信息时代的电磁防护新技术，本文主要内容关键词为：信息时代论文,电磁论文,新技术论文,防护论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
自从人类进入信息时代以来，对多种信息技术设备的应用十分普遍，其可谓无处不在，且层出不穷。这些设备多与电、磁密切相关，有民用的，也有军用的；有计算机等微电子信息设备，也有无线与有线等通讯设备。他们都共同存在一个电磁泄漏或受外界高强电磁脉冲袭击及相互间的电磁干扰问题。
电磁向空间泄漏，会造成被处理的信息也一同向外穿泄出去，特别是国家机关或军事部门高级机密的外泄，会给国家安全或战斗战役带来不可弥补的损失。外界的电磁袭击，主要是雷电电磁脉冲与核爆炸瞬间生成的电磁辐射脉冲，它们的强度均极高。前者可引起计算机等微电子设备程序紊乱、信息处理失误，甚至烧毁、损坏计算机的中央处理系统及外围部件，造成不可估量的重大损失；后者会对电视机、无线电设备的接受部及电话机等设备造成破坏；设备间的电磁干扰则会让功能正常的计算机产生误操作等莫名其妙的故障。这如果发生在国家机要部门、军事部门或集中配有大量电子装备的战车、导弹、航天器、战斗机上，也都将导致诸如信息不准确、指挥失灵、无法探寻敌方目标、火箭制导偏差、点火失灵和飞行失控等非常严重的后果。譬如，在战斗机如此狭小的空间中，既要装备动力系统、油料、武器弹药系统、飞行操纵系统、飞行员座舱及自动弹射救生系统，还要装备许许多多必不可少的导航、通信、探测雷达、武器瞄准闭锁发射与跟踪自动系统和敌我识别等电子设备。这些设备不仅必须压缩在体积更小、互相间距离非常接近的范围内，而且还要在同时工作，于是由于设备密集所带来的相互干扰问题也就更为严峻。何况，这么多种类与数量的电子设备的工作频谱带也必然十分宽阔，既易影响别人，也易受人影响。如果是多机战斗群体行动，机群的互相影响，与敌我间电子干扰战的使用，电磁环境还会进一步恶化，削弱机载电子设备的性能。因此，稍有不当就会使整架飞机的工作陷于混乱甚至瘫痪状态。日前已有多次报载，美国十分先进的战斗机莫明其妙堕毁的事件，究其原因，电磁干扰也脱不了干系。
因此，从50年代开始，美国国家安全局（NSA）和国防部（DOD）就联合对电磁防护进行了绝对保密、绝不输出的研究与开发，以保障电子设备及信息的安全。到了80年代，这个问题也引起了西方发达国家的普遍重视，迅速开展了研究和解决电子信息技术设备的电磁泄漏及其安全防护的工作。我国对此问题的认识与重视及起步均较晚，直到近几年才有了较充分与较一致的认识以及应有的重视，对其研究也进入了较高层次，并很快提高到了一个新的水平。
电磁防护从其技术要求与任务的不同，基本可分为两大类：一类是防止设备自身在工作时，通过携带有被处理信息的电磁辐射向空间泄漏而造成泄密或相互干扰；另一类是防止外界高强度电磁场辐射对电子信息设备的损害。针对这两类的不同技术要求与目的，所采用的防护措施也应不同。
一、对信息电磁泄漏的防护
这个问题的首要防护对象是电子计算机。在此，一方面是要抑制外来电磁波对其干扰，另一方面则是要防止自己发出的电磁波外泄。对于前者，主要采用EMC（电磁兼容）设计并结合屏蔽来抑制干扰； 对于后者则主要采用把信息线与电源线上的传导干扰和机件上的辐射干扰降低到最低水平并结合屏蔽的办法。70年代时，电子计算机的应用与微型化在国外同时得到迅速发展与普及，我国也于80年代很快跟进，到了90年代也得到普及并进入家庭，从而成为世界上计算机应用第三大国。这些计算机及各种电子信息设备与通信设备在工作时难免会泄漏出部分电磁辐射，即使同这些设备相连接的数据线与电源线，也同样会不时向周围空间散发出电磁波辐射。由于这些计算机及电子信息设备与通信设备非常之多，弥漫于空间的电磁波辐射便纵横交错、此起彼伏、干扰叠加，一片混沌，势必造成严重的相互干扰。如果这些设备之间有足够近的距离，辐射强度达到足够大，还会引起设备的误动，导致类似指令误传、制导失灵、飞行器失灵等等严重事故（在飞机上不允许使用手机、手提电脑就是这个道理）。更严重的是，这些电磁波辐射都携带着这些设备所处理的信息而如同无线电载波那样向空间散播，如果用高灵敏度的接受机就可在普通无线电台500千赫兹～120兆赫兹之间的频率范围内接受到这些信号，通过放大、分析、筛选与破译，就可得到清理复原的信息，从而得到未公开或不能公开甚至绝密的情报，这不论对国家还是对军事行动都会造成泄密的危险后果。
为了防止信息的电磁泄漏，防止窃听，维护国家机密信息的安全和有用数据的保密，最常用的方法之一就是在这些设备外围设置金属屏障网或隔离墙来阻止或减小电磁波向外辐射（如图1所示）。另外， 也还须在技术上采用机房屏蔽和加强本机屏蔽，并在经济条件许可的情况下尽量采用屏蔽性能高的材料，选用电磁发射低的元件，加置滤波电路，消除和降低信息信号对作为载波的外泄电磁波的调制，合理设计机内布线以及采用接地消除机底电容等措施，使其电磁外泄降低到最小程度。
