基于QMU的高空电磁脉冲下电气电子设备易损性评估方法

高空电磁脉冲（HEMP）可能造成广域基础设施的故障或损毁,考虑到经济原因,需要科学合理地评估其中关键电气电子设备在HEMP辐照下的易损性。将不确定性量化与设备效应评估相结合,总结出基于裕量与不确定性量化（QMU）的电气电子设备易损性评估方法及其工作流程,包括:筛选设备关键参数,通常为耦合通道电流、电压的范数;通过HEMP环境及其与设备耦合的数值仿真及不确定性量化,得到HEMP下设备关键参数的概率分布,作为设备的威胁水平;对工作状态下设备进行HEMP效应试验,通过统计推断得到设备效应阈值概率分布,作为设备在威胁下的强度;计算威胁水平与设备强度间的距离,量化设备关键参数的裕量及其不确定性,评估HEMP下的设备易损性。基于QMU的电气电子设备易损性评估方法还可为后续防护设计提供基础数据和评估方法。     

两种高空核爆电磁脉冲电缆耦合效应的比较

 有关高空核爆电磁脉冲(HEMP)的标准，我国推荐的1976 HEMP和IEC推荐的1996 HEMP的早期波形是不同的。针对两种HEMP标准，采用传输线方程计算了不同长度电缆受HEMP影响的情况，结果表明电缆的1976 HEMP早期耦合效应较1996 HEMP早期耦合效应要严重的多。     

核电站最小安全系统电磁脉冲效应试验研究

高空电磁脉冲(HEMP)可通过线缆、孔缝等耦合通道进入电子设备,对各种电子化设备造成暂时甚至永久损伤。考虑到核电站的安全防护等级要求极高,因此有必要研究强电磁脉冲作用下核电站内电子系统的易损性和薄弱环节。首先确定并搭建了核电站最小安全系统模拟试验系统,包括电气、仪控系统和时钟同步系统; 搭建满足GJB 8848-2016规定的威胁级辐照试验平台; 然后对核电站最小安全系统进行辐照效应试验。利用试验数据及效应现象,初步分析了核电站最小安全系统在强电磁脉冲作用下的效应规律,发现HEMP对核电站最小安全系统具有一定程度的威胁,但未影响其核心关键职能。通过总结效应现象、分析薄弱环节和效应阈值,为接下来核电站最小安全系统的易损性评估和防护策略的制定提供依据。     

核安保典型系统电磁脉冲效应试验研究

高空电磁脉冲(HEMP)是一种能够通过场线或孔缝耦合到各种电子电气设备内部的暂态电磁波,该电磁能量会对正常工作的电子电气设备造成干扰甚至永久性损伤。为了确保关键部门的安保系统能够在电磁脉冲环境下正常工作,有必要针对安保系统进行电磁脉冲效应试验,分析该种类型系统在电磁脉冲环境下的薄弱环节和生存能力。针对核安保典型系统拓扑结构,搭建了电磁脉冲辐照试验和脉冲电流注入试验平台,并通过试验获取了报警分机、门禁主机、报警中心端等核安保典型系统关键部件的电磁脉冲效应阈值和效应现象。进一步结合各部件的电路原理分析了关键部件的失效机理,总结了核安保典型系统的薄弱环节,为后续安保系统的防护加固设计提供数据支撑。     

车辆线缆瞬态电磁脉冲耦合仿真与抑制技术

瞬态电磁脉冲可通过车辆互联线缆耦合至电子系统内部，造成电子设备受扰甚至损毁，研究瞬态防护器件对电磁脉冲的抑制特性可为车辆电磁防护设计与实施提供有力支撑。本文以发动机电控系统为研究对象，考虑关键金属结构、线缆与电子设备，建立发动机电磁仿真模型，计算获取了瞬态电磁脉冲作用下线缆端口耦合干扰特性；基于电磁脉冲注入方法设计并搭建了瞬态防护器件测试平台，获取了瞬态电压抑制器与压敏电阻两类典型瞬态防护器件的响应时间、钳位电压、尖峰泄露等响应特性；在仿真与测试结果的基础上，选取一型瞬态电压抑制器应用于凸轮轴位置传感器信号线的电磁防护。研究结果表明，该型瞬态电压抑制器对线缆瞬态电磁脉冲耦合干扰抑制能力接近20 dB，置于滤波器前端可有效抑制线缆耦合干扰，保护终端设备。     

