Способ электромагнитных испытаний объекта и система для его реализации

Способ электромагнитных испытаний объекта и система для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к устройствам для индикации характеристик электромагнитных величин, в частности к устройствам для электромагнитных испытаний, и может быть применено для оценки защищенности кораблей от мощных электромагнитных излучений корабля и при проведении учений, предназначенных для подготовки и отработки действий личного состава боевых постов и расчетов, боевых частей и служб, командных пунктов и корабля в целом по использованию технических средств защиты от электромагнитного оружия.

Защищенность боевых и технических средств (далее - оборