复杂电磁环境对装备保障活动的干扰机理研究

马玉林，张文一，孟 冲

（装备指挥技术学院研究生管理大队，北京 101416）

复杂电磁环境对装备保障活动的干扰机理研究

马玉林，张文一，孟 冲

（装备指挥技术学院研究生管理大队，北京 101416）

复杂电磁环境是指信息化条件下的战场电磁环境，是对战场空间中所有电磁信号的总体状态的反映。战时军队遂行装备保障任务，不可避免地要面对极为复杂的战场电磁环境及其带来的电磁干扰问题。从电磁环境与装备保障要素之间的相互作用关系着手，揭示了装备保障活动受到电磁干扰作用的物理本质，研究了电磁干扰作用产生的充要条件和主要方式。

复杂电磁环境；装备保障；电磁干扰；机理

信息化战场上，敌对双方的侦察与反侦察、压制与反压制、干扰与反干扰等形形色色的电磁活动贯穿于作战的全过程，数量庞大、体制多样、种类繁杂、功率不一的电子装备遍布于战场的每一个角落，由此产生的主动电磁波、反射电磁波等纵横交织于电磁频谱的广泛空间内，构成了战场的复杂电磁环境。战时遂行装备保障任务，不可避免地要面对极为复杂的战场电磁环境及其带来的电磁干扰问题。尤其是随着部队装备信息化建设和装备保障信息化程度的不断提高，复杂电磁环境对装备保障活动的影响和制约呈逐步增大的趋势。深入研究复杂电磁环境对装备保障活动的干扰机理，深刻揭示电磁干扰作用的物理本质，对于科学分析战场电磁环境的复杂态势，提高部队复杂电磁环境下装备保障训练水平和能力具有重要的指导意义。

1 装备保障活动受到电磁干扰作用的物理本质

复杂电磁环境由数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交迭的电磁信号构成。由于电磁信号既携带有电磁能量，又可能携带信息，使得复杂电磁环境与装备保障活动之间实质上存在能量与信息的交换关系［1］。装备保障活动与电磁信号的交换关系主要表现为3种，即接收电磁信号、辐射电磁信号和反射（或散射）电磁信号，如图1所示。其中，接收电磁信号包括敌方干扰信号、己方自扰／互扰信号、自然界或民用电磁辐射信号。

在装备保障过程中，装备保障要素可能会接收到本身不希望接收的电磁信号，即非预期的电磁信号，其既可能来自敌方，也可能来自己方，还可能是民用或者自然界辐射的电磁信号，由于电磁信号携带有电磁能量和信息，当满足一定作用条件时，这些非预期的电磁信号就会对装备保障活动产生电磁干扰。需要明确：第一，这里的“电磁干扰”，属于“广义”的“电磁干扰”，既包括传统意义上的中断、降低或限制无线电通信或其他电气设备性能的过程［2］；也包括强电磁能量，如高功率微波武器、电磁脉冲武器等辐射的电磁信号对装备、生物体等的电磁毁伤（或称硬件损伤）过程；还包括通过电磁辐射传播的计算机病毒干扰等过程。第二，这里的“电磁干扰”，属于“综合性”的“电磁干扰”，由于复杂电磁环境构成的多样性，干扰信号通常是敌方的干扰信号、己方的自扰／互扰信号、自然界或民用的电磁辐射信号的综合。

图1 装备保障活动与电磁信号之间的关系

2 装备保障活动受到电磁干扰作用的充要条件

置身于复杂电磁环境中，装备保障活动时刻受到电磁信号的作用，但只有当满足一定的作用条件时，才能形成对装备保障活动的电磁干扰。

2.1 必要条件——电磁干扰三要素

电磁干扰的形成，首先必须具备三个基本要素，即电磁干扰源、耦合途径、干扰对象（或是干扰对象内部的敏感设备），三者之间的关系如图2所示。

1）电磁干扰源

电磁干扰源，是指任何能产生电磁干扰的元件、器件、设备、分系统、系统或自然现象［3］。理论上说，战场上所有电磁辐射源都可视为是潜在的电磁干扰源，只是当其中一个或若干个辐射源针对具体干扰对象，或对干扰效果起决定作用时，才称其为电磁干扰源。通常可依据其输出信号的功率在方位、时间以及频率上的分布，来对其进行综合描述，并用功率密度的形式表示为

图2 电磁干扰三要素示意图

式中，φ为干扰信号的辐射方向，f为干扰信号的工作频率，t为干扰信号的工作时间；P为t时刻辐射频率f的电磁信号的功率密度，也称为干扰源的发射率；F为将干扰源辐射的电磁信号（或称电磁能量）转变成空间、时间及频率分布的算子。

信息化战场空间潜在的典型干扰源可集中归纳为以下几大类：高空核爆电磁脉冲（HEMP）、超宽带（UWB）和高功率微波（HPM）等定向能武器辐射的电磁信号，电子对抗设备（含通信对抗、雷达对抗、光电对抗等）辐射的电磁信号，雷达、通信电台辐射的电磁信号，以及雷电、静电等。

2）传播耦合途径

传播耦合途径指传输干扰信号的通路或媒介，包括“辐射耦合”和“传导耦合”2种方式［3］。

①辐射耦合 指电磁干扰信号以电磁波的形式通过空间耦合至干扰对象内部，它包括电磁波对天线等接收装置的耦合，称为前门耦合，这是最主要的耦合方式；还有电磁波对电缆、装备金属表面、金属支柱、金属导管等的耦合，以及电磁波通过孔、缝隙的耦合等，称为后门耦合。

