CC BY
30
DOI 10.36622/^Ти.2023Л9.1.010 УДК 621.311.62:621.383.049.77
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ МЕТОДИКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ДЛЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ СВЯЗИ
М.А. Ромащенко, Р.Г. Коновалов, М.Е. Воробьев Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия
Аннотация: изложены основные этапы обеспечения электромагнитной совместимости для подвижных объектов связи. Описаны особенности размещения радиоэлектронных средств в ограниченных пространствах. Рассмотрены факторы, обусловливающие непреднамеренные помехи. Приведена структурная схема основных этапов обеспечения электромагнитной совместимости. Представлен алгоритм действий для каждого этапа. Выполнение алгоритма позволит уменьшить уровни непреднамеренных помех до допустимых и обеспечит возможность одновременного образования радиоканалов в подвижном объекте на всех его радиосредствах. Выделен этап оценки влияния индустриальных радиопомех на тракты радиоприёмных устройств радиоэлектронных средств. Для него приведена структурная схема с пошаговым описанием испытаний от нескольких источников энергоснабжения. Представлены схемы измерения посторонних и суммарных радиопомех. Изложены особенности этапа оценки качества связи на типовых дистанциях при использовании вспомогательного однотипного объекта при передаче артикуляционных таблиц. Измеренное качество связи радиоканала позволит оценить выполнение задачи обеспечения электромагнитной совместимости. Определены пути дальнейшего совершенствования методики электромагнитной совместимости. Применение рассмотренной методики способствует оптимизации временных затрат при подготовке и проведении испытаний, а также может использоваться для эффективной подготовки молодых специалистов
Ключевые слова: электромагнитные помехи, радиоэлектронное средство, обеспечение электромагнитной совместимости
Введение
Задача I обеспечения внутриобъектовой электромагнитной совместимости (ЭМС) подразумевает наличие совокупности разнородных технических средств, аппаратуры и оборудования, обеспечивающих
одновременную работу и устанавливаемых в ограниченном объёме пространства, отделённом от окружающей среды, как правило, металлической оболочкой объекта.
Для минимизации занимаемого объёма технические средства, аппаратура и оборудование этих объектов имеют плотную компоновку и общие цепи питания и заземления.
Краткая характеристика объекта исследования
Плотная компоновка технических средств применяется в подвижных объектах связи (ПОС), один из видов которых представляет собой кузов-фургон установленный на шасси автомобиля и имеющий в своём составе [1]: радиоэлектронные средства (РЭС), вспомогательное оборудование и аппаратуру,
© Ромащенко М.А., Коновалов Р.Г., Воробьев М.Е., 2023
средства вычислительной техники, систему энергоснабжения, антенные и антенно-мачтовые устройства.
Задача обеспечения ЭМС сводится к определению источников и рецепторов электромагнитных помех в ПОС и исследованию нежелательных связей между ними.
В настоящее время сведения по проведению различных видов натурных испытаний в рамках ЭМС существуют в основном в виде соответствующих ГОСТов, а также прикладных методик для определённого класса объектов в специализированных организациях, предоставляющих услуги по проведению предсертификационных
испытаний.
В связи с этим возникает потребность в доработке существующей методики под специфику конкретного объекта.
Обеспечение ЭМС ПОС предполагает учёт одновременного влияния различного вида непреднамеренных помех на приёмники помех, которыми являются радиоприёмные устройства (РПУ) в каналах приёма РЭС.
Непреднамеренные помехи в ПОС, как правило, обусловлены [2]:
- электромагнитной обстановкой, в которой функционирует ПОС;
- уровнями индустриальных радиопомех
(ИРП) при функционировании аппаратуры, оборудования ПОС и его источников энергоснабжения;
- основными и побочными излучениями РЭС, установленных в режим передачи, в том числе через излучения фидеров РЭС на цепи питания и управления РПУ;
- характеристикой частотной избирательности РПУ в канале приёма РЭС, работающего на приём;
- воздействием знакопеременных механических нагрузок, обуславливающих контактные помехи в ПОС.
Оценку обеспечения ЭМС в ПОС обычно проводят следующим образом:
- оценивают уровни индустриальных помех в соответствии с нормами [3];
- оценивают частотные разносы между РЭС;
- оценивают качество связи на типовых дистанциях.
