CC BY
6
БОТ: 10.15587/2312-8372.2018.144182
ДОСЛ1ДЖЕННЯ УМОВ ВИКОРИСТАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МЕТОДУ ПРОВЕДЕННЯ ЯК1СНОГО КОНТРОЛЮ I К1ЛЬК1СНО1 ОЦ1НКИ СТ1ЙКОСТ1 РАД1ОЕЛЕКТРОННОГО ЗАСОБУ ДО ДП ПОТУЖНОГО ЕЛЕКТРОМАГН1ТНОГО ВПЛИВУ
Фик О. I.
1. Вступ
1снують рiзнi пiдходи до яюсного контролю i кiлькiсноi оцiнки стшкост радiоелектронного засобу (РЕЗ) до впливу потужного електромагнiтного впливу (ПЕМВ) [1]. Одним з найбтьш загальних пiдходiв е строгий математичний метод, що реалiзуе математичну модель РЕЗ у взаемодп з зовнiшнiми i внутршшми перешкодами, що дозволяе оцiнити працездатшсть РЕЗ у заданiй завадовiй ситуацп [2-4]. Однак реально створити таю моделi, що враховують повною мiрою всi зв'язки м1ж впливаючими на РЕЗ сигналам т i и власними характеристиками, дуже важко. Тому на практищ, як правило, створюють математичт моделi окремих пристроiв РЕЗ чи ii загальну спрощену модель. Це дозволяе ощнити якiсну картину дослщжуваних процесiв, але не дае високу вiрогiднiсть кiлькiсних оцiнок [5-7]. Для окремих пристроiв РЕЗ при ощнщ iхньоi стiйкостi може бути застосований метод еквiвалентних схем. Даний метод дае гарнi результати при ана^ досить простих по свош функцiональнiй побудовi пристро1'в РЕЗ. При ощнщ рiзного виду високочастотних пристро1'в, таких як антенно-фiдернi, радiоприймальнi та радюпередавальш, котрi е неодмiнною складовою частиною бiльшостi РЕЗ, з усшхом застосовуеться спектральний метод аналiзу. Цей метод дозволяе ощнити стушнь впливу ПЕМВ на роботу високочастотного тракту. Тому актуальним е дослщження методики експериментально!' оцiнки стiйкостi РЕЗ до впливу ПЕМВ.
2. Об'ект дослщження та його технолопчний аудит
Об'ектом дослгдження е функщонування РЕЗ при його опромшенш ПЕМВ.
Одним з найбтьш проблемних питань е вщсутшсть загально!' методики юльюсно! оцiнки стшкосп РЕЗ до руйнiвноi напруженосп поля ПЕМВ. Тому у робой пропонуеться використати експериментальний спосiб ощнки р1вня стiйкостi режим1в функцiонування РЕЗ при його опромшенш ПЕМВ. Це дозволить враховувати зв'язки м1ж окремими пристроями РЕЗ та iхнi конструктивна монтажнi, технологiчнi й iншi особливосп. Це дозволить також ефективно сформувати умови застосування експериментального пщходу щодо проведення кiлькiсноi оцшки стiйкостi РЕЗ до руйшвно1' до напруженостi поля (електрично1' та(або) магнiтноi складово1) ПЕМВ та визначити вщповщний перелк показникв електромагнiтноi стiйкостi РЕЗ.
3. Мета та задачi дослiдження
Мета дослгдження - визначення умов використання експериментально1' методики проведення якiсного контролю i кiлькiсноi оцшки стiйкостi РЕЗ до до ПЕМВ.
Для досягнення поставлено1' мети необхiдно виконати такi науковi завдання:
1. Визначити основш параметри, як визначають стiйкiсть РЕЗ i пiдлягають контролю при впливi ПЕМВ.
2. Визначити особливост методiв випробувань, пов'язаних з визначенням стшкосл РЕЗ до, тд час i пiсля впливу ПЕМВ.
3. Визначити перелж задач, як виникають, в залежностi вiд етапу розробки нових РЕЗ, 1хньо1 структури i функцiонального призначення при ощнщ стiйкостi РЕЗ до ПЕМВ.
4. Запропонувати схему котрольно-випробувального стенда та надати рекомендацй для проведення комплексних випробувань РЕЗ на стшюсть до впливу ПЕМВ.
4. Дослщження кнуючих р1шень проблеми
Уражуюча дiя ПЕМВ на системи РЕЗ може бути обумовлена як безпосередшм впливом iмпульсних електромагштних полiв на електричнi та радютехшчш ланцюги, так i наведенням в з'еднувальних лiнiях i ланцюгах струму та напруги [7-9]. Чутливють обладнання системи зв'язку до дй ПЕМВ в значнiй мiрi залежить вiд 11 положення щодо напрямку векторiв електричного та магнiтного полiв, геометричних розмiрiв електричних мереж та контурiв, 1х конф^урацй, взаемних зв'язюв, номiналiв електричних навантажень. А також, слщ враховувати: значення емнiсних та шдуктивних зв'язкiв з елементами конструкцй системи зв'язку та навколишнього середовища, якiсть екранування та способу заземлення, наявшсть фiльтрiв та обмежувачiв перенапруження. Рiшенням проблеми оцiнки електромагштно1' стшкосл, як одного з показникiв електромагштно! сумiсностi на глобальному рiвнi займаються багаточисельнi мiжнароднi оргашзацй пiд епдою ООН. Найбiльш широко веде роботу Мiжнародна електротехнiчна комiсiя (МЕК) i 11 спецiальний комiтет з радюперешкод (С1СПР), а також Свропейський комггет по стандартизацй в галузi електротехшки (СЕНЕЛЕК) [10]. В Укра1ш юнують стандарти [10, 11], якi дозволяють визначити пiдходи щодо визначення стшкосл до удару блискавки на РТЗ та вимоги до сумютност побутових приладiв. Решта дослiджень спрямованi на розгляд окремих випадмв дil електромагштних впливiв з вiдомою структурою на окремi системи, структура яких також вщома.