为使这些措施能够切实获得更好的效果，还需在以下五方面紧紧跟上，密切配合：
1.研究与制定适合我国实情和技术实现能力的防止信息电磁泄漏技术标准，并随着国际信息窃取技术的不断提高，不断调整和修改相关的技术要求；
2.研究与建造符合防止信息电磁泄漏技术标准的屏蔽室，尤其是战地技术革新的屏蔽室和战车、战舰、战机、导弹制导系统的屏蔽舱以及低辐射的计算机系统的研制；
3.研究与试制有利于防止信息电磁泄漏的新材料、新工艺、新元部件，尤其是低辐射元件、高性能屏蔽材料与导电外膜喷漆工艺等方面的工作要尽快跟上去；
4.由国家安全部主持，监控、加强有效的信息电磁泄漏测试技术的研究及其测试设备的研制，尤其是符合防泄标准并由微机自动化控制的测试系统的研制，并绝对保密不泄漏；
5.加强防泄设备、工艺与材料规范的研究与制订，以及低辐射电子设备与结构工艺等设计规范的研究与制订。
相信在这五方面的事做好了，防止信息电磁泄漏工作也就处于比较完备、安全的技术监控范围之内。
二、外界高强度电磁脉冲损害的防护
1.对雷电电磁脉冲的防护
雷电是自然界中最强的一种脉冲放电现象，由于电与磁的同生性，放电过程中强大电流的移动必然同时产生强大磁场，所以它也成为自然界中最强大的电磁干扰源，且蕴涵着极高的能量。若以它的平均值计算，一次闪电中就含有1万个脉冲放电过程， 每个脉冲的平均峰值可达到数万安，它击穿的空气行程可从数百米长至数公里，其间电阻是至少要用数万欧计，故一个雷电的主放电过程所释放的能量至少有数十万亿千瓦，如此强大的能量以电磁脉冲形成向空间四周辐射，当它被输电网或通信网（犹如室外天线）接收，并通过供电电源线或信息引入线进入电子计算机网或通信设备时，它给计算机等微电子设备将会造成的损害就不难想象。
在对其进行防护时，除以往通常采用的在电源与信息引入线上加接避雷通地装置等办法外，在计算机系统自身方面也应从硬件与软件方面入手来提高其抗干扰与防雷击的能力。
在硬件方面，首先要在设计时就要考虑机件本身于电磁兼容性能的提高，要达到国家或军用的相应标准，在机房与计算机系统设有良好的接地之后，还要对高频接地、防雷接地、安全接地和交直流接地的设计也不能忽略。同时再配合采用多种综合抗干扰措施，做到多层防护，提高可靠性。
在软件方面，首先在设计时就要应用数字滤波技术、标志技术、容错技术与既留有充分安全系数余地又能使元器件的特征曲线能充分利用等技术预先考虑计算妥当，然后再加上屏蔽、接地泄扰、滤波减扰、堵截峰压、分流与均压等防护措施，多管齐下。
在屏蔽时，不仅要注意到机房与设备整体的屏蔽，还要注意元器件之间的屏蔽与相互间的位置与方向及相互间的绝缘与绝磁，还有电源线、信息线的输入与输出线也要采用特种屏蔽线并接地保护。
在采用滤波手段时，首先更用电源电磁干扰滤波器有效地抑制住来自电源线上的外来电磁干扰信号电平，大幅度地降低来自电源，线进入的电磁脉冲。再在机房与整机的进出口处及传导线间适当加置几级滤波电路，以此来极大限度地抑制传导耦合干扰。值得参照的是美国有一个军用标准MIL－STD－461/462，可以按其要求，加用高速避雷器来消减雷电电磁脉冲的干扰能量，目前这种高速避雷器我国尚无生产，有待研制开发。要求极高、使用环境极苛刻的军用设备的问题如果能解决，用于民用设备，技术上自然能够达到要求，主要则是如何进一步降低成本与售价，大量推广使用。
2.对核爆炸电磁脉冲的防护
核武器爆炸时，一般均在高空，有时可在同温层以上。核爆炸在产生光、热、放射性辐射与冲击波的瞬间，其本身就是一种极强的高温等离子体电磁脉冲。核辐射（如其中的γ射线）在冲撞到爆炸尘埃和大气分子中的原子核时，还会发生康普顿效应，使其核外电子获得能量而脱离该原子的核外轨道，向外流窜，形成电子流，又产生次级电磁脉冲，从而在瞬间形成强大的多次复合核爆电磁脉冲（见图2）。 虽然它只是瞬时发生，持续时间远没有雷电一次闪电持续的时间几十到几百微秒长，最多不过200纳秒，但它在8纳秒内就可上升到极大值，任何如同高速避雷器等电磁保护装置都来不及响应，电场强度极高，峰值可达50千伏/米，比一般的电磁干扰强度要高数十至上百分贝。另外，这种电磁脉冲的频率范围极宽，可从10～100兆赫兹，对无线电、 电视机的接收端及电话等通信设备都会造成破坏作用，将其中的半导体器件与微电子设备击穿，导致整个广播、电视、通讯、情报、控制、指挥系统陷于瘫痪。
在对核爆炸造成的电子脉冲进行防护时，除了要对整个系统设备具有良好的电磁兼容设计之外，还必须赋予系统的机房具有优良的电磁屏蔽的性能，最好是能够建立专门的屏蔽室。尤其是战场上，配备有电子与电气设备的指挥所、战车、战舰、飞机，要求这些设备可靠地屏蔽于密闭舱之中，提高这些密闭舱的整体电磁屏蔽性能，也就对核电磁脉冲能起到安全的防护作用。如是，不但简单、易行，而且成本低，防护性能也好，是一个行之有效的好方法。
相信在不久的将来，我国的电磁防护技术也会很快地赶上国际先进水平。