模拟器电磁场与实际电磁场耦合响应等效计算

辐射波模拟器产生的脉冲电磁环境能够近似模拟高空核爆电磁脉冲（HEMP）的自由场, 然而在实际HEMP威胁环境中, 施加在地面设备上的电磁场是电磁脉冲入射波与地面反射波的合成场。通过计算不同入射情况下, HEMP自由辐射场经损耗地面反射叠加形成的总电场, 对比其与初始入射场的强度及波形变化, 分析了地面附近合成电磁场的特点。提出一种将模拟环境效应与实际环境效应进行等效转换的计算方法, 应用该方法计算了入射波电场45极化情况下的模拟环境效应修正因子。分析计算结果, 建议在开展HEMP效应的辐射波模拟试验中, 应将受试设备放在至少三个相互正交的方向上进行测试, 同时适当减小模拟器产生电磁脉冲的宽度。     

孔缝对金属腔体强电磁脉冲耦合特性影响研究

核电磁脉冲和高功率微波等强电磁脉冲易造成电子设备功能失效甚至损毁,在实际工程实施中用金属腔体对电子设备进行屏蔽是常用的强电磁脉冲抑制手段。基于电磁仿真计算,对含矩形孔缝金属腔体的强电磁脉冲耦合特性进行了系统研究,阐述了孔缝宽长比、腔体尺寸等因素对多种不同类型强电磁脉冲（核电磁脉冲、宽带高功率微波、窄带高功率微波）作用下腔体内耦合场的影响;并以此为基础,重点分析了强电磁脉冲与含孔缝金属腔体之间的作用机制。研究结果表明:不同类型强电磁脉冲耦合信号差异明显,金属腔体对强电磁脉冲的响应是腔体谐振模式、孔缝谐振频率与强电磁脉冲共同作用的结果;当腔体谐振模式、孔缝谐振频率在强电磁脉冲的带内时,腔体内部的耦合场会出现增强效应;特别地,腔体与孔缝间的相互作用还可造成腔体与缝隙的谐振频率发生偏移。因此,在为电子设备设计金属屏蔽外壳时,应基于不同强电磁脉冲的频带范围,对腔体与孔缝的尺寸进行综合设计,抑制腔体、孔缝谐振及谐振频率偏移,提升其强电磁脉冲防护性能。     

单片机系统在核电磁脉冲辐照下的效应研究

 核电磁脉冲（NEMP）、雷电电磁脉冲（LEMP）和高功率微波（HPM）等强电磁脉冲对单片机系统具有很强的干扰和破坏作用。为研究它们对单片机系统的各种效应,利用GTEM室产生的核电磁脉冲,对单片机系统进行了辐照效应实验。实验表明,单片机系统在强电磁脉冲作用下,会出现“死机”、重启动、通讯出错等现象。基于实验,讨论了单片机系统的各种效应产生的原因。     

高空核爆电磁脉冲波形标准及特征分析

 目前，国际上已有美军标、国际电工委员会、Bell实验室及各种学术出版物等各种高空核爆电磁脉冲波形标准。综述了这些标准，并从时域参数、频谱、归一化累积能流谱、总的能量密度等几方面研究其异同性。比较后认为，IEC61000-2-9和MIL-STD-461E表述的新标准要比1976年出版物波形和Bell实验室波形的频谱范围宽，对电子系统的小孔缝耦合效应稍强，但对多数效应物尤其是线缆引入的传导耦合，损伤程度则相对弱化。最后，分析了由于HEMP波形表述形式变化，给EMP模拟器和效应研究带来的影响和新动态趋势。     