Зокрема, автори робiт [6, 9] пропонують побудову захисту об'еклв телекомунiкацiй вiд широкосмугового електромагнiтного впливу. Автори роботи [2] ощнюють стан телекомушкацй з урахуванням дil широкосмугового випромшювання. Дослiдження факторiв виникнення загроз порушення електромагнiтноl цiлiсностi телекомунiкацiйних систем вщ використання електромагнiтноl збро1 представлено в робоп [12].
Автор роботи [13] дослщжуе чинники електромагнiтноl збро1, яка розробляеться США з метою 1х використання у бою. Автором зазначаеться, що системи електромагнiтноl збро1 е першими системами збро1, ям можуть одночасно захищати проти ворожих атак радiотехнiчними засобами, i в той же час зненацька уражае електромагштним iмпульсом ворожi системи за полем бою. Наводяться експериментальш даш щодо стiйкостi деяких вiйськових радютехшчних систем.
На думку автора роботи [14], електромагштне ураження та захист вщ нього РЕЗ вшськового та цившьного значення е важливим завданням сучасних армiй. Для адекватного оцiнювання рiвня електромагштно!' стiйкостi РЕЗ потрiбно дослiджувати вплив рiзних чинникiв дп ПЕМВ, оскшьки вона е рiзноплановою i потребуе до^джень щодо етапiв розробки РТЗ.
Автором роботи [15] розроблена технолопя забезпечення вщсутност стiйкостi обчислювано!' техшки на етапi проектування та розмщення всерединi будинку. Це дозволяе проводити повне прогнозування завадостшкост та зниження перешкод при широкополосних електромагнiтних впливах. На етат проектування розробленi технологи забезпечення завадозахищенност обчислювально!' технiки.
Автори робгг [16, 17] проводять дослщження рiвня сприятливостi конкретних зразкiв (систем) радютехшки та електронiки до деструктивного електромагштного впливу з вiдомими параметрами. Авторами наводяться результати експерименлв щодо зовшшнього впливу електромагнiтного поля на приймач через антено-фщерний тракт (АФТ), та робиться висновок, що двi третини енергп, що вражае, проникае через АФТ.
Таким чином, результати анаизу дозволяють зробити висновок про доцшьшсть загального дослiдження умов використання експериментально!' методики проведення якiсного електромагштного контролю РТЗ та необхщшсть визначення параметрiв кiлькiсноï оцiнки стiйкостi РТЗ до дп потужного електромагнiтного впливу.
5. Методи досл1джень
Для виршення поставлених завдань було використано наступш методи: теоретичного узагальнення, аналiзу та синтезу, метод представлення вузлiв (частин) РЕЗ е^валентними схемами, метод окремого анаизування стiйкостi вузлiв (частин, пристроïв).
5.1. Основн1 параметри, якi визначають стiйкiсть РЕЗ i п1длягають контролю при вплив1 ПЕМВ
У залежност вiд етапу розробки РЕЗ, ïхньоï структурноï схеми, функцiонального призначення й умов експлуатацп експериментальна оцiнка стшкосл РЕЗ може включати вимiри:
- параметрiв зовнiшнiх ПЕМВ, що впливають на РЕЗ;
- параметрiв перешкод у внутршшх ланцюгах i лтях зв'язку РЕЗ, а також мiж РЕЗ i КВА;
- параметрiв окремих частин РЕЗ до i тсля впливу ПЕМВ;
- параметрiв РЕЗ у цiлому до i тсля впливу ПЕМВ;
- параметрiв РЕЗ у цшому пiд час впливу ПЕМВ.
Сучасш РЕЗ складаються з таких рiзних за сво1'м функцiональним призначенням пристро1'в, як антенно-фщерш, прийомнi i передавальнi, цифровi обчислювальш, керуючi i синхронiзуючi. Кожен iз перерахованих пристро1'в мiстить велику кшьюсть рiзноманiтних зв'язкiв i електрорадiоелементiв (ЕРЕ), тому ощнка стiйкостi РЕЗ являе собою дуже складну техшчну задачу.
Параметрами, що визначають стшюсть РЕЗ, варто вважати и характеристики ПЕМВ i параметри РЕЗ, що iстотно впливають на якiсть 1'хнього функцiонування (вщповщшсть технiчних характеристик РЕЗ заданим вимогам). 1х можна роздiлити на параметри, як характеризують завадову обстановку, створювану самими РЕЗ, i на параметри, що характеризують стутнь сприйнятливостi рiзних частин РЕЗ до впливу ПЕМВ.
Розглянемо основн параметри РЕЗ, як характеризують ступiнь 1'хньо1' сприйнятливостi до впливу ПЕМВ. Шд сприйнятливiстю РЕЗ розумiеться ступiнь реакцii РЕЗ на вплив ПЕМВ разом з основним сигналом i без нього через антену, екран, по ланцюгах живлення, заземлення, керування i комутацп. Стутнь сприйнятливост РЕЗ до впливу ПЕМВ в основному визначаеться радюприймальним пристроем i пристроями обробки цифрово1' шформацп. Основнi шляхи впливу ПЕМВ на РЕЗ показан на рис. 1, 2.