②传导耦合 传导耦合与辐射耦合有明显不同，它是指电磁干扰信号沿着连接电路以电压或电流的形式传输进入干扰对象内部。具体又可以分为直接传导耦合、公共阻抗耦合以及转移阻抗耦合等，这种耦合方式一般发生在系统内部。

通常，干扰源输出的电磁信号经过传播耦合后，都存在损耗，损耗程度可以用L表示，并取决于电磁信号的传输方位、距离、时间和频率，具体表示为

式中，L表示在φ方向、r距离、t时刻的f频率上，干扰源输出信号功率的损耗程度（L≤1）；K表示将损耗程度转变成空间、时间及频率分布的算子。

3）干扰对象

干扰对象，即指可能受到干扰作用的电子电气系统（或设备）、以及人员和燃油物资等［4］。通常用电磁敏感度（electromagnetic susceptibility，EMS）表示干扰对象受干扰的难易程度；用敏感电平阈值R表示干扰对象最小不可辨别的非预期响应信号电平，也就是敏感电平的最小值。干扰对象敏感度越高（敏感电平阈值越低），对电磁干扰就越灵敏，抗干扰能力就越差，反之亦然。

通过实验验证，各种典型电子设备受到弱干扰的敏感电平阈值（以微波照射功率的形式计量）一般在0.01～1μW／cm2范围内，受到中度干扰的敏感电平阈值在0.01～1 W／cm2范围内，受到较强干扰的敏感电平阈值一般在10～100 W／cm2范围内，受到强干扰的敏感电平阈值一般在1 000～10 000 W／cm2范围内［4］；一般情况下，当敏感电平阈值超过3 m W／cm2时，装备保障人员会受到弱干扰；当敏感电平阈值超过0.5 W／cm2时，人员会受到中度干扰；当敏感电平阈值超过20 W／cm2时，人员将受到较强干扰；当敏感电平阈值达到80 W／cm2以上时，人员将受到强干扰［5］。

2.2 充分条件——电磁干扰要素之间的关系

电磁干扰源、传播耦合途径、干扰对象，只是形成电磁干扰的3个必要条件，要想真正产生电磁干扰，三者之间还须满足一定的关系。

假设战场空间中共有T个辐射源，其中有N个辐射源的电磁信号能够传播到某敏感设备周围，并对该敏感设备产生作用，假设第i个干扰源输出信号功率为

同时，其一共有ni种传播耦合方式可以使干扰信号耦合进入敏感设备内部，其中，第j种传播耦合途径的传播损耗为

则在t时刻的f频率上，第i个干扰源通过第j种耦合方式进入敏感设备的干扰功率为

在t时刻的f频率上，该敏感设备接收到的电磁干扰信号总功率为

假设该敏感设备受到弱干扰、中度干扰、较强干扰、强干扰后的敏感电平阈值，分别以功率形式用R1，R2，R3，R4来表示，则该电磁敏感设备受到电磁干扰的过程及条件如图3所示。

图3 电磁干扰三要素之间的关系

3 装备保障要素受到电磁干扰作用的主要方式

如前所述，未来信息化条件下复杂电磁环境的电磁干扰作用，既包括传统意义上的中断、降低或限制无线电通信或其他电气设备性能的过程；也包括强电磁能量的电磁毁伤过程等。这里，重点就强电磁干扰能量（如高功率微波、电磁脉冲等，或者是多方面信号综合形成的强干扰）对装备保障要素产生电磁毁伤的机理进行阐述。

1）热效应 根据电磁理论可以知道，电磁场作用下的介质会被加热，当外加电场是交变电磁场时加热将更加激烈。当外加电磁场的频率越高，电场强度越大，对介质的作用越强，介质的温度升高的越快。热效应可使电子装备中的一些元器件，如半导体器件的结温升高，造成器件性能降低或失效，甚至导致库存物资燃烧爆炸。

2）瞬时干扰效应 即当电磁脉冲出现在电路的某一输入点时，其他的输入点仍然固定在原定的逻辑上，而输出暂时改变。在这种情况下，电磁脉冲的瞬时变化产生的干扰信号进入放大电路，使系统失灵。对于瞬时干扰来说，数字电路的输入线是最敏感的部位，其次是直流电源线和地线等。

3）电涌冲击 对于已经进行了金属屏蔽的电子电气系统（或设备），虽然电磁脉冲无法直接辐射到其内部，但是可以在屏蔽壳体上产生感应脉冲电流，就像浪涌一样在壳体上流动，当遇到缝隙、孔洞时，电涌就会进入系统内部，导致敏感器件的损坏。

4）强电场效应 电磁干扰信号被干扰对象接收后，可以在其内部的电子元器件上形成强电场，不仅可以使MOS场效应器件的栅氧化层击穿或金属化线间介质击穿，造成电路失效，而且，强电场效应可以造成载流子在器件表面态或缺陷态的迁移，从而形成潜在性损伤，对许多测试仪器和敏感电路的工作可靠性造成影响，对电磁屏蔽提出了更高的要求。

5）磁效应 静电放电、雷击闪电等引起的强电磁干扰可产生强磁场，由于对磁场的屏蔽比较困难，其产生的电磁能量会直接耦合到系统内部，使电子设备难以正常工作。

［1］ 王汝群.论复杂电磁环境的基本问题［J］.中国军事科学，2008（4）：62.

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TN97

A

1008-1542（2011）07-0031-03

2011-06-20；责任编辑:王海云

部委级重点资助项目（2008SY4103001）

马玉林（1982-），男，河北大城人，博士研究生，主要从事装备保障与指挥方面的研究。