基于频域幅度谱数据重建电磁脉冲时域波形

 由频域幅度谱数据重建时域脉冲波形，是电磁脉冲效应及传感器标定研究中经常遇到的问题。根据最小相位原理，利用倒谱技术，编程实现了从频域幅度谱数据构造相位信息，进而反演时域脉冲响应波形。对几类函数波形和一组实测高空核爆电磁脉冲(HEMP)波形的验证结果表明，HEMP波形、余(正)弦阻尼振荡波形等信号的重建波形与原始波形符合很好。对于非最小相位信号，重建波形的前(后)沿、峰值等细节参数有一定差别，但也能给出一些波形、累积能量、幅值量级等方面的标志信息。     

高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏

高功率电磁脉冲干扰甚至损毁无人飞行器是应对小型无人飞行器威胁的一种非常有效的办法,高功率电磁脉冲对无人机系统进行干扰和毁伤主要通过前门耦合和后门耦合的方式。完成了高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏实验,完成了无人机在电磁脉冲源毁伤作用下的目标易损性分析,根据毁伤效果将高频电磁脉冲对无人飞行器毁伤等级分为三级,即干扰级、毁伤级、失效级。分析了电磁脉冲作用的主要目标元件,结果表明,无人飞行器最有可能受干扰的部分为接收机和电子调速器。在相关研究和实际应用时,应着重研究电磁脉冲对无人飞行器的接收机和电子调速器的毁伤破坏,根据接收机和电子调速器内部的电路结构来确定毁伤最佳频率。     

两种高空核爆电磁脉冲下电话机的效应异同性及概率分布

 利用分布式负载有界波电磁脉冲模拟器提供的电磁环境,试验研究了电话机在我国推荐的1976 HEMP和IEC61000-2-9推荐的1996 HEMP两种波形环境激励下的效应异同性,以及效应的概率分布,应用频谱分析和电磁范数对效应机制进行了分析。结果表明:对于电话机通话中断效应,1996 HEMP要比1976 HEMP的效应阈值稍低,其效应的概率分布可用正态分布来拟合。     

无人机数据链电磁干扰机理和防护研究

针对无人机在飞行过程中其数据链系统容易受到外界电磁干扰而导致链路中断的问题,以某型无人机数据链系统为研究对象,提出了一种基于前门耦合的电磁敏感度注入效应试验方法。基于该方法开展了某型无人机数据链系统电磁敏感度效应试验,得到了该数据链系统的敏感度阈值曲线,确定了其电磁敏感度阈值,分析了机载数据链接收机射频前端的工作原理和电磁干扰作用下接收机的信号传输过程,揭示了组合频率干扰和带外饱和干扰对无人机机载数据链的作用机理,最后进行了试验验证。在实验研究的基础上,从电磁兼容设计层面和自适应控制策略方面分别有针对性地提出了相应的防护方法。     

无人机副遥控系统连续波电磁辐照机理

上行副遥控冗余设计是无人机战场生存能力的重要保证,为检验连续波辐照环境下某型无人机副遥控数据链系统的可靠性,基于连续波辐射发射系统建立了无人机连续波辐照效应试验平台,以典型"失锁"效应作为受干扰判别依据,开展了副遥控数据链系统辐照效应研究,利用电磁仿真和注入法分析了"失锁"效应机理和主要干扰耦合路径。试验结果表明:在某些敏感频点,副遥控链路会出现通信中断现象,即表现为失锁状态,最小失锁阈值为0.098V/m,且出现失锁现象的电场阈值随辐射场极化方向改变。经过电磁仿真试验可知,天线是无人机副遥控系统的主要干扰耦合路径,导致副遥控数据链产生失锁的频点均与工作频段相关,电磁能量通过前门耦合传导进入机载收发组合内部,当信噪比达到一定程度时,解调输出误码率过大,通信随即中断,产生失锁。