Основные задачи анализа обеспечения ЭМС в конструкциях РЭС и принципы его выполнения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 681.3

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ АНАЛИЗА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС В КОНСТРУКЦИЯХ РЭС И ПРИНЦИПЫ ЕГО ВЫПОЛНЕНИЯ М.А. Ромащенко

В статье рассматриваются основные задачи при проведении анализа обеспечения электромагнитной совместимости конструкций РЭС. Дан обзор различных способов проведения такого анализа, приведены краткие аналитические соотношения для расчета основных показателей

Ключевые слова: электромагнитная совместимость, конструирование, анализ

Анализ обеспечения ЭМС в конструкциях РЭС проводится с целью получение количественных показателей, характеризующих различные стороны обшей проблемы обеспечения ЭМС. К числу основных задач такого анализа относятся:

- анализ выполнения ЭМС в группе технических средств. К указанной группе относятся задачи проверки выполнения условий ЭМС в группе средств на различных этапах жизненного цикла РЭС. К задачам этой группы имеют непосредственное отношение широкий круг специалистов, занятых проектированием и эксплуатацией различных технических средств.

- анализ параметров ЭМС технических средств. Основное содержание задач этой группы составляют методы и средства получения количественной информации о соответствии параметров различных устройств нормативно-технической документации в области ЭМС. Указанные задачи в практической плоскости относятся к профессиональной деятельности широкого круга специалистов, занятых в сферах разработки, производства и эксплуатации различных радиотехнических, электронных и электротехнических средств. Задачи этой группы рассматриваются также и в научном плане в целях прогнозирования параметров ЭМС.

Одним из способов решения указанных групп задач являются аналитические методы анализа, включающие математические модели, алгоритмы, расчетные процедуры, реализованных в виде пакетов специализированных программных средств.'

Целью анализа является прогноз выполнения условий, при которых обеспечивается ЭМС в

некоторой группе средств, содержащей NИП источников помех и МРП рецепторов. В основу

осуществления анализа положено следующее. Каждое техническое средство, являющееся рецептором помех, предназначено для определенных функций н характеризуется показателем качества, в

общем случае векторным 0Рщ, отражающим их

выполнение. Под действием помехи 1-го типа (от 1-го

Ромащенко Михаил Александрович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 243-77-06, е-шаИ: шига1оуау@к1рг.уог8и.ги

источника помех) качество выполнения этих функций снижается, что можно представить как

уменьшение значения 0РП]- (РРП]-) (рис. 1). [1]

Рис. 1. К понятию допустимой помехи

Допустимому снижению качества 0Рщ

соответствует помеха і-го вида с уровнем не более

РРщдОП. Помехи, при которых не происходит

недопустимого снижения качества

функционировании і-го рецептора, называют допустимыми. Заметим, что уровни допустимых помех ]-му рецептору различаются в зависимости от спектрального состава и временных характеристик помехи і-го вида. Поэтому для различных видов

помех значения РрПдОП также различны.

Допустим, что указанные величины для _|-го рецептора известны. В этом случае принцип анализа выполнения ЭМС в группе средств состоит в

нахождении величин Р'рщ и сравнении их с

допустимыми значениями. Это может быть проделано на различной основе. Различают следующие способы осуществления анализа: парная, групповая и комплексная оценки. [2]

При парной оценке поочередно рассматривается воздействие каждого из NИП источников на первый

рецептор, затем на второй и т.д. (рис. 2).

Таким образом, осуществляется поочередная проверка ЭМС каждого из источников с каждым из рецепторов по критерию допустимого снижения качества функционирования:

Орп] ( Ррп] ) — Орщдоп

0РП] (РРП] ) < О^РЩДОП ^ нарушение _ ЭМС

либо по уровню помехи от 1-го источника, действующей на ¡-ый рецептор:

РРП] (РРШ ) - РРП]ДОП ^ ЭМС(] ^ О

РРП] (РРт ) > РрП]ДОП ^ нарушение _ ЭМС

Рис. 2. Схема парной оценки

Парная оценка является наиболее простой в осуществлении но, в то же время, не всегда достоверна, так как не позволяет учесть в полной мере такие явления, как интермодуляция в приемнике и интермодуляционное излучение передатчиков. Более полной является групповая оценка.

При групповой оценке рассматриваются поочередно воздействие нескольких источников Ыт < Ыт на каждый из рецепторов в группе (рис. 3).

ИП,

Л

N и

ИП к

/

/

/

/ , / '

/

/,

¡с^_______________

►

РП N

ИПЛ

Рис. 3. Схема групповой оценки

При групповой оценке исходят из того, что качество функционирования ¡-го рецептора 0РП]-зависит от уровней помех, создаваемых рядом

источников О.РП] — Орп (РРПК ..РРПК+NИП ) •

Соответственно факт выполнения или невыполнения условий ЭМС проверяется по снижению качества каждого из NРП рецепторов с каждой из групп источников:

0!рП] — Орщдоп ^ ЭМС (] ^ NИП )

°РП] < ОРП]дОП ^ нарушение _ ЭМС .

