太原避雷檢測     山西防雷檢測     山西防雷工程      山西避雷檢測       太原防雷公司

摘要：

      分析了強電磁脈沖環(huán)境下無人機的電磁耦合路徑和毀傷效應(yīng)，從光電系統(tǒng)、天線端口以及機體設(shè)計三方面給出了無人機強電磁脈沖防護(hù)的思路，并形成了系統(tǒng)的電磁防護(hù)解決方案，為保障無人機在強電磁環(huán)境下的生存能力和作戰(zhàn)能力提供了技術(shù)支撐及未來發(fā)展建議。山西避雷工程

      美國先后于 2015 年、2017 年發(fā)布報告強調(diào)要重塑電磁頻譜領(lǐng)域的優(yōu)勢地位、決勝電磁戰(zhàn)。電子干擾、高功率微波攻擊等作戰(zhàn)手段將成為應(yīng)對灰色地帶挑釁的有效措施，電磁戰(zhàn)正成為控制戰(zhàn)爭規(guī)模和進(jìn)程的重要手段，是未來沖突的主要對抗形式。面對戰(zhàn)爭模式的轉(zhuǎn)變，強電磁干擾及毀傷將是直接導(dǎo)致無人機失控甚至癱瘓的關(guān)鍵所在。因此，我國無人機必須具備抗電磁干擾和高功率微波毀傷的能力，應(yīng)采取可靠的電磁防護(hù)措施，提高無人裝備系統(tǒng)的電磁防護(hù)水平。長治避雷檢測

      強電磁脈沖可以覆蓋無人機機載設(shè)備的全部工作頻段，瞬時強大的電磁脈沖能量通過無人機的光電窗口、射頻傳感器端口或機體上的孔、縫耦合至無人機機載設(shè)備，對機載設(shè)備造成瞬態(tài)干擾甚至永久毀傷。忻州避雷檢測

      強電磁脈沖主要有“前門”耦合和“后門”耦合兩種形式?！扒伴T”耦合指電磁能量通過天線、傳輸線纜耦合到系統(tǒng)電子設(shè)備內(nèi)部 ；“后門”耦合是指電磁能量通過機體上的孔、縫等形成的耦合。運城法雷檢測

      在無人機機體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，機體蒙皮材料分為全部金屬材料和部分金屬 + 復(fù)合材料兩種。如果機體外蒙皮全部采用金屬材料，由于金屬機身所具有的屏蔽特性，此時無人機的電磁耦合路徑主要集中于機上各天線端口以及機身蒙皮可能存在的口蓋、縫隙等部位 ；如果機體蒙皮全部或部分采用復(fù)合材料，由于機身復(fù)合材料不具有電磁屏蔽特性，導(dǎo)致無人機機載設(shè)備完全暴露在外界強電磁輻照之下，可能導(dǎo)致無人機機載設(shè)備被嚴(yán)重干擾甚至無法正常工作。無人機的電磁耦合路徑如圖 1。

強電磁脈沖武器通過耦合路徑對無人機電子設(shè)備內(nèi)部的作用流程如圖 2。陽泉避雷檢測

強電磁脈沖對無人機的作用效應(yīng)主要可分為干擾、擾亂 / 翻轉(zhuǎn)、降級、損壞四種，具體毀傷如下 ：

（1）干擾，指強電磁脈沖作用在無人機電子設(shè)備內(nèi)部時，造成設(shè)備內(nèi)部噪聲增加或出現(xiàn)新的干擾信號，影響設(shè)備的正常工作。例如，強電磁脈沖可能會造成無人機機載設(shè)備及數(shù)據(jù)傳輸受影響甚至失效，迫使無人機與地面站之間通訊中斷，導(dǎo)致無人機自行降落或者返航。臨汾避雷檢測

（2）擾亂 / 翻轉(zhuǎn)，指強電磁脈沖造成無人機機載設(shè)備或系統(tǒng)工作失常，設(shè)備工作混亂、工作指令中斷，在沒有人為干預(yù)情況下，機載設(shè)備或系統(tǒng)不能自動恢復(fù)正常工作。大同避雷檢測

（3）降級，指強電磁脈沖使無人機機載設(shè)備或系統(tǒng)關(guān)鍵器件性能下降或非關(guān)鍵器件損壞，導(dǎo)致無人機整個系統(tǒng)性能下降。朔州避雷檢測

（4）損壞，指強電磁脈沖耦合進(jìn)入無人機設(shè)備電子元器件內(nèi)部，導(dǎo)致元器件暫時失效或燒毀，致使無人機航電計算機中的存儲器喪失記憶能力，使無人機陷于癱瘓甚至墜機。太原防雷公司

      無人機系統(tǒng)電磁防護(hù)技術(shù)運用自頂向下、分級防護(hù)的設(shè)計思想，建立全機電磁防護(hù)的分析模型，針對強電磁脈沖防護(hù)的薄弱環(huán)節(jié)，通過仿真，不斷對系統(tǒng)設(shè)計方案進(jìn)行分析、評估、測試、優(yōu)化、調(diào)整，直至滿足總體電磁防護(hù)技術(shù)要求。山西避雷驗收

      設(shè)計過程中通過系統(tǒng)級的電磁耦合路徑分析仿真，發(fā)現(xiàn)威脅源產(chǎn)生干擾或毀傷的各耦合路徑并量化威脅程度 ；再結(jié)合系統(tǒng)級物理電磁防護(hù)設(shè)計技術(shù)，針對耦合路徑產(chǎn)生的電磁效應(yīng)，進(jìn)行預(yù)設(shè)計 ；然后將設(shè)計結(jié)果進(jìn)行仿真驗證分析，直到滿足整體指標(biāo)。如此迭代分析的結(jié)果，作為物理電磁防護(hù)材料和器件的設(shè)計指標(biāo)。山西防雷工程

