王毅 宗方勇
重庆前卫科技集团 重庆渝北 401120
摘要：针对某装备在实际使用过程中出现的受环境电磁干扰导致意外发火的故障现象，讨论了对其进行电磁兼容试验的必要性和复杂性，并提出了故障归零验证的电磁兼容试验的方案。通过专业电磁兼容实验室的实施验证，复现了故障现象，同时考核了改进电路设计后的新系统的抗电磁干扰能力。解决了传统武器装备在新电磁环境中存在的现实问题，对同类产品具体定的参考意义。
关键词：电磁兼容；电磁干扰；电磁兼容试验
引言
GJB151系列标准规定了军用设备和分系统的电磁发射和敏感度的基本要求和测试方法。该系列为三军通用标准，包括传导发射（CE）、辐射发射（RE）、传导敏感度（CS）和辐射敏感度（RS）四类。根据不同的试验目的，这四类试验共包含19项（GJB 151B为21项）具体的试验项目。制定试验方案或试验大纲时，需根据测试对象的特点及其任务环境合理选取试验项目并对项目限值进行剪裁。本文结合试验任务实际，借助于对相关电磁兼容标准的理解，提出了某装备的电磁兼容归零验证试验方案。
某装备在训练时，出现电点火器意外点火，后原因定位为：模块控制电路板受外界电磁干扰影响，造成VMOS管瞬间导通，使部分电点火器发生误点火。设计单位针对故障原因采取了相应的改进设计措施，并按专家意见开展样机试制和验证试验。
1.电磁兼容验证试验方案
本次电磁兼容性试验分为全系统试验和板级试验两个层级来开展，以兼顾故障定位和验证措施有效性两个方面。
1.1 试验项目及限值选取
1.1.1 系统级
装备工作在水下，但发生意外点火时机均在仓储和准备阶段，为全面检查产品功能，此次电磁兼容性试验环境状态充分考虑装备实际作战条件，同时参考潜艇类、水面舰船和海军地面类来选择试验项目。
对于全装备试验首先依据GJB151B表5“测试项目对各安装平台的适应性”确定适用的项目有：CE101、CE102、CS101、CS106、CS114、CS115、CS116、RE101、RE102、RS101、RS103。根据以下情况，裁剪部分项目：
1）CE101、CE102、RE101、RE102四个项目属于电磁发射类项目，与本次电磁敏感度验证试验目的无关。
2）CS101和CS106两个敏感度项目的试验对象均为系统的输入电源线，装备内部模块仅用电池供电，无外部电源输入，不适用。
1.1.2 板级
为验证改进措施对可能的干扰源是否有效，需要对新、旧模块进行电磁兼容对比试验。针对模块的板级试验，需要在旧模块上进行故障复现，针对新系统的试验，需要验证改进后的系统能否适应存储、运输以及部队正常使用过程中可能面临的电磁环境，因此本次电磁兼容性试验选择全面考虑有可能形成电磁干扰使模块意外点火的测试项目，板级试验项目在全装备适用项目的基础上，增加了CS102和CS112两个项目。
1.1.3 小结
板级试验以摸底试验为目的，结合装备实际作战条件以及使用存储环境等，试验限值不局限于GJB151B-2013，而是以GJB151B-2013为基础，结合实际试验情况实时调整。系统试验以验证为目的，限值综合考虑库房、水面舰船和水下三种状态，以GJB151B-2013最严酷的要求为准。基于上述分析，本次电磁兼容试验测试项目及试验限值要求详见表1。
1.2 试验实施流程
a）本次按先进行板级试验，后进行系统级试验，先进行故障复现，再进行验证的原则开展。试验顺序按以下原则进行实施：
b）先进行最可能造成点火器意外点火的项目，再进行可能影响小的项目；
c）同一个项目根据使用环境选择相应的试验限值，先选择地面（对应厂房存储环境），再选择舰船甲板上或水下外部（对应部队使用环境）。
2.试验结果分析
2.1试验结果
旧系统在进行故障复现试验过程中，只有CS114试验时火工品起爆，故障复现。通过分析可知导致火工品起爆可能是以下两种原因：
1）CS114干扰信号通过线缆耦合，使VMOS管瞬时导通，导致火工品起爆；
2）CS114干扰信号未使VMOS管导通，而是因为射频能量致使火工品起爆。
分析，对旧系统未装入电池，按相同注入电平进行CS114试验，两次试验均未使火工品起爆，说明CS114干扰信号通过线缆耦合的射频能量不足以使火工品起爆，故排除3.1.2。另分析CS114干扰信号通过线缆耦合，在与VMOS管相连接的大电阻两端感应出较大电平，导致VMOS管G端（栅极）产生瞬时触发电压，从而使VMOS管导通，火工品起爆。
2.2 试验结论
通过试验验证了外界电磁干扰了装备点火电路，造成VMOS管瞬时导通，导致火工品误点火，复现了故障。
同时通过对新系统验证试验，验证了改进电路设计后的新系统的抗电磁干扰能力较旧系统有所提高，满足电磁兼容性相关标准要求。
3.结束语
随着飞速发展的电子、电器技术在各领域的广泛应用，武器装备所面临的空间电磁环境日益复杂，复杂多变的电磁环境对武器装备的安全性乃至生存能力构成了严重的威胁。早期产品在研制之初对电磁兼容性的设计欠缺导致产品在复杂电磁环境下的抗干扰能力先天不足，对于承担这类装备的改进设计和制造的生产厂家提出了挑战。该文通过对某装备故障分析和问题定位，有针对性的制定了相应的电磁兼容归零验证试验方案，并在试验过程中复现了故障现象，完成了故障归零，通过这一案例，对类似改进和新研的产品，可以按照下述通用设计和验证原则：
a）自顶向下的电磁兼容设计
该案例中，全装备全寿命周期（包括仓储、运输、准备、作战等）中的电池供电和仓储阶段的脉冲电磁环境是导致意外点火的两个必要条件，原电路设计未考虑这两个必要条件，改进电路设计方案选择在仓储阶段的脉冲电磁环境下，对电池供电方案进行改进，改进效果明显。因此，装备电磁兼容设计应遵循自顶向下的设计原则：
1）全装备电磁兼容设计之前，应分析仓储、运输、准备、作战等全寿命周期所面临的电磁环境，从结构，模块布局，接地，电缆走线、分束捆扎、屏蔽等方面进行设计，以适应最严酷的外部电磁环境；
2）将1）所确定的外部电磁环境应力分解到模块，根据全装备的工作原理和电磁兼容设计方案，对GJB151B的通用要求进行剪裁，提出模块的电磁兼容设计要求。
b）自下而上的试验验证
该案例中，最终故障定位在控制模块的供电控制上，控制模块的电磁兼容是全装备兼容的必要条件，因此，试验应遵循先模块后系统的自下而上的验证原则：
1）制定模块的试验方案，试验项目大致分为三类：第一类，单独试验，通过性试验；第二类，单独试验，获取数据的试验；第三类，随系统试验，通过性试验；
2）编写评估分析报告，将模块的第一、第二类试验结果进行分析，以评估模块随系统进行试验的风险；
3）根据评估结论，制定系统试验方案，进行系统试验验证。
参考文献：
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[6] 陈穷，将全兴，周开基，等.电磁兼容性工程设计手册[M].北京：国防工业出版社，1993.
论文作者:王毅,宗方勇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/10
标签：电磁论文; 项目论文; 装备论文; 电磁兼容论文; 环境论文; 系统论文; 模块论文; 《防护工程》2018年第30期论文;