船舶通信系统电磁兼容

船舶通信系统的电磁兼容

摘要：舰载电子系统电磁兼容性（EMC）设计对于船舶作战效能发挥至关重要。在系统论述船舶通信系统的EMC软件和硬件设计技术基础上,分析了美军多功能电磁辐射系统（MERS）的天线共用、天线布局优化、自适应干扰对消、光电隔离等电磁兼容措施。这些新方法、新技术,对开展现代船舶通信系统电磁兼容性设计具有参考价值。

EMC Design for Shipborne Communication Systems

Abstract:The design of electromagnetic compatibility (EMC) design for the electronic system is very important

for the ship combat effectiveness. On the basis of system analysis of EMC software and hardware design technology of ship communication system, the paper analyzes the antenna sharing, antenna layout optimization, adaptive interference cancellation, photoelectric isolation and other electromagnetic compatibility measures of the u.s.. These new methods and new technologies are of reference value for the design of electromagnetic compatibility of modern ship communication system.

1 引言

现代战争是海陆空天多维立体战争，海上力量不可忽视，舰船平台是海军作战的核心，其作战效能依赖于以通信系统为基础的武器系统实现，保障系统与作战管理系统的优势地位。电子信息技术的发展使舰船电子系统的功能增强，系统架构也变得复杂，各电子系统使用频谱都趋于拥挤。另外，电子侦查手段多样化和技术的提高使空中、海上作战平台的战场侦查能力显著增强，为了舰船系统的隐身和作战效能发挥，舰载电子系统的电磁兼容特性（EMC）设计至关重要。本文将对此进行研究。

2 舰船通信系统EMC的研究意义

舰载环境下通信系统与其他舰载电子系统共同完成作战使命, 这体现了其系统性、综合性、特殊性、复杂性和适装性, EMC 研究的意义在于以下几方面。

(1)海上环境恶劣

恶劣的海洋环境对舰船通信系统破坏严重影响屏蔽性能, 导致系统兼容性差;盐雾腐蚀导致无源非线性干扰同样使系统兼容性下降。

(2)共址干扰

舰船电子设备量多, 且功率大, 构成了相互宽频段电磁干扰。当共址发射机较少时, 主要地磁干扰(EMI)降级来源于发射机噪声、接收机减敏和交叉调制。随发射机数量增加, 互调会变成主要的EMI问题。显然, 数十个发射机共址工作, 互调导致的电磁干扰(EMI)问题将非常严重。

(3)宽带骚扰

通信系统是电磁敏感系统, 且其频谱几乎覆盖从高频至微波整个频段, 但是, 舰船上

各种放电、脉冲、尖峰、瞬变、谐波等所产生的电磁能量同样覆盖了很宽的频段, 它们不但干扰通信系统并产生交调。通过EMC 设计控制和抑制宽带骚扰才能保证舰船通信系统正常工作。

(4)编队舰船间相互干扰

编队联合作战对通信与信息交换能力提出了很高的要求, 通信向宽带、高速率及多网络方向发展,通信、雷达和电子对抗设备之间易互相干扰。高数据率和宽带通信意味着多通道同时工作,频带占用宽;可靠的抗干扰数据通信和组网, 要求加大发射功率, 提高接收灵敏度。当联合编队作战时,区域内各型舰船辐射信号和带外辐射所导致的舰船间干扰将会比较严重。

3 EMC实现技术

通常可以采用软件技术和硬件加固措施保障舰船通信系统电磁兼容性:软件运算优化配置舰船电子设备位置, 使相互电磁干扰降到最低程度, 但不一定完全消除;利用硬件加固方式将所剩余的电磁干扰消除, 以保证各通信系统的安全运行和不间断的正常工作, 及有效地消除可探明的外来电磁干扰。

3.1 软件技术

EMC 仿真软件集建模、仿真和优化为一体, 用仿真代替实验,利用仿真结果, 为解决舰船通信系统使用中EMI 问题寻找技术途径。当前, 商业的EMC 仿真软件大多采用模块化设计, 不同的模块实现不同的功能, 用户可以根据需要选择模块自己进行软件配置。以下简单介绍几种典型的仿真软件技术特征。

(1)FEKO(任意复杂电磁场计算)仿真软件

FEKO 软件是针对天线设计、布局与EMC 分析的专业电磁场分析软件, 以电磁场积分方程和经典矩量法为基础, 采用了多层快速多级子算法, 既保持精度又具有较高计算效率, 并将矩量法与经典的高频分析方法无缝结合, 非常适合于分析天线设计、雷达散射截面(RCS)、开域辐射、电磁兼容中的各类电磁场分析问题。

(2)FLO/EMC Design Class Electromagnetic Analysis Software for Electronics

FLO/EMC 是专业针对系统级EMC 分析的分析软件, 主要用于系统级的电磁兼容分析。由Flomerics Ltd .公司设计, 可进行元件、模块、系统、天线的EMC 分析设计, 采用时域传输线矩阵分析方法, 电磁场和电流的2D 和3D 可视化模拟, 机壳的屏蔽效能分析等, 可快速进行模型配置、电路和电线建模、狭缝建模、自动生成网孔、电路建模以及屏蔽效能分析等。

(3)舰船频率指配软件

舰船通信系统频谱拥挤主要表现在频率资源短缺和缺乏科学有效管理两方面, 为有效进行频谱管理保障利用率, 20 世纪80 年代国外开始舰船频点指配算法的研究, 研究初期和中期仅限于指配给提出需求的用户比较“干净”的频点(受潜在干扰最小的频点)。这种方法可能会保障现有状态下兼容工作, 但不能保证对未来频谱指配有利, 也许会使将来频谱指配变得非常困难, 不利于频谱有效利用。因此, 国际上开展基于EMC 分析算法的频率指配新技术研究, 这种频率指配主要特点是:采用计算机技术开展全面详细EMC 分析, 既保证频谱秩序, 又兼顾频谱利用率;不以“无干扰”为频点指配依据, 以系统能够承受的最小干扰-干扰概率为依据;当前频点指配兼顾未来频谱应用及管理难度。基于EMC 分析算法的频率指配, 依靠计算机分析和算法技术支持, 为舰船通信指挥人员提供高层次、智能化的频率管理方法, 具有很好的应用前景。

3.2 硬件加固技术