      為防御外部強電磁攻擊或干擾，需要對整體防護(hù)材料、各部位防護(hù)器件及射頻前端電磁脈沖抑制、接收機和計算機電磁防護(hù)、各類設(shè)備（包括存儲設(shè)備）機箱電磁屏蔽、線纜屏蔽進(jìn)行全方位設(shè)計，系統(tǒng)地規(guī)劃、論證分指標(biāo)，共同實現(xiàn)最終防護(hù)目標(biāo)。運城防雷檢測

無人機系統(tǒng)電磁防護(hù)設(shè)計技術(shù)框架如圖 3，無人機電磁防護(hù)架構(gòu)如圖 4。

3.1 光電系統(tǒng)的電磁加固（略）

      無人機光電系統(tǒng)前端結(jié)構(gòu)組成如圖 5。電磁輻射能量通過光學(xué)窗口，由光學(xué)望遠(yuǎn)組件傳遞到艙內(nèi)的紅外探測器，并將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇涌陔娐罚山涌陔娐穫鬏數(shù)叫盘柼幚頇C，伺服控制電路完成陀螺穩(wěn)定平臺的控制驅(qū)動，實現(xiàn)目標(biāo)的搜索。大同防雷檢測

（1）光學(xué)窗口

（2）密封外罩

3.2 天線端口電磁防護(hù)設(shè)計

（1）頻率選擇雷達(dá)天線罩設(shè)計

      無人機雷達(dá)天線罩采用頻率選擇表面（FSS）技術(shù)制備，通過該技術(shù)可制備出具有頻率選擇功能的雷達(dá)天線罩，實現(xiàn)電磁波帶內(nèi)通過、帶外吸收的功能。天線罩設(shè)計涉及頻率選擇表面基本單元的選型、設(shè)計，天線罩結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝設(shè)計三個方面。晉中避雷檢測

（2）瞬態(tài)抑制組件研制

      當(dāng)天線處于實際工作電磁環(huán)境時，由于天線的暴露性，其耦合電壓或電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天線后置電子設(shè)備的額定閾值。設(shè)計天饋脈沖瞬態(tài)抑制器件電路時，對于敏感器件或電路，如一些二極管、集成電路等，只使用一級浪涌保護(hù)電路往往不能達(dá)到防護(hù)效果，尤其是高頻干擾信號，需要設(shè)計多級防護(hù)電路。呂梁防雷檢測

      設(shè)計天饋脈沖抑制器件電路時 , 第一級防護(hù)使用氣體放電管泄放耦合的大電流 ；第二級防護(hù)使用半導(dǎo)體放電管，抑制高功率微波（HPM）、核電磁脈沖 (HEMP)及靜電 (ESD) 等快上升沿的電磁脈沖，泄放第一級無法響應(yīng)而殘留的能量 ；第三級防護(hù)使用具備高速回路特性的 TVS 管，將電壓嵌位到一個較低的水平，起到對敏感器件的精密防護(hù)作用，如圖 12。如果三級防護(hù)還不能很好保護(hù)敏感器件，可以使用四級防護(hù)電路，把電壓嵌位到要求值。天饋脈沖抑制器件性能參數(shù)見表 1。

（3）傳輸線纜電磁防護(hù)

      針對機艙內(nèi)線纜束之間存在的耦合效應(yīng)，通過加裝屏蔽熱縮套管對電纜進(jìn)行屏蔽和隔離設(shè)計，達(dá)到抗干擾的目的。晉城避雷檢測

3.3 機體電磁防護(hù)設(shè)計

      無人機機體防護(hù)采用結(jié)構(gòu)功能一體化防護(hù)設(shè)計方法，進(jìn)行電磁屏蔽、電磁吸波、結(jié)構(gòu)承重參數(shù)匹配設(shè)計，在艙體中集成縫隙類、孔洞類防護(hù)材料和器件，使其抗強電磁脈沖毀傷能力極大提高，進(jìn)而在無人機遭受強電磁脈沖攻擊時起到防護(hù)作用，可采取的防護(hù)措施見表 3。

      采用結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計方法制作的無人機機體，具備電磁屏蔽、電磁吸波、降噪、輕質(zhì)、裝飾、承重，結(jié)構(gòu)功能一體化等特點，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 14，結(jié)構(gòu)功能一體化電磁防護(hù)復(fù)合器件技術(shù)指標(biāo)見表 4。

      無人機的空間狹小、機載電子設(shè)備繁多、頻率范圍寬等特點，導(dǎo)致機內(nèi)電磁環(huán)境復(fù)雜，致使其在強電磁環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)時更容易受到干擾。隨著大功率電磁輻射干擾機、高功率微波和電磁脈沖等電磁能量武器在未來戰(zhàn)場越來越多的應(yīng)用，戰(zhàn)場電磁環(huán)境日益惡劣。因此，提升無人機自身的電磁防護(hù)性能，確保其在強電磁環(huán)境下的可靠性和安全性迫在眉睫。提升無人機強電磁環(huán)境適應(yīng)性，后續(xù)應(yīng)重點考慮以下幾個方面 ：長治防雷檢測

（1）采用自頂向下的防護(hù)設(shè)計理念，針對存在電磁干擾 / 毀傷的薄弱環(huán)節(jié)，不斷深化對干擾源、傳播途徑和敏感設(shè)備在空域、時域、頻域、能域不同維度的電磁防護(hù)設(shè)計 ;

（2）研究探索無人機裝備強電磁脈沖驗證和評估方法 ；

（3）加快推進(jìn)抗強電磁脈沖材料和器件在無人機上的實裝應(yīng)用，通過裝機驗證來檢驗和牽引新一代材料和器件的研發(fā)。陽泉防雷檢測