Групповая оценка позволяет учесть влияние всевозможных эффектов, связанных с внеполосными эффектами в рецепторах и интермодуляцией в источниках помех., следствием этого является повышение трудоемкости расчетных процедур. Несмотря на большую степень адекватности, некоторые аспекты обеспечения ЭМС в группе средств и при групповой оценке остаются вне поля зрения. Наиболее полной постановкой, учитывающей эти особенности, является комплексная оценка ЭМС.

При комплексной оценке рассматривается группа средств, выполняющих различные функции, направленные на достижение некоторой общей для всей группы целей (рис. 4).

ИП,

ИПк

у

/V,-1

ИПк

РП,

Рис. 4. Схема комплексной оценки

Пусть величина О (в общем случае векторная)

характеризует качество функционирования группы рецепторов, решающую общую задачу:

& —& (Орш-арп, .^),

причем каждый из частных показателей качества отдельных рецепторов Орп, зависит от уровней

помех, действующих со стороны группы источников (аналогично групповой оценке).

Выполнение или невыполнение ЭМС определяется по критерию допустимого снижения качества функционирования для группы рецепторов в целом:

— 0.ЩОП ^ ЭМС (NРП ^ NИП ) а. < ОщоП ^ нарушение _ ЭМС

Комплексная оценка является наиболее полной и позволяет судить о выполнении или нарушении ЭМС в группе средств, выполняющих общую задачу, когда снижение качества функционирования отдельных составляющих не дает полной картины влияния НЭМП на результат совместной работы этих составляющих. Например, комплексная оценка может относиться к совокупности РЭС современного самолета, включающей средства навигации, радиолокации, связи и т.д. Информация об ухудшении под действием НЭМП показателей этих

подсистем не дает сама по себе полной картины влияния помех на результат выполнения общей задачи, например перехвата воздушной или

уничтожения наземной целей.

Осуществление парной оценки может

проводиться как на основе детерминированного подхода, так и вероятностного. При

детерминированном подходе все величины,

определяющие значение РрП,, считаются

детерминированными и проверка выполнения

условия ЭМС состоит в сравнении величины Р'рщ с

допустимым значением. Принимаемое решение -«Нет» или «Да» основано на проверке выполнения

условия: РРП] > РРП]ДОП

Существует рад весомых причин, по которым реальное использование детерминированного подхода может приводить к неудовлетворительным (часто излишне завышенным) результатам:

- априорная недостаточность информации о значениях параметров, определяющих значение

Р1 •

1 РП] ’

- изменение параметров ЭМС вследствие влияния температурных, климатических факторов, старения элементов и т.д.;

- работа технических средств в различных динамических ситуациях, когда изменяются расстояния между средствами, их взаимная ориентация, смена частотных каналов и т.д.

Во всех перечисленных случаях результатом является то, что при детерминированном подходе либо рассматривается наихудший случай (приводящий к излишне жестким оценкам), либо используются некоторые усредненные показатели (не позволяющие контролировать степень достоверности оценок).

Вероятностный подход позволяет в подобных случаях существенно повысить достоверность оценки выполнения условий ЭМС. Согласно вероятностному подходу факторы, определяющие

мощность помехи Р'рщ и, соответственно, ее

значение, считаются случайными величинами. Факт

выполнения условия ЭМС РрП, > РЩ также

рассматривается как случайное событие, вероятность которого равна:

Р1

гРЩДОП

РСовм — | ЛРщ ¥Ррщ ,

0

где л(Рр,П]-) - плотность распределения величины

Р1

1 РП] •

Согласно вероятностному подходу условие ЭМС ¡-го рецептора с 1-ым источником помех считается выполненным, если вероятность

нарушения ЭМС р'Н] — 1 - рСош мала, т.е. не

превышает некоторого допустимого значения

Р'нДОП. С другой стороны, величина РрП-, рас-

сматриваемая как случайная, характеризуется средним значением т( РЩ) и

среднеквадратическим отклонением (СКО) - <зРРщ .

Как известно из теории вероятностей, отклонения случайной величины от ее среднего значения на величину, превышающую несколько значений СКО, маловероятны. Таким образом, согласно

вероятностному подходу условие ЭМС считается

выполненным, если т(РрП] ) + £<уРрщ — РрП]ДОП , где величина £ определяется допустимой вероятностью нарушения ЭМС £ — £(ргНДОП ) . [3]

Согласно вероятностному подходу для каждой 1, ¡-ой пары средств оценивают средние значения

т(РРп] ) и среднеквадратические отклонения аРРП] величины мощности помехи, действующей

на ¡-ый рецептор от 1-го источника, и сравнивают их взвешенную сумму с уровнем допустимой помехи.

Детерминированный подход получения парной оценки ЭМС РЭС.