В качестве характеристики интенсивности индустриальных радиопомех используют значения напряжённости электромагнитного поля, определяемые на стандартных расстояниях от ПОС. В этой связи целесообразным представляется проведение испытаний на воздействие источников индустриальных радиопомех непосредственно в трактах РПУ РЭС.
Оценка влияния ИРП в трактах РПУ РЭС
Оценку влияния ИРП в трактах РПУ РЭС предлагается проводить в соответствии с блок-схемой, представленной на рис. 1.
На первом шаге измеряют посторонние радиопомехи, принимаемые штатными антеннами РЭС ПОС, для чего собирают схему, представленную на рис. 2.
В ПОС должна быть выключена вся аппаратура и оборудование, отключены все источники энергоснабжения.
Подключают измеритель радиопомех [4] к выходу штатной антенны РЭС ПОС и проводят измерение уровней посторонних радиопомех на выходе антенны,
последовательно перестраивая измеритель помех в пределах частотного диапазона РЭС.
Вторым шагом на основе полученных данных определяют доступные для проведения измерений полосы частот, в которых влияния ИРП в тракте РПУ РЭС из-за минимального наличия посторонних радиопомех могут быть оценены с минимальной погрешностью.
На третьем шаге выбирают частоты для измерений в доступных полосах частот.
На шаге четыре предусматривается проверка по документации РЭС на совпадение выбранных частот для измерений с самопораженными частотами.
Пятым шагом на выбранных частотах измеряют суммарный уровень посторонних радиопомех и собственных шумов на низкочастотном выходе РПУ РЭС при выключенной аппаратуре и оборудовании
Рис. 1. Блок-схема проведения испытаний на оценку влияния ИРП в трактах РПУ РЭС
ПОС следующим образом.
На проверяемой РЭС обеспечивается электроснабжение от АКБ. Собирают схему, представленную на рис. 3, где ЛА - лабораторная антенна для частотного диапазона РЭС, ГС - генератор сигналов высокочастотный с регулируемым затуханием выходного сигнала, X - расстояние между вертикальной осью, проходящей через центр лабораторной антенны и штатной антенны ПОС [5].
Рис. 2. Схема измерения посторонних радиопомех, принимаемых штатными антеннами РЭС
Подают с генератора сигналов на лабораторную антенну синусоидальный сигнал на частоте приёма РПУ РЭС, промодулированный частотой 1000 Гц.
Измеряют отношение сигнал/шум на низкочастотном выходе приёмника РЭС методом «СИНАД» [6] при помощи измерителя нелинейных искажений.
ПОС У
Генератор
Рис. 3. Схема измерения влияния ИРП в тракте РПУ РЭС
При отношении сигнал/шум по методу «СИНАД» 12 дБ (25% шумов и искажений в полезном сигнале) разборчивость
принимаемой речи считают достаточной.
Регулируют затухание выходного напряжения генератора и добиваются значения уровня шумов и искажений в полезном сигнале на низкочастотном выходе РПУ РЭС
25%, при этом фиксируют значение выходного напряжения генератора на измеряемых частотах.
На шестом шаге повторяют измерения, аналогичные шагу пять, но с обеспечением электроснабжения проверяемой РЭС от агрегата дизельного (АД) и сети переменного тока напряжением 380 В частотой 50.
На седьмом шаге включают всю аппаратуру и оборудование в кузове-фургоне. На выбранных частотах РЭС измеряют суммарный уровень посторонних радиопомех, собственных шумов и искажений РПУ РЭС и радиопомех, обусловленных ИРП от каждого источника энергоснабжения следующим образом.
Подключают выбранный источник энергоснабжения к ПОС (АКБ, АД и 380 В).
На выбранных в третьем шаге частотах фиксируют значение уровня шумов и искажений в полезном сигнале на низкочастотном выходе РПУ РЭС. При его значении более 25% увеличивают уровень выходного напряжения генератора до достижения уровня шумов и искажений низкочастотного выхода РПУ РЭС прежних значений.
Изменение уровня выходного напряжения генератора определяет степень влияния индустриальных радиопомех на РПУ РЭС на выбранных частотах приёма.