Рис. 1. Шляхи проникнення потужного електромагттного впливу в середину окремого блоку радюелектронного засобу (РЕЗ) та способи блокування такого проникнення: 1 - зварена рама корпуса РЕЗ; 2 - безперервнють корпуса РЕЗ; 3 - електромагштш ущшьнювальш прокладки; 4 - вентиляцшш i врубовi отвори; 5 - кабелi i рознiмнi контактнi з'еднання; 6 - додаткове часткове екранування; 7 - провщш прозорi матерiали; 8 - локальне екранування
Bлacнi EMЗ, якi впливяють нa РТЗ системи_
EMЗ, якi впливяють вщ 1нших систем (мiжcиcтемнi)
EMЗ, яю утворюють виxiднi мережi
(системш i мiжcиcтемнi)
Bxiднi мережi
BnxiAm мереж1
EMЗ, якi впливяють га вxiднi мереж (системш i мгжсистемш) EMЗ, яш впливяют-pa шш1 системи (мiжcиcтемнi)
EMB, як1 впливоють na виxiднi мереж1
(системш i м1жсистемш)
а
EMЗ в1д
EMЗ ввд мережi живлення
Системш EMЗ ввд БАЗ (кондуктивш)
EMЗ м1жсистемш
в
Системш i мiжсистемнi ЕМЗ
ЕМЗ ввд РТЗ вузла зв'язку та мжсистемт
-220 В
Передаюча антена
ЕМЗ ввд передавача
Передавач
+12 В +3000 В Регулуючий Пристрш
Електродвигун
ЕМЗ ввд приймача (кондуктивнi)
Прийомна антена
3 ф 380 В
г
Рис. 2. Схема впливу електромагштно! завади (ЕМЗ) на вузлi зв'язку та його
окремих елементах: а - загальна схема впливу ЕМЗ; б - схема дш ЕМЗ у
пiдсистемi вузол зв'язку-телеграф; в - схема дш ЕМЗ у пiдсистемi вузол
зв'язку-АТС; г - функцюнальна схема роботи прийомно-передаючого
радюцентру та впливу ЕМЗ
Канал прийому корисного сигналу (рис. 2, г) характеризуемся:
- чутливютю Рс-шЫ,
- частотною вибiрковiстю (смуга пропущення, коефiцiент прямокутностi ампитудно-частотно! характеристики (АЧХ));
нестабiльнiстю часто^и гетер^ ин приймача; внутрiшнiми шумами вхщних каскадiв приймача;
нелiнiйнiстю характеристик застосовуваних у приймачi пiдсилювачiв i змiшувачiв, що е причиною розширення спектра прийнятого сигналу.
Важлива характеристика, що дозволяе судити про сприйнятливють РЕЗ по каналу прийому корисного сигналу, це вщношення:
де ис, иш, ип - вiдповiдно, напруги корисного сигналу, шуму i перешкоди на входi приймача. Для нормального прийому корисного сигналу з потужнютю Рс повинне задовольнятися умова Рс>Рс-тт. Задане значення зазначеного вiдношення е одним з найбiльш часто використовуваних на практиш критерйв, що дозволяють кiлькiсно оцiнити сприйнятливiсть РЕЗ до впливу ПЕМВ по каналу корисного сигналу.
На сприйнятливють РЕЗ до впливу ПЕМВ у значнш мiрi також впливають характеристики АФТ прийомного тракту, а саме:
- ширина головного пелюстка дiаграми спрямованосп(ДС);
- рiвнi бiчних пелюсткiв ДС АФТ;
- коефщент спрямовано! дИ;
- ефективна площа антени Беф, поляризацшш параметри антени [3, 7, 9].
У [7, 9] показано, що ПЕМВ впливае на роботу РЕЗ не тшьки за рахунок проходження каналом прийому корисного сигналу. Й вплив приводить до появи наведених струмiв i напруг у ланцюгах заземлення, керування й ш. Ц шляхи проникнення поряд з рашше перерахованими також становлять великий штерес при оцшках стшкосл i прогнозування поводження РЕЗ в умовах впливу ПЕМВ.
5.2. Методи контролю параметрiв РЕЗ до, п1д час i шсля впливу ПЕМВ
На початкових етапах розробки РЕЗ головною метою випробувань е перевiрка ефективностi прийнятих техшчних рiшень, вибiр оптимальних варiантiв конструкцп апаратури, оцiнка запасу за стшюстю й електричною мiцнiстю. На цих етапах важливе мiсце займае вимiр наведень у ланцюгах окремих дослщжуваних пристро1'в. На наступних етапах усе бшьшого значення набувае контроль вихщних параметрiв РЕЗ при впливi на них ПЕМВ i перевiрка 1'хньо1' вiдповiдностi заданим вимогам [10, 11].
Особливостями методiв випробувань, пов'язаних з визначенням стшкосл РЕЗ до впливу ПЕМВ, е:
- широкий дiапазон частот як корисних сигналiв, так i перешкод;
- iспиту РЕЗ у ближнш зонi впливу ПЕМВ;
- вимiр статистичних параметрiв ПЕМВ;
- вимiр наведень у рiзних ланцюгах РЕЗ при впливi ПЕМВ;
- проведення математично1' обробки результат вимiру з метою розробки рекомендацш, що дозволяють пiдвищити завадостiйкiсть РЕЗ;
- пошук i реалiзацiя при розробщ контрольно-вимiрювальноi апаратури (КВА) нових конструкторських i технологiчних рiшень, що забезпечують бiльш високий ступiнь вiрогiдностi одержуваних результатiв у бiльш коротю промiжки часу;
- розробка нових бшьш завадостiйких видiв зв'язку мiж окремими частинами КВА i дослщжуваними РЕЗ при створеннi вимiрювальних стендiв.