При проведении анализа выполнения условий ЭМС для каждой пары 1-ыи источник помех и ¡-ый рецептор считается, что известны следующие параметры и характеристики:

- мощность основного излучения

радиопередатчика, чувствительность приемника,

характеристики антенн и фидеров в основных полосах частот;

- расстояние между антеннами источника

помех и рецептора, взаимная ориентация,

особенности взаимного расположения (форма

объекта), характер местности и т.д.;

- частоты основного излучения, основного канала приема, а также значения ширины

необходимой полосы частот Вищ и ВрП;

- величина допустимой помехи РРщ]ДОП

Согласно парной оценке необходимо определить мощность помехи, принимаемой

рецептором для последующего сравнения ее

значения с уровнем допустимой помехи. Поскольку неосновные излучения могут создаваться источником помех в широкой полосе частот, а рецептор также способен реагировать на помехи, далеко отстоящие по частоте от частоты основного канала приема, результирующая мощность помехи в рецепторе должна представляться как

РрП —I Рип ^И„ (1) 1тр (1) ^рП (1Ш.

0

где, РИП - мощность источника помех (основное

излучение); ЬИП (/) , рТр (1) и РРП (1) -

частотные зависимости ослабления помехи источником, на пути распространения (на радиотрассе) и рецептором соответственно.

Чтобы избежать значительных вычислительных трудностей, прибегают к упрощенному

представлению величины РрП. Суть упрощения состоит в аппроксимации частотных зависимостей

LHn (f )

Lpn ( f ) кусочно постоянными

удовлетворительной точностью описывается нормальным законом распределения. Нормальный закон характеризуется двумя параметрами - средним

значением

Р

РП]--

ИП

величинами.

Вероятностный подход получения парной °ткл°нением (СК°) ^ оценки ЭМС РЭС.

Как и при детерминированном подходе, анализ состоит в проверке возможности нарушения ЭМС для каждой пары средств в рассматриваемой группе.

Мощность помехи, принятой ¡-ым рецептором от 1-го

среднеквадратическим В теории вероятностей

источника помех РРщ,

равная

РРП] = РИП + РИП + РТР] + РРП] (/п ) + С] ,

где, С - коэффициент, зависящий от соотношения

полос частот, соответствующих источнику и рецептору помех и рассматривается как случайная

величина с плотностью распределения w(РрП.). Вероятность нарушения ЭМС рЩ - вероятность превышения величиной Ррщ порогового значения, соответствующего допустимой помехе РР :

р'щ = 1 ^РРП] М(РРЩ ).

РР

РРП]ДОП

Вероятность выполнения условия ЭМС, соответственно, равна р’СОВМ]- = 1 — рЩ .

Для вычисление вероятности нарушения ЭМС рЩ требуется определить плотность распределения

w( РрП-). Точное решение этой задачи для

большинства случаев не представляется возможным. В качестве приближенного решения в практике ЭМС обычно используют аппроксимацию функции

плотности распределения w(P1рп■) нормальным

законом. Это обосновывается тем, что Р'рщ

представляет собой сумму значительного числа случайных величин, причем соизмеримых и, некоррелированных.

В этих условиях, как это следует из фундаментальных положений теории вероятностей,

плотность распределения величины

Р

РП]

с

РП]-

доказано, что среднее значение и

среднеквадратическое отклонение суммы некоррелированных случайных величин равны,

соответственно, сумме и среднеквадратическому значению слагаемых этой суммы. Таким образом:

- - - () + С]

Рг = рг + L + L + Т

РП] 1 ИП ^ ^ИП ^ ^СВ]^ РП] '

<ур

= ор

+ GLmi +aCBii +аРП]

где слагаемые являются средними значениями и среднеквадратическими отклонениями

соответствующих слагаемых суммы исходного выражения. Таким образом, при известных значениях

рР

РП]

и ®РП] искомая вероятность нарушения ЭМС

определяется значением табулированной функции -

(

интеграла вероятности р'щ = Ф

P

л

РП]

РПДОП

выполнение

условия

РП]

+ &РШ < Р '

-РП] ' * РП] РП]ДОП

означает, что согласно вероятностному подходу ьый источник помех не создает недопустимых помех ¡-му рецептору.

Литература

1. Седельников Ю.Е. Электромагнитная

совместимость радиоэлектронных средств. Учебное пособие. - Казань. ЗЛО «Новое знание», 2006. 304 с.

2. Петровский В.И., Седельников Ю.Е. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. М: Радио и связь, 1986. 216 с.

3. Князев А. Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь, 1984. 336 с.

Воронежский государственный технический университет

THE PRIMARY PROBLEMS OF THE ANALYSIS OF MAINTENANCE ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY IN DESIGNS RADIOELECTRONIC MEANS AND PRINCIPLES OF ITS

PERFORMANCE

и

и

M.A. Romashchenko

In article the primary problems are considered at carrying out of the analysis of maintenance of electromagnetic compatibility of designs radioelectronic means. The review of various ways of carrying out of such analysis is given, short analytical parities for calculation of the basic indicators are resulted

Key words: electromagnetic compatibility, designing, analysi