На восьмом шаге выделяют на измеренных частотах те, на которых оказывается максимальное влияние ИРП на РПУ РЭС.
При проведении испытаний
рекомендуется каждые два часа определять доступные для проведения измерений полосы частот, учитывая, таким образом, изменения электромагнитной обстановки.
Измерения проводят для каждого варианта использования штатных антенн в доступных для проведения измерений полосах частот.
Завершающим девятым шагом является планирование проверки качества связи на типовых дальностях с использованием в том числе частот, на которых выявлено максимальное влияние от ИРП на РПУ РЭС.
Оценка качества связи на типовых
дистанциях с использованием частот с максимальным влиянием ИРП
Для оценки качества связи размещают проверяемый и вспомогательный ПОС на типовых дистанциях дальности связи, включают в них аппаратуру, оборудование, РЭС и проводят сеансы радиосвязи на контрольных частотах, расположенных в начале, середине и конце частотных диапазонов каждой РЭС, в том числе имеющих максимальные влияния ИРП в трактах РПУ РЭС, на стоянке при электропитании:
- от промышленной сети переменного трёхфазного тока с линейным напряжением 380 В частотой 50 Гц;
- от встроенного агрегата дизельного постоянного тока 27 В.
Для создания условий возникновения контактных радиопомех обеспечивают при проведении сеансов радиосвязи на бортовые антенны движение проверяемого ПОС по окружности, позволяющей двигаться транспортному средству на минимальной, типовой и максимальной скоростях при электропитании ПОС от встроенного дизельного агрегата.
Сеансы радиосвязи проводят с вспомогательным ПОС последовательно для каждого РЭС на всех типах используемых антенн и режимов работы.
Качество связи оценивают при передаче артикуляционных таблиц измерением разборчивости звуков или слов в процентах, как отношение количества правильно принятых звуков или слов к количеству переданных [7].
При проведении сеансов связи смежные РЭС устанавливают на излучение на максимальной мощности на частотах, обеспечивающих частотные расстройки с проверяемой РЭС.
Выбор мешающих частот с учетом частотных расстроек для смежных РЭС проводят для контрольных частот РЭС в начале, середине и конце частотного диапазона.
Комбинации мешающих частот смежных РЭС с учетом частотных расстроек меняют после передачи каждой артикуляционной таблицы.
Если величина разборчивости речи при проведении сеансов связи на каждом РЭС больше или равна заданной, то считают, что ЭМС в ПОС обеспечивается.
В связи с вышеизложенным общую последовательность этапов обеспечения ЭМС ПОС можно представить в виде блок-схемы методики, представленной на рис. 4.
Основные этапы методики обеспечения электромагнитной совместимости для ПОС
На начальном этапе получают техническое задание на проведение испытаний по обеспечению ЭМС в ПОС.
Вторым этапом разрабатывают программу и методики испытаний, где определяют типы планируемых испытаний и способы их реализации.
Третьим этапом согласовывают разработанную программу и методики с заказчиком.
На четвёртом этапе подготавливают средства измерения и испытательную площадку, планируют организационные мероприятия по проведению испытаний.
Пятый этап описывает проведение испытаний на оценку уровня индустриальных радиопомех, создаваемых ПОС.
При соответствии уровней
индустриальных радиопомех, создаваемых ПОС допустимым нормам, шестым этапом проводят испытания на оценку потерь в РПУ РЭС, обусловленных ИРП по изложенной выше процедуре. По окончании проверки на седьмом этапе фиксируют частоты с максимальным влиянием ИРП для последующего использования.
На восьмом этапе оценивают частотные расстройки между возможными парами РЭС.
Проводят оценку частотных расстроек между РПУ исследуемого РЭС по каналам:
- основного приёма;
- приёма по промежуточной частоте;
- зеркальному каналу приёма
и мешающим приёмопередатчиком, работающим на излучение с оценкой влияния его гармоник и субгармоник вплоть до десятой.
При соответствии частотных расстроек заданным требованиям в нормативно-технической документации переходят к девятому этапу, описывающему проведение испытаний на оценку качества связи на типовых дистанциях. При выборе частот для
оценки качества радиолиний учитывают данные, полученные в седьмом блоке.