При виборi методу контролю стшкост РЕЗ необхiдно орiентуватися на таю методи, що були б досить просто реалiзованi i давали б при цьому задовшьну точнiсть.
У залежност вiд етапу розробки РЕЗ, !хньо! структури i функцiонального призначення при оцiнцi стiйкостi РЕЗ послщовно можуть виникати наступнi задачi:
- визначення характеристик електрично1' i магштно1' складових полiв ПЕМВ, що впливають на РЕЗ;
- визначення напруг i струмiв, що наводяться, у ланцюгах РЕЗ i на мiжблочних лiнiях зв'язку в результатi ди ПЕМВ;
- визначення змiни форми вихщних сигналiв i режимiв роботи окремих елеменлв, схем i пристро1'в РЕЗ пiд час i тсля впливу ПЕМВ на РЕЗ;
- виявлення елеменлв, блокiв, пристро1'в РЕЗ, найбшьш критичних до впливу ПЕМВ.
6. Результати досл1джень
^агальна схема контрольно-вимiровального стенду для виконання електромагштних дослiджень РЕЗ наведена на рис. 3.
Рис. 3. Структурна схема ушверсального контрольно-випробувального стенда для проведення комплексних випробувань радюелектронного засобу на стшюсть до дй потужного електромагнiтного впливу
При виборг конкретного методу вим1р1в на рiзних етапах розробки РЕЗ будуть корисними данi про характер спеплфiчних порушень окремих пристро!в i схем апаратури (табл. 1), з яко! буде складатись (або складаеться) РЕЗ при впливi на не! ПЕМВ.
Таблиця 1
Типовi порушення в пристроях радюелектронних засобiв при дй потужного _ електромагштного впливу_
Клас РЕЗ (складово! частини РЕЗ) Характер порушень Примiтка
ЛЫйт схеми: пiдсилювачi синусощальних сигнатв, вiдеопiдсилювачi, пiдсилювачi потайного струму Перекручування форми вихщних сигнал!в, поява помилкових сигналiв, самозбудження Мiнiмальна енергiя перешкоди, що викликае збш пiдсилювача з великим коефщентом пiдсилення Жп=(1...105)10-20 Дж
Ьмпульсш 1 лопчш схеми (ключ! тригери, мулыжбратори, блоюнг-генератори, граничнi пристро! ! т. п.) Перекручування форми вихщних сигнашв, втрата шформаци у вузлах пам'ят Мшмальна енергiя перешкоди, що викликае збо! в лог1чних схемах, Жп=(1...10)10-9 Дж
Генератори синусохдальних сигналiв, генератори сигналiв спещально! форми з61й частоти, короткочасне перекручування форми сигналу, втрата шформаци Найбiльш стшю до впливу ПЕМВ генератори з кварцовою стабшзащею частоти
Антенно-фiдернi пристро! (АФП) Поява в навантаженш АФП перешкоди Найбiльш уразливi до впливу ПЕМВ лшшы антени; можлив1: незвороти вiдмовлення СВЧ д1од1в
Джерела живлення Короткочасна змiна вихщно! напруги -
Контроль стгйкостг РЕЗ до впливу ПЕМВ, як правило, складаеться з двох основних етатв. На першому контролюються параметри РЕЗ, що впливають на 1'хню електромагштну сумiснiсть, до впливу на РЕЗ ПЕМВ, а попм и ж самi вимiри проводяться тсля впливу ПЕМВ. У цьому випадку КВА не тддаеться безпосередньо впливу ПЕМВ, що дозволяе застосовувати традицшш методики вимiру i стандарты контрольно-вимiрювальнi прилади. Другий етап контролю - це е оцшка стiйкостi РЕЗ тд час впливу ПЕМВ. Такий вид контролю бшьш об'ективний, хоча його проведення пов'язане з низкою серйозних трудношдв.
За результатами проведених випробувань судять про характер порушенъ працездатностг РЕЗ при впливi ПЕМВ iз заданими характеристиками. При цьому порушення працездатностi РЕЗ можуть бути як незворотшми, так i зворотнiми i зв'язанi або з виходом з ладу и окремих елементiв, або з появою неприпустимих помилкових сигналiв у iхнiх ланцюгах. 1снують рiзнi критерii оцiнки працездатностi РЕЗ при впливi ПЕМВ, у тому чи^ енергетичнi i часовi [4, 5, 12]. Енергетичш критерii заснованi на визначенш мiнiмальноi енергii перешкоди, за яко! вiдбуваеться вiдмовлення РЕЗ, а часовi - на визначеннi мшмального часу вiдновлення РЕЗ пiсля збою в робот в ре?' ^ьтап впливу ПЕМВ.
Енергетичнi критерii засноваш на визначеннi мiнiмальноi енергii перешкоди, за яко! вiдбуваеться вiдмовлення РЕЗ, а часовi - на визначенш мшмального часу вiдновлення РЕЗ шсля збою в робот в результат впливу ПЕМВ.
До контролъно-вим1рювалъно1 апаратури, використовувано1' для контролю стiйкостi РЕЗ тд час впливу ПЕМВ, пред'являеться ряд додаткових твердих технiчних вимог. Одним зi способiв задоволення цих вимог е виведення ряду контрольованих сигналiв iз зони впливу ПЕМВ. У загальному випадку це може бути здшснено за допомогою передавального i прийомного пристро1'в, а також лшп зв'язку.
Передавалъний пристргй, використовуваний для висновку шформацп з зони впливу ПЕМВ, призначено для перетворення контрольованого параметра дослщжуваних РЕЗ у сигнал, зручний для його передачi по лшп зв'язку в КВА. Тому що передавальний пристрш мае розташовуватися в зон впливу ПЕМВ i безпосередньо пiдключатися до РЕЗ, до нього пред'являються особливо висою вимоги по завадостшкост, впливу на випробувану апаратуру, габаритним розмiрам, споживанню тощо.
