舰船电磁兼容

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电子化是现代化的象征，是海军装备现代化的核心。电气、电子设备在工作中将产生具有一定能量的、频谱很宽的电磁波，这些电磁波通过导线和空间传导发射出去，会形成对电气、电子设备、仪器仪表的干扰，轻则不能发挥应有的功能，重则造成设备损坏,强电磁场的辐射还将危及舰员、电爆武器、燃油的安全,使舰船不能完成预期的战斗任务。可见,舰船电磁兼容性是指舰船上的电气、电子设备或系统能相互兼容工作而不导致其功能和指标的降级,并且电子设备辐射产生的电磁能量对人员、武备、燃油、电子器件不会产生危害的最优状况。

1电磁干扰的危害和电磁环境的恶化

自19世纪末无线电技术首次在舰上使用以来，海军舰船上就存在着电磁干扰问题。电磁干扰有时会给战事活动带来严重后果。早在1967年7月，美国航空母舰“福莱斯特”号为执行战斗任务而悬挂于飞机下方的一枚57mm火箭正待命发射，突然被雷达扫描波束引爆，舰上134人丧生，毁坏飞机27架，总的经济损失达7200万美元。60年代中期，美海军驱逐舰载遥控反潜直升机由于受到舰载对空搜索雷达的电磁干扰而损失很多架以后，被迫退出战斗。l982年，英、阿马岛海战，由于英国HMS“谢菲尔德”号驱逐舰的雷达与通信设备之间没有电磁兼容性设计，为了远程通信而不得不关闭其雷达，结果因未能发现来袭的阿根廷飞机，而被其发射的“飞鱼”导弹击沉。
现代舰船是用先进电子设备与系统装备起来的，海军舰船离开电子设备就不可能完成预期使命。以舰载作战系统为例，电子设备提供了雷达预警、跟踪和制导，武器系统控制、指挥与决策，外部和内部通信，数据传输处理，敌我识别，电子战，导航，遥测，水下探测，气象等。这些电子设备所产生、接收、传送、处理、贮存的电信号中含有大量信息。如此众多的电子系统集中装备在舰船的狭窄空间内，使得电子设备的使用密度日趋增大。频谱的拥挤、林立的天线，发射电平的增大、接收灵敏度的提高、数据和弱信号传输量的扩大、各种金属构件的天线和非天线效应、大量成束电缆的敷设等等，都给电磁干扰的产生和传播提供了条件和途径。在这种情况下，一艘舰船的全部设备同时工作，势必造成相互干扰，舰船编队时，设备相互干扰将更加严重。为了保证舰船各种电子设备和武器系统
正常工作，顺利完成舰船的战斗使命，必须控制电磁干扰，达到全船电磁兼容。


2舰船电磁干扰的来源

现代舰船上有许多无源金属构件：船舱进出口、倾斜梯、桅杆、平台、支柱和衍架、起货机、吊艇架、索链、扶手和救生索、旗杆、缆绳、垂直舱口盖、武器发射架、诸多通讯和雷达天线等。这些物体以极其复杂的形状和尺寸排列起来，以各种可能的方式产生阻挡、截获、传导、反射、散射、绕射和再辐射的电磁能。对没有逃逸出去的电磁能有时以互调干扰的形式产生新的电磁产物。单个电磁发射器或传感器可能位于桅杆的最高部位，其它
一些发射器和传感器可围绕圆形桅杆向下一个短距离间隔垂直分层布置。显然，后者必然会遭受无源金属物体，即各种电磁散射体的影响。
此外,所有电气有源金属装置,即由电动机驱动的机械装置或发电机供电的工具、起货机和衍架、武器系统瞄准和旋转天线等电气实体不仅增加金属障碍物,且对舰船环境形成强烈的电磁干扰。电磁环境中舰船射频环境最为复杂，它是由多个干扰源产生的辐射电磁能的复合场，主要干扰源是舰船上的发射机，包括：(1)高频通讯发射机；(2)甚高频通讯发射机；(3)超高频通讯发射机；(4)卫星通讯发射机；(5)对空搜索、警戒雷达；(6)对海搜索、警戒雷达；(7)武器引导雷达；(8)电子战干扰机；(9)敌我识别问答器等。舰船发射机是有意发射期望的射频能量。在舰船环境中，存在着有意引入的来自友方外部射频发射源的能量(即通讯和导航)，而在大部分情况下，还有来自我方舰队附近舰船上的能量(即敌方的监视和干扰)，最后，还必须包括自然射频干扰(闪电、银河系和大气噪声)和来自电气机械部件产生的人为干扰。

3舰船电磁干扰控制的一般原理

在舰船工程中要解决的电磁兼容性问题，可以归纳为三类：
a)保证舰船上各种电子设备和武器装备能工作；
b)保证燃油、电爆引信的安全；
c)保障人员的安全，不受超剂量的电磁能量的辐照危害。

3.1电磁干扰三要素
干扰源产生干扰所以能够对设备的工作造成不良影响，必须经过一定的耦合通道，即构成干扰必须具备三个要素：（见图1）
a)电磁干扰源；
b)耦合通道（干扰的传递途径）
c)感应器（被干扰设备）。



分析干扰问题，进行对干扰的抑制控制，必须明确干扰源是什么，被干扰设备是什么，以及干扰源和被干扰设备之间是怎样耦合的。
控制干扰的基本方法是：a)抑制干扰源；
b)提高设备的抗干扰能力；c)消除传输干扰的途径。
3.2电磁兼容性安全余量