Этап десять предусматривает возможные возникновения несоответствий заданным требованиям.
Методы устранения несоответствий (организационные, конструкторско-
технологические, схемотехнические и др.) на этапе одиннадцать могут быть применены к конструкторской, схемотехнической части ПОС как объекта, так и к самостоятельным составным частям.
Выбор направления действия определяется затрачиваемыми временными и
материальными затратами. Как правило, вначале пытаются определить характер причины несоответствия и локализовать проблемный компонент, при исключении которого ПОС начинает соответствовать заданным требованиям по ЭМС.
Далее к проблемному компоненту применяют весь спектр возможных методов устранения несоответствия.
При выявлении несоответствий требованиям ЭМС в самостоятельной составной части ПОС на этапе двенадцать проверяется возможность её доработки.
Если принципиальная возможность доработки самостоятельной составной части ПОС при проведении испытаний отсутствует, то на этапе тринадцать её отправляют производителю с указанием типа
несоответствия с привязкой к спектру частот и рекомендациями по его устранению.
Рис. 4. Блок-схема основных этапов обеспечения электромагнитной совместимости для подвижных объектов связи
Вместе с тем, на этапе тринадцать возможно принятие решения о замене самостоятельной составной части ПОС её функциональным аналогом.
На четырнадцатом этапе все применяемые доработки согласовываются с заказчиком и цикл проведения испытаний повторяется.
Завершающим пятнадцатым этапом при условии удовлетворения ПОС требованиям ЭМС является составление протоколов испытаний с отражением всех полученных результатов.
Заключение
Разработанная многоэтапная методика позволяет провести весь спектр испытаний обеспечения ЭМС в ПОС, способствует оптимизации временных затрат и может быть использована для первоначальной подготовки молодых инженеров, привлекаемых к работам по данному направлению.
Методика направлена в первую очередь на обеспечение точности и воспроизводимости результатов, но не может смоделировать реальную ситуацию при эксплуатации ПОС.
Не учитываются факторы, при которых показатели ЭМС могут измениться кардинально, такие как:
- изменение параметров аппаратуры и оборудования при возникновении аварийных ситуаций;
- климатические и механические воздействия внешней среды.
Приемлемые показатели ЭМС, полученные:
- при штатных режимах работы аппаратуры и оборудования ПОС;
- при нормальных климатических условиях эксплуатации;
- без воздействия механических нагрузок
не гарантируют нормального
функционирования ПОС во всём диапазоне эксплуатационных режимов.
Возможно появление значительных сбоев при работе оборудования и аппаратуры ПОС, в
Поступила 10.01.2022;
частности, на границах допустимых эксплуатационных режимов работы (по любому из признаков температура, давление, вибрация и т.д.), что неизбежно приведёт к ухудшению качества связи в радиосетях и радионаправлениях или невозможности её обеспечения.
Дальнейшее совершенствование методики обеспечения ЭМС ПОС должно быть направлено на разработку специфических методов тестирования, определяемых типом исследуемого ПОС.
Литература
1. Ромащенко М.А., Коновалов Р.Г. Структура функциональных связей оборудования подвижного объекта связи для решения задач обеспечения ЭМС//Проблемы обеспечения надёжности и качества приборов, устройств и систем: сб. науч. тр. Воронеж, 2022. С. 140-145
2. Седельников Ю.Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств: учеб. пособие. Казань: ЗАО «Новое знание», 2006. 304 с.
3. ГОСТ 30429-96. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от оборудования и аппаратуры, устанавливаемых совместно со служебными радиоприёмными устройствами гражданского назначения. Нормы и методы испытаний. Введ. 1998-01-01. М.: Стандартинформ, 2014.
4. ГОСТ Р 51319-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы для измерения индустриальных радиопомех. Технические требования и методы испытаний. Введ. 1999-01-01. М.: ИПК Издательство стандартов, 2000.
5. ГОСТ Р 50736-95. Антенно-фидерные устройства систем сухопутной подвижной радиосвязи. Типы, основные параметры технические требования и методы измерений. Введ. 1996-01-01. М.: Госстандарт 2007.