Прийомний пристргй перетворить переданий сигнал до виду, зручного для вимiру i реестрацii в КВА. Оскiльки прийомний пристрiй у цьому випадку розташовано на деякiй вщсташ вiд зони впливу ПЕМВ, до нього пред'являють менш твердi вимоги [8, 9].
Як л\н\Х зв'язку використовуються проводи, кабел^ хвилеводи, а також середовище мiж прийомним i передавальним пристроями. По лiнiях зв'язку можуть передаватися звуков^ радiо- i оптичнi сигнали. Загальна структурна схема ушверсального контрольно-випробувального стенда, призначеного для проведення випробувань РЕЗ на стшюсть до, тд час i тсля впливу ПЕМВ, приведена на рис. 1 [5, 8, 9].
Контролъно-випробувалъний стенд (рис. 3) мае вщповщати наступним
ошовним вимогам:
- впливaти нa ро6ОТУ випробyвaниx РЕЗ;
- мaти швидкодш, доcтaтню для реecтрaцiï очiкyвaноï змши контрольовaниx cигнaлiв РЕЗ i перехщних процеciв y ïxнix лaнцюгax;
- володгга необxiдною бaгaтокaнaльнicтю, що дозволяе реecтрyвaти вcю cyкyпнicть cигнaлiв, що xaрaктеризyють ро6оту РЕЗ;
- володгга виcокою зaвaдоcтiйкicтю.
Bинеcення KBA й окремих вимГрювадьних зacобiв Гз зони впливу ПEMB зa допомогою передaвaльного i прийомного приcтроïв дозволяе виключити чи ютотно зменшити вплив ^ŒMB нa оcновнy чacтинy KBA. I, отже, викориcтовyвaти в ïï cклaдi cтaндaртнi вимГрюввдьш прилaди, зacтоcовyвaнi при перюдичних перевiркax РЕЗ. Уcе-тaки деяк з пропоновaниx до випробуввдьного cтендa вимог, нaприкдaд, швидкодГя i зaвaдоcтiйкicть, можуть виявитиcя взaeмовиключними, що при вишких рГвнях нaпрyженоcтi поля ^ŒMB робить розробку тaкого cтендa доодть cкдaдною зaдaчею.
Для вимГру i реecтрaцiï низькочacтотниx cигнaдiв: пaрaметрiв джерел лiтaнiя РЕЗ; cигнaдiв керyвaння; ^гн^в телеметрп; кодових cтрyктyр передaниx ^гн^в i т. д. у cклaдi контрольно-випробуввдьного cтендa можуть бути викориcтaнi cтaндaртнi зaпaм,ятовyючi оcцилогрaфи, у тому чи^ шлейфовг ШдейфовГ оcцилогрaфи вiдноcять до шерцшних прилaдiв, вони прaктично не реaгyють нa короткочacнi Гм^льотГ перешкоди, що дозволяе знизити вимоги до ïxнього зaxиcтy.
Для контролю ^гн^в у виcокочacтотниx трaктax РЕЗ тд чac впливу ПEMB, a тaкож виникaючиx при ьом перехщних процеciв у лaнцюгax aпaрaтyри в бшьшоетГ випaдкiв викориcтовyють cпектрaдьнi методи, як можнa роздшити нa прямГ i непрямг ПрямГ cпектрaдьнi методи вимГру зacновaнi нa викориcтaннi aнaлiзaторiв cпектрa, зa допомогою яких визнaчaeтьcя ширинa cмyги cпектрa чacтот випромiнювaнь нa зaдaномy в децибелвх рГвш потyжноcтi. НепрямГ методи зacновaнi та icнyючiй зaдежноcтi ширини робочо!' cмyги чacтот вимiрювaного випромiнювaння вгд рГзних непрямих пaрaметрiв РЕЗ, тaкиx як:
- швидюеть yбyвaння позaполоcниx отектрГв;
- чac вcтaновлення мaнипyляцiйниx ^гн^в;
- девiaцiя чacтоти.
Тобто пaрaметрiв, що можуть бути обмiрювaнi безпо^редньо з бшьш виcокою точнicтю, чим зaймaнa перешкодою cмyгa чacтот.
Потужшеть i чacтотy зaвдовиx випромiнювaнь можга вимГрити зa допомогою вимГрювадьних aнтен, вимГрювадьних приймaчiв i шших приетро1'в, що перетворять обмiрювaнy потyжнicть у величину, зручну для реecтрaцiï, i контролюючих неcyчy центр^ьну чacтотy прийнятого ВЧ ^raany.
До методГв контролю ВЧ пaрaметрiв РЕЗ, що визнaчaють 1'хню cприйнятливicть до впливу ^ŒMB, вaрто вiднеcти вимiр чутливоетi рaдiоприймaчa. Чутливiетъ рaдiоприймaчa е функщею вщ неcyчоï чacтоти електромaгнiтного поля i визнaчaeтьcя шляхом вимiрювaння потyжноcтi чи тапруги cигнaдy нa входГ приймaчa тa нa виходГ приймaчa. При цьому
вимiрюваннi контролюеться, щоб вiдношення ис/(иш+ип) не було менше паспортного значення.
Частотна вибгрковгстъ радюприймача може бути обмiрювана одно- чи багатосигнальним методом, методом блокування та ш. Сприйнятливiсть РЕЗ до ПЕМВ, що поширюеться по ланцюгах живлення, кiлькiсно визначаеться вщношенням рiвня перешкод у ланцюгах живлення до рiвня перешкод на входi приймача за умови, що i тi й iншi перешкоди створюють на виходi радiоприймача однакову напругу.
