電磁環(huán)境還可能使飛機的飛行控制、雷達、通訊、導(dǎo)航、電子戰(zhàn)、火控和導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的性能降低，這些不利影響隨著放射功率的增強、接收靈敏度的提高，體積更小和更敏感的固態(tài)電路的應(yīng)用而變得更加明顯。

二、實際上，軍用電子裝備的電磁兼容基本對策大體上可分為接地、布線和圖形布線、元件選定、濾波和屏蔽等。其要求要比民用設(shè)備更高、更嚴格些。由于軍用電子設(shè)備大多數(shù)都要密集安裝在戰(zhàn)斗機、艦船、坦克等軍事裝備中，其所處的電磁兼容環(huán)境很嚴酷，因此研究與現(xiàn)代軍用電子裝備密切相關(guān)的電磁兼容項目和電磁防護新技術(shù)就顯得尤為重要。

（一）、抗電磁脈沖（EMP）的對策技術(shù)

在現(xiàn)代戰(zhàn)場上，電子對抗和電子干擾貫穿于戰(zhàn)爭的始終，最危險、最致命的殺傷就是敵方發(fā)出的強大電磁干擾和電磁脈沖。電磁脈沖（EMP）是一個不容忽視的重要問題，它可以來自多個方面，主要有核武器爆炸時產(chǎn)生的強大的核電磁脈沖（NEMP）和打雷時的閃電輻射造成的雷電電磁脈沖（LEMP）等。

1、核電磁脈沖（NEMP）

核電磁脈沖（NEMP）是核武器爆炸的產(chǎn)物。核爆炸時，除了產(chǎn)生光、熱、輻射能以外，還產(chǎn)生強大的核電磁脈沖。

在40km以上高度的大氣層外發(fā)生核爆炸時，伽馬（γ）射線脈沖到達大氣層，與空氣中的分子發(fā)生沖突而產(chǎn)生康普頓效應(yīng)。所謂康普頓效應(yīng)，就是一種把電子從空氣的分子中擠趕出來的現(xiàn)象。在這個電子的流動過程中產(chǎn)生電磁脈沖。雖然核電磁脈沖為瞬時現(xiàn)象，但它對半導(dǎo)體器件及微電子設(shè)備卻具有極大的殺傷力——電擊穿。其作用范圍隨爆炸的高度而異，核電磁脈沖的最大特點是上升時間快、強度大。上升時間約8ns，連接時間約200ns，電場強度高，可達50kV／m，是一種高強度的電磁干擾源（ENI），比通常的電磁干擾源強度高幾十至上百分貝；另一特點是作用范圍廣、頻帶寬、能量大。頻帶從10KHz至100MHZ，除了對顯示器、無線電設(shè)備的前端（高頻端）有影響以外，對電話機等設(shè)備也有破壞作用，可使敵方的指揮、控制、通信、情報等系統(tǒng)遭受重創(chuàng)甚至癱瘓，成為現(xiàn)代戰(zhàn)場上最為嚴重的電磁破壞因素。

為了保證武器系統(tǒng)能正常地履行其功能并發(fā)揮重大作用，就要實施電磁脈沖的防護。軍用電子設(shè)備的核電磁脈沖防護也是電磁兼容工作的一個重要組成部分。在現(xiàn)代戰(zhàn)場上，為屏蔽電磁干擾和電磁脈沖的危害，就必須要求裝載電氣與電子設(shè)備的方艙具有很好的電磁屏蔽性能?？偟膩碚f，使用方艙并提高方艙整個艙體的電磁屏蔽性能就是一個很好的方法，它具有簡單、成本低、整體效果好等優(yōu)點。

2、雷電電磁脈沖（LEMP）

雷電是自然界強大的脈沖放電現(xiàn)象，也是一種靜電現(xiàn)象，而且是自然電磁干擾源中最強的一種放電現(xiàn)象。一次閃電平均含有上萬個脈沖放電過程，電流脈沖平均幅值為幾萬安培，持續(xù)時間幾十到幾百微秒。閃電通道大約有幾百米至幾公里長，在主放電過程中，它們向周圍空間輻射高頻和甚高頻能量，從而產(chǎn)生雷電電磁脈沖（LEMP）。雷電電磁脈沖給計算機等微電子設(shè)備帶來的危害也是相當嚴重的。雷電脈沖通常通過電網(wǎng)供電電源進入計算機網(wǎng)絡(luò)造成干擾，輕則引起計算機程序混亂、信息處理失誤；重則燒毀元器件，或使某些部件損壞直至停機，造成難以估計的重大損失。

由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)在軍用電子裝備中的應(yīng)用程度越來越高，采取相應(yīng)的電磁兼容防護措施已成為軍用電子裝備安全性與抗干擾技術(shù)的一個迫切要求。具體地說，首先應(yīng)從硬件、軟件方面提高計算機系統(tǒng)自身的抗干擾能力。例如，在硬件設(shè)計中要進行電磁兼容設(shè)計，綜合采用各種抗干擾措施；在軟件設(shè)計中，可以利用冗余技術(shù)、容錯技術(shù)、標志技術(shù)以及數(shù)字濾波技術(shù)等。其次，還要采取攔截、屏蔽、均壓、分流、接地和濾波等防護措施。