6. ГОСТ 26897-86. Радиостанции с однополосной модуляцией морской подвижной службы. Типы, основные параметры, технические требования и методы измерений. Введ. 1987-07-01. М.: ИПК Издательство стандартов, 2001, приложение 1.
7. ГОСТ 16600-72. Передача речи по трактам радиотелефонной связи. Требования к разборчивости речи и методы артикуляционных измерений. Введ. 197401-01. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2007
к публикации 15.02.2023
Информация об авторах
Ромащенко Михаил Александрович - д-р техн. наук, профессор, Воронежский государственный технический университет (394006, Россия, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84), e-mail: [email protected]
Коновалов Роман Геннадьевич - магистрант, Воронежский государственный технический университет (394006, Россия, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84), e-mail: [email protected]
Воробьёв Михаил Евгеньевич - магистрант, Воронежский государственный технический университет (394006, Россия, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84), e-mail: [email protected]
THE MAIN STAGES OF THE METHOD FOR PROVIDING ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY FOR MOBILE COMMUNICATION OBJECTS
M.A. Romashchenko, R.G. Konovalov, M.E. Vorob'yev
Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia
Abstract: the article outlines the main stages of ensuring electromagnetic compatibility for mobile communication objects. We described the features of the placement of radio-electronic means in confined spaces. We considered the factors causing unintentional interference. We give a block diagram of the main stages of ensuring electromagnetic compatibility and present an algorithm of actions for each stage. The implementation of the algorithm will reduce the levels of unintentional interference to acceptable levels and will provide the possibility of simultaneous formation of radio channels in a moving object on all its radio facilities. The stage of assessing the impact of industrial radio interference on the paths of radio receivers of radio electronic equipment was identified. A block diagram is given with a step-by-step description of tests from several power supply sources. We present including schemes for measuring extraneous and total radio interference and outline the features of the stage of assessing the quality of communication at typical distances when using an auxiliary object of the same type when transmitting articulation tables. The measured quality of radio channel communication will allow one to evaluate the fulfillment of the task of ensuring electromagnetic compatibility. We determined the ways of further improvement of the method of electromagnetic compatibility. The application of the considered methodology contributes to the optimization of time spent in the preparation and conduction of tests, and can also be used for the effective training of young specialists
Key words: electromagnetic interference, radio electronic device, ensuring electromagnetic compatibility
References
1. Romashchenko M.A., Konovalov R.G. "The structure of functional connections of the equipment of a mobile communication object for solving the problems of providing EMC", Problems of Ensuring the Reliability and Quality of Instruments, Devices and Systems (Problemy obespecheniya nadozhnosti i kachestva priborov, ustroystv i sistem), Voronezh, 2022, pp. 140-145
2. Sedel'nikov Yu.E. "Electromagnetic compatibility of radio electronic means" ("Elektromagnitnaya sovmestimost' radioelektronnykh sredstv"), textbook, Kazan, CJSC "New Knowledge", 2006, 304 p.
3. GOST 30429-96 "Compatibility of technical means is electromagnetic. Industrial radio interference from equipment and apparatus installed together with civil service radio receivers. Norms and test methods", Moscow: Standartinform, 2014.
4. GOST R 51319-99 "Compatibility of technical means is electromagnetic. Instruments for measuring industrial radio interference. Technical requirements and test methods", Moscow: Standards Publishing House, 2000.
5. GOST R 50736-95 "Antenna-feeder devices of land mobile radio communication systems. Types, basic parameters, technical requirements and measurement methods", Moscow: Gosstandart, 2007.
6. GOST 26897-86 "Radio stations with single-sideband modulation of the maritime mobile service. Types, basic parameters, technical requirements and measurement methods", Moscow: Standards Publishing House, 2001.
7. GOST 16600-72 "Speech transmission over radiotelephone communication paths. Requirements for speech intelligibility and methods of articulation measurements", Moscow: Standartinform, 2007
Submitted 10.01.2023; revised 15.02.2023
Information about the authors
Mikhail A. Romashchenko, Dr. Sc. (Technical), Professor, Voronezh State Technical University (84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), e-mail: [email protected]
Roman G. Konovalov, MA, Voronezh State Technical University (84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), e-mail: [email protected]
Mikhail E. Vorob'yev, MA, Voronezh State Technical University (84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), e-mail: [email protected]