Перехщш процеси в рiзних ланцюгах РЕЗ найчастше контролюються амплiтудно-часовими методами за допомогою електронних осцилографiв, в основному запам'ятовуючих. При цьому, як правило, аналiзуються наступнi характеристики переходного процесу:
- максимальне значення iмпульсу итах;
- тривалiсть фронту iмпульсу (час наростання фронту вщ 0,3 итах до 0,9 итах);
- тривалють перехiдного процесу на рiвнях 0,5 итах або 0,1 итах.
Набiр перерахованих даних е достатшм для одержання залежностi поточного значення перехщного процесу вiд часу, використовуваного над^ для уточнення математично! моделi взаемодii РЕЗ з ПЕМВ.
Точнють оцiнки вищенаведених характеристик перехiдного процесу визначаеться головним чином типом використовуваного приладу, що рееструе. В табл. 2 наведен параметри деяких титв украшських запам'ятовуючих осцилографiв, використовуваних у складi контрольно-вимiрювальних стендiв.
Таблиця 2
Технiчнi характеристики деяких тишв запам'ятовуючих осцилографiв
Тип Смуга пропускання, МГц Швидюсть запису, км/з Розгорненн Вхiднi параметри Габаритш розмiри, мм; маса, кг Примiтка
1 2 3 4 5 6 7
З8-7А (однопро меневий) 0...20 100' 50 нс/дш 5 з/дiл 0,5 МОм 55 пф 350х450х770 50 -
З8-12 (однопро меневий) 5—10-6...0,1 0...10 0...50 0...3,5-103 4000 (0,1...5) мкс/дiл (0,1.0,5) с дiл 1 МОм 30 пф 480х215х496 27 Зi змiнними блоками
З8-9А (однопро меневий) 0...2 120 0,05 мкс/см 0,6 с/см 0,5 МОм 45 пф 265х560х380 36 Чутливiсть по вертикат 100 мв/см... 10 В/см
С8-18 (однопро меневий, портатив ний) 0...10 '000 0,05 мкс/дiл 0,5 з/дш 1 МОм 43 пф 180х300х480 16 Чутливють по вертикалi 2 мв/дел... 5 В/дел
З8-Г (однопро меневий) 0...10 250 0,05 мкс/дiл 1 з/дш - 330х177х500 16 Чутливють по вертикат 1 мв/дел 5 В/дел
Продовження таблиц 2
1 2 3 4 5 6 7
З8-2 (двопром еневий) 0...7 500 0,05 мкс/дш 25 з/дш 0,5 МОм 55 пф 670х1225х485 81 -
З8-17 (двопром еневий) 0...1 540 0,2 мкс/дш 25 з/дш 1 Мом 42 пф; з дшьником 1 МОм 12 пф 300х180х480 16 Чутливють по вертикат 1 мв/дел 5 В/дел, час вщтворення 30 хв, час збереження 5 дiб
Основними параметрами, що визначають можливiсть використання того чи шшого типу осцилографа, е швидюсть i вiрогiднiсть вiдтворення дослiджуваного сигналу. Ц параметри залежать вiд частотних властивостей осцилографа, а також точност вщлжу, яка залежить вiд параметрiв електронно-променево! трубки i вхщних пiдсилювачiв.
7. SWOT-аналiз результатiв дослщжень
Strengths. Сильною стороною у проведеному дослщжет е можливiсть оцiнювати стутнь дii ПЕМВ на рiзнi вузли та усю РЕЗ вiдокремленими параметрами. А саме, параметрами, як характеризують завадову обстановку, створювану самими вузлами РЕЗ, i параметрами, що характеризують стутнь сприйнятливост рiзних частин (вузлiв) РЕЗ до впливу ПЕМВ.
Weaknesses. Слабкою стороною е те, що у робот вiдсутнiй практичний приклад розробки конкретного стiйкого до ПЕМВ РЕЗ (або окремого блоку). Однак результати проведеного дослщження дозволяють зрозумгги порядок, умови експериментальних випробовувань та вимоги до КВА. Це дозволить у наступних дослiдженнях оцiнити стшюсть як окремого блоку, так i РЕЗ у цiлому.
Opportunities. Сформульоват загальнi умови дозволяють у подальших дослiдженнях вивчити стiйкiсть конкретного РЕЗ до дп ПЕМВ як на етат розробки, так i етапах його випробування з використанням контрольно-вимiрювальноi апаратури, вимоги до яко! також були сформульованi у роботт
Дана методика дозволить виявити електромагнiтноуразливi прибори (вузли, блоки, елементи) та прийняти рiшення розробникам РЕЗ щодо побудови електромагнiтного захисту з урахуванням сучасних технологiй. Однак слщ зауважити, що зовсiм виключити проникнення електромагнiтного випромiнювання до радiотехнiчних систем, i особливо через АФТ поки неможливо.
Threats. Загрозами для результапв проведених дослiджень е те, що для розрахунку перелiчених показникiв не слщ використовувати одинаковi пiдходи та методи в силу рiзного функционального призначення та складу РЕЗ. Крiм того, зазначенi у роботi шдходи до визначення методiв дослiдження впливу ПЕМВ на РЕЗ, слщ перевiряти на вiрогiднiсть зазначеними у посиланнях способами, у тому числi засобами програмних комплексiв AWR, CST, HFFS, MMANA та iншi.