从兼容性角度考虑，安全余量越大越好，但是，当Ｍ太大时，设备、系统易形成过设计，电磁兼容设计费用增加。必须选择适当的余量，使费效比综合平衡，达到最佳设计目的。
舰船工程中应对舰载设备、分系统工作时电磁干扰特性进行电磁兼容性分类，并按分类确定安全余量。
根据电磁兼容性问题对系统完成任务的影响或可能造成的危害程度，对设备、分系统可分为以下三类：
a)Ｉ类：设备或分系统出现的电磁兼容问题可能导致工程系统寿命终止,或危及人员安全。如电引信引爆，燃油着火等，一般属于安全关键的装置。
b)Ⅱ类：设备、分系统出现的电磁兼容性问题可能导致系统损坏，任务中断或效率降低，影响任务完成，如误码率增加、造成人员疲劳等。一般属于完成任务的关键装置。
c)Ⅲ类：设备、分系统出现的电磁兼容性问题，
不会降低系统功能，不影响系统效能发挥，如噪声增加，使接收机减敏等。一般属于非关键装置。

Ｉ类（安全关键）设备、分系统其安全量为20dB;
Ⅱ类（任务关键）设备和分系统其安全余量为6dB；
Ⅲ类（非关键）设备和分系统其安全余量为3dB。

4舰船电磁兼容措施

舰船在建造施工过程中，必须认真做好下面几方面的工作：
(1)凡是使用电源电压30V以上的电子、电气设备的金属外壳(包括机柜、机架)都应作机壳接地。
(2)计算机系统信号地接地是由主接地电缆、分支接地电缆、接线箱及接地柱构成与船体绝缘，仅主接地电线通过接地柱与船体单点连接接地。
(3)报房高频接地是指发射机和接收机用铜带或钢板连接后接地。
(4)进入屏蔽舱室和进入装有较多电子设备的特种舱室的电缆及穿出甲板或舱壁至露天部位的电缆，在出入口处的电线必须接地。
(5)除具有单点接地要求的电缆外，其余电线的金属护套均应两端接地。
(6)电缆管路应保持连续的电气连接．接头处必须用搭接线(或片)连接，一般每隔2m左右接地一次。
(7)波导管穿至露天部位，靠近舱壁的法兰用接地跨接片与船体连接，波导管的两个法兰之间用接地铜片进行跨接。
(8)屏蔽舱室的内门采用铝质(或铜质)屏蔽门，铰链处要用跨接线接地，门框四周采用磷铜皮弹簧接触，关门后形成连续屏蔽面。
(9)通风管进入屏蔽舱室时，其通风口应加一层铜丝网。铜丝网每小方格间隔为3—4目／寸。铜丝网可加在通风管法兰处．门上若有回风口，也应加铜丝网。
(10)为了抑制配电系统的电缆传导干扰,对脉冲干扰和瞬变干扰较为敏感的电子设备应通过滤波器供电。
(11)金属管道、通风管、排气管在贯穿甲板或舱壁至露天部位时,应在贯穿屏蔽舱室处进行接地。
(12)舱面的金属构件、舾装设备及索具均应与船体作可靠的电气连接。
(13)电磁兼容对于电缆敷设提出新的、较高的要求，根据电缆传输电磁能量的大小及频率将舰船电缆基本上分为四类。一类：所有电力、照明以及与电网有联系的控制电缆。二类：低频(100kH以下)信号电缆。三类：射频信号电缆(含天线馈线)。四类：脉冲、数字电路、控制电路及其他用途的电缆。
一类电缆应尽可能靠近船体或舱壁敷设，来回线应沿着同一路径并紧靠敷设。二类电缆中电平差大于40dB的信号电缆不能敷设在同一束电缆内。声纳设备的信号电缆应单独敷设，其连接接收换能器的电缆距离其他所有电缆至少150mm或穿管敷设。连接发射换能器的电缆距离其他电缆至少450mm。三类电缆通常为传输大功率信号的同轴电缆应单独敷设。传输低电平信号的电缆应尽量远离传输宽频带信号的电缆。四类电缆中的电平差大于40dB的信号电线不可敷设在同一束内。雷达调制脉冲电缆及天线馈线电缆应距离其他电缆至少450mm。传输模拟信号的电缆与传送数字信号的电缆应予以分开，并应避免平行敷设。
(14)针对舰船上众多发射器工作产生的相互干扰，应加装电磁兼容管理控制设备予以克服。电磁兼容管理控制设备是实施电子装备电磁波辐射与接收的实时综合管理与控制的电子设备。它在全舰统一指挥下，根据当时任务的需求，通过对电子设备的工作频域、时域、空域和功率的实时管理与控制，使各电子装备及武器系统有序地协同工作。采用管
理控制的技术途径解决舰总体布局优化设计后仍难以解决的部分电子、武器装备之间电磁兼容的矛盾，达到充分发挥全舰综合作战效能的目的。


5结论

舰船电磁兼容设计既是一项新技术课题，又是具有相当难度的系统工程。目前在我国舰船上实施的经验还不多，有待摸索和积累。因此，当前应重视理论研究和探索施工方法，相辅相成，不断总结，不断完善。电磁兼容在舰船上的实施，严格地说还刚刚起步，但只要以科学的态度和实事求是的精神，通过多种舰船的设计和建造，并不断总结提高，在此基础上编写技术文件和规范，作为舰船设计和施工的技术法规和指导性文件，为提高我国舰船的战术、技术水平而创造良好的条件。
参考文献
[1]舰船电磁兼容规范：HJB34-90
[2]舰船搭接、接地、屏蔽、滤波及电缆的电磁兼容性要求
和方法．GJBl046-90
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抗,1997（2）.
[4]杨舰.浅谈舰船电磁兼容与可靠性.电子工程,1993（1）.
[5]王征.现代舰船电磁环境探讨.船舶工程,2004（2）.

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