例如，屏蔽包括機房屏蔽、整機屏蔽、元器件之間的屏蔽和隔離以及電源的進線和輸入線、輸出線的屏蔽和接地；系統(tǒng)與機房不僅要有良好的接地，而且還要按需進行交直流接地、高頻接地、防雷接地和安全接地等設(shè)計；濾波也是抑制傳導(dǎo)耦合干擾的重要方法，可以首選電源電磁干擾濾波器。它是電磁干擾濾波器的一種，對實現(xiàn)和改善電子設(shè)備與電子系統(tǒng)的電磁兼容環(huán)境有很大的幫助，可以有效地抑制電源線上的信號干擾電平，降低來自供電網(wǎng)的干擾，并可在屏蔽體的出入口或?qū)Ь€的適當位置安裝濾波電路。目前，國外的做法是，根據(jù)美軍標（NIL—STD—461／462）的要求，軍用設(shè)備必須設(shè)置避雷器來降低LEMP的干擾能量，一些能高速工作的避雷器之類的部件也就應(yīng)運而生，而且，為了確認其效果，還正在使用一種比較大型的新式EMP模擬設(shè)備。

3、防信息電磁泄漏（TEMPEST）技術(shù)

從七十年代起，計算機在國外迅速普及并發(fā)展起來，計算機相互之間的干擾和抗干擾問題日益突出，一些功能正常的計算機常常會產(chǎn)生一些不知其所以然的錯誤動作等故障。更為嚴重的是，計算機的電磁發(fā)射信號不但頻譜成分豐富，而且攜帶信息，因而對其處理的信息的安全性將造成巨大的威脅。尤其是近幾年來，使用以計算機為主的信息技術(shù)設(shè)備處理重要信息的必要性日漸增大，但是，隨之而來的就是數(shù)據(jù)保密問題。保密的其中一個內(nèi)容就是如何防止竊聽。

計算機等各種信息技術(shù)設(shè)備和通信設(shè)備在工作時常常會泄漏電磁波，而且與這些設(shè)備連接的數(shù)據(jù)線、電源線同樣也會有電磁波輻射出來。這樣，被處理的信息也就會通過電磁輻射向空間泄漏。其頻率范圍可達數(shù)千赫到1兆赫，如果用ELINT系統(tǒng)那樣的高靈敏度接收機接收這些電磁波，就可能成為竊聽的對象。通過使用分析和破譯處理等手段，就可以復(fù)制原信息，造成失密等嚴重后果。因此，世界各國對信息技術(shù)設(shè)備的信息電磁泄漏問題越來越重視并開展了一系列有計劃、有組織、有針對性的研究。

從八十年代初期開始，國外正在迅速開展一項專門研究和解決信息技術(shù)設(shè)備的信息電磁泄漏及其安全防護問題的活動。這個活動被稱為防信息電磁泄漏（TEMPEST）。

TEMPEST與軍事電子設(shè)備的電磁兼容（EMC）項目密切相關(guān)，可以說是EMC研究體系中的一個獨立的分支。目前，國外已把它作為計算機安全研究的一項重要內(nèi)容。它的定義如下：對有損任務(wù)安全性的意外電磁輻射（EMR）的控制。所謂TEMPEST技術(shù)，并不以那些有意輻射電磁波的無線通訊設(shè)備為對象，其目的是使有用信息尤其是一些涉及國家安全的機密信息不被竊取和破譯，以免造成失密；其技術(shù)措施就是防止計算機等信息技術(shù)設(shè)備在不知不覺間通過電磁波輻射而泄漏有用的機密信息。因此，雖然防信息電磁泄漏（TEMPEST）技術(shù)在抑制干擾的方法和手段上與EMC技術(shù)有許多相似之處，國外通常把它并入EMC的研究領(lǐng)域之中，但是，其目的是與EMC技術(shù)以互相兼容的觀點研究電磁兼容的耦合形式和干擾抑制的目的完全不同的。這是一種要求把傳導(dǎo)干擾（CE）和輻射干擾（RE）降至最低程度的技術(shù)，方法之一是在建筑物的外墻壁和間隔墻上采取措施防止。

防信息電磁泄漏（TEMPEST）技術(shù)的研究內(nèi)容主要有以下幾個方面：

（1）、設(shè)計規(guī)范的研究：

包括低輻射電子設(shè)備、結(jié)構(gòu)工藝等設(shè)計規(guī)范的研究。

（2）、測試設(shè)備與測試技術(shù)的研究：

研制符合防信息電磁泄漏（TEMPEST）標準、由計算機控制的自動化系統(tǒng)；防信息電磁泄漏測試可分為TEMPEST設(shè)備的檢測和TEMPEST屏蔽機房的檢測兩個方面。

（3）、防信息電磁泄漏（TEMPEST）標準的研究：

歐美各國均有嚴格的TEMPEST技術(shù)標準，并由國家安全部門直接控取水平的不斷提高，各國還將不斷制定和修改TEMPEST標準。

（4）、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝的研究：

包括低輻射元器件、高效能屏蔽材料、導(dǎo)電噴涂工藝等方面的研究。

（5）、符合防信息電磁泄漏（TEMPEST）標準的設(shè)備及屏蔽室的研究：

包括低輻射的計算機系統(tǒng)等。

為了保衛(wèi)國家安全，軍用電子裝備對防信息電磁泄漏（TEMPEST）技術(shù)的要求還將越來越高，有必要進行更深入的研究。

三、結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代軍用電子裝備的電磁兼容（EMC）問題是至關(guān)重要、不能忽略的，與此密切相關(guān)的電磁防護新技術(shù)將發(fā)揮極其重要的作用。然而，我國對EMC問題的研究則起步較晚，無論是理論還是技術(shù)等整體的研究水平均落后于國外先進水平。近幾年來，我國在電磁兼容和電子抗干擾的研究上有了一定的發(fā)展和進步，這種進步不僅體現(xiàn)在技術(shù)方面，而且也體現(xiàn)在廣大工程技術(shù)人員和管理部門對這項研究的認識提高和日益重視上，這標志著我國EMC理論與技術(shù)的研究工作已經(jīng)進入了一個更高的層次和達到了一個新水平。

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