BrnpaiH на тaкi eкcпepимeнтaльнi випpобyвaння елщ вpaxовyвaти нa eтaпi pозpобки РЕЗ. Ц дacть можливicть нe тльки мiнiмiзyвaти (до 60 %) вплив нa paдiоeлeктpонний зaciб ПEMB, a i по можливооп (обмeжeнicть тexнологiй, нaявнicтъ y РЕЗ aнтeн тa iншиx шляxiв пpоникнeння ПEMB, pозвиток eлeктpомaгнiтноï збpоï) нe допycтити тeплового eлeктpомaгнiтного ypaжeння РЕЗ ПEMB.
S. Висновки
1. Покaзaно, що оcновнi пapaмeтpи, якi визнaчaютъ cтiйкicтъ РЕЗ i тдлягають контpолю пpи впливi ПEMB, в оcновномy визнaчaютъcя paдiопpиймaльним пpиcтpоeм i пpиcтpоями обpобки цифpовоï iнфоpмaцiï. Tax, кaнaл paдiопpийомy rap^^ro cигнaлy xapaктepизyeтъcя:
- чyтливicтю Pc.min;
чacтотною вибipковicтю (омута пpопyщeння, коeфiцieнт пpямокyтноcтi АЧХ); нecтaбiлънicтю чacтоти гeтepодинa пpиймaчa; внyтpiшнiми шyмaми вxiдниx кacкaдiв пpиймaчa;
нeлiнiйнicтю xapaктepиcтик зacтоcовyвaниx y пpиймaчi пiдcилювaчiв i змiшyвaчiв, що e дичиною pозшиpeння cпeктpa пpийнятого cигнaлy.
Kpiм того, xapaктepиcтикa, що дозволяе cyдити пpо cпpийнятливicтъ РЕЗ по каналу пpийомy коpиcного ^талу, цe вiдношeння:
Uc/(Uш+Un),
дe Uc, U-ш, Un - вщповщно, натуги коpиcного cигнaлy, шуму i пepeшкоди на вxодi пpиймaчa. Для ноpмaльного пpийомy коpиcного cигнaлy з потужшетю Рс повинна зaдоволънятиcя умова Pc>Pc.min. На piвeнь cпpиятливоcтi також впливають xapaктepиcтики АФТ до пpийомного тpaктy, а caмe:
- шиpинa головного телюетка ДС;
- piвнi бiчниx пeлюcткiв ДС АФТ;
- коeфiцieнт cпpямовaноï д^';
- eфeктивнa площа аш^ни Sеф;
- поляpизaцiйнi пapaмeтpи aнтeни.
2. Bизнaчeно, що до оcобливоcтeй мeтодiв випpобyвaнъ, пов'язaниx з визнaчeнням cтiйкоcтi РЕЗ до, тд 4ac i пicля впливу HEMB, вiдноcятъcя:
шиpокий дiaпaзон чacтот як коpиcниx cигнaлiв, так i пepeшкод; випpбyвaння РЕЗ у ближнiй зош впливу ПEMB;
- вимip cтaтиcтичниx пapaмeтpiв ПEMB;
- вимip нaвeдeнь у piзниx лaнцюгax РЕЗ ^и впливi ПEMB;
- пpовeдeння мaтeмaтичноï обpобки peзyлътaтiв вимipy з мeтою pозpобки peкомeндaцiй, що дозволяють шдвищити зaвaдоcтiйкicтъ РЕЗ;
- пошук i peaлiзaцiя пpи pозpобцi КБА новиx конcтpyктоpcькиx i тexнологiчниx piшeнь, що зaбeзпeчyють бiльш виcокий cтyпiнь вipогiдноcтi одepжyвaниx peзyльтaтiв у бiльш коpоткi пpомiжки 4acy;
- pозpобкa новиx бiльш зaвaдоcтiйкиx видiв зв'язку мiж окpeмими чacтинaми KБA i доcлiджyвaними РЕЗ пpи cтвоpeннi вимipювaльниx cтeндiв.
3. У peзyльтaтi пpовeдeниx доcлiджeнь cфоpмовaно зaдaчi, якi виникають
при оцшщ стшкосл РЕЗ:
- визначення характеристик електрично! i магнiтний складових полiв ПЕМВ, що впливають на РЕЗ;
- визначення напруг i струмiв, що наводяться, у ланцюгах РЕЗ i на мiжблочних лтях зв'язку в результатi дп ПЕМВ;
- визначення змши форми вихщних сигналiв i режимiв роботи окремих елеменлв, схем i пристро!в РЕЗ тд час i пiсля впливу ПЕМВ на РЕЗ;
- виявлення елеменлв, блоюв, пристро!в РЕЗ, найбшьш критичних до впливу ПЕМВ.
4. У результат дослiджень доведено, що запропонована схема котрольно-випробувального стенда для проведення комплексних випробувань РЕЗ на стiйкiсть до впливу ПЕМВ у своему складi повинна мати КВА з запам'ятовуючими осцилографами, характеристики яких наводяться у роботт
Наданi рекомендацп щодо проведення експериментальних дослщжень стiйкостi РЕЗ до ПЕМВ наявною КВА у склащ котрольно-випробувального стенда:
- контроль стшкосл РЕЗ до впливу ПЕМВ складаеться з двох основних етапiв. На першому контролюються параметри РЕЗ, що впливають на !хню електромагнiтну сумюнють, до впливу на РЕЗ ПЕМВ, а попм тi ж самi вимiри проводяться пiсля впливу ПЕМВ. Другий етап контролю - це е оцшка стiйкостi РЕЗ тд час впливу ПЕМВ. Такий спошб контролю бiльш об'ективний, хоча його проведення пов'язане з низкою серйозних трудношдв;
- для контролю сигнаив у високочастотних трактах РЕЗ тд час впливу ПЕМВ, а також виникаючих при цьому перехщних процешв у ланцюгах апаратури в бшьшосл випадкiв необхiдно використовувати спектральнi методи, як можна роздiлити на прямi i непрямi. Прямi спектральнi методи вимiру заснованi на використаннi аналiзаторiв спектра. Непрямi методи заснованi на юнуючт залежностi ширини робочо! смуги частот вимiрюваного випромiнювання вiд рiзних непрямих параметрiв РЕЗ, таких як швидюсть убування позасмугових спектрiв, час встановлення мантуляцшних сигналiв, девiацiя частоти. Тобто параметрiв, що вимiрюються безпосередньо з бшьш високою точнiстю, чим займана перешкодою смуга частот;
- до контрольно-вимiрювальноï апаратури, використовувано! для контролю стшкосл РЕЗ пiд час впливу ПЕМВ, слщ пред'являти ряд додаткових твердих техтчних вимог. Одним зi шляхiв задоволення цих вимог е виведення системи контрольованих сигнашв iз зони впливу ПЕМВ. У загальному випадку це може бути здшснене за допомогою виведення з зони експерименту передавального i прийомного пристро!в, а також лiнiï зв'язку.
Лггература
1. Izmeritel'nyy kompleks dlya issledovaniya elektromagnitnoy obstanovki pri rasprostranenii sverkhkorotkikh elektromagnitnykh impul'sov v pomeshheniyakh zdaniya / Sakharov K. Yu. et. al. // Tekhnologii EMS. 2009. Issue 3 (30). P. 18-22.
2. White Donald R. J. A Handbook on Electromagnetic Interference and Compatibility. Gainesville: Don White Consultants, 1987. 870 p.
3. Barsukov V. S. Kompleksnaya zashhita ot elektromagnitnogo terrorizma // Sistemy bezopasnosti svyazi i telekommunikatsiy. 2000. Issue 32. P. 94-98.
4. Balyuk N. V., Kechiev L. N., Stepanov P. V. Moshhnyy elektromagnitnyy impul's: vozdeystvie na elektronnye sredstva i metody zashhity. Moscow: OOO «Gruppa IDT», 2007. 478 p.
5. Fyk A. I., Ol'khovikov S. V. Metodika otsenki sostoyaniya vkhodnykh tsepey radiopriyomnykh ustroytv pri vozdeystvii elektromagnitnogo impul'sa yadernogo vzryva // Systemy obrobky informatsii. 2005. Issue 5 (21). P. 170-178.
6. Larionenko A. V., Simakin S. V. Rezul'taty eksperimental'nykh issledovaniy vozdeystviya sverkhshirokopolosnykh elektromagnitnykh impul'sov na elementy telekommunikatsionnykh sistem // Tekhnologii EMS. 2009. Issue 3 (30). P. 33-37.
7. Kravchenko V. I., Bolotov E. A., Letunova N. I. Radioelektronnye sredstva i moshhnye elektromagnitnye pomekhi / ed. Kravchenko V. I. Moscow: Radio i svyaz', 1987. 256 p.
8. Bogdanov V. N., Zhukovskiy M. I., Safronov N. B. Sistema natsional'nykh standartov po zashhite informatsii ot prednamerennykh elektromagnitnykh vozdeystviy // Tekhnologii EMS. 2009. Issue 1 (28). P. 23-28.
9. Akbashev B. B., Balyuk N. V., Kechiev L. N. Zashhita ob"ektov telekommunikatsiy ot elektromagnitnykh vozdeystviy. Moscow: Grifon, 2014. 472 p.
10. DSTU EN 55014-1:2016 (EN 55014-1:2006; EN 55014-1:2006/A1:2009; EN 55014-1:2006/A2:2011, IDT). Elektromahnitna sumisnist. Vymohy do pobutovykh elektropryladiv, elektrychnykh instrumentiv ta analohichnoi aparatury. Chastyna 1. Emisiia zavad. Kyiv: DP «UkrNDNTs», 2017. 94 p.
11. DSTU3680-98 (HOST 30586-98). Sumisnist tekhnichnykh zasobiv elektromahnitna. Metody zakhystu. Kyiv: Derzhstandart Ukrainy, 1999. 10 p.
12. Walling E. M. High Power Microwaves: Strategic and Operational Implications for Warfare. Occasional Paper No. 11. Center for Strategy and Technology/Air War College/Air University/Maxwell Air Force Base. Alabama, 2000. 52 p. doi: http://doi.org/10.21236/ada425472
13. Geis J. P. Directed Energy Weapons on the Battlefield a New Vision for 2025. Occasional Paper No. 32/Center for Strategy and Technology/Air War College/Air University/ Maxwell Air Force Base. Alabama, 2003. 73 p. doi: http://doi.org/10.21236/ada463429
14. Gizatullin Z. M. Tekhnologiya prognozirovaniya i povysheniya elektromagnitnoy sovmestimosti tsifrovykh elektronnykh sredstv pri vneshnikh vysokochastotnykh impul'snykh elektromagnitnykh vozdeystviyakh // Tekhnologii EMS. 2010. Issue 3 (34). P. 22-29.
15. Camp M., Nitsch D., Sabath F. Susceptibility of Electronic Equipment to HEMP Threats // System Design and Assessment Notes. Notes 37. 2004. 17 p.
16. Baker G., Castillo J. P., Vance E. F. Potential for a unified topological approach to electromagnetic effects protection // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 1992. Vol. 34, Issue 3. P. 267-274. doi: http://doi.org/10.1109/15.155839
17. Tesche F. Topological concepts for internal EMP interaction // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1978. Vol. 26, Issue 1. P. 60-64. doi: http://doi.org/10.1109/tap.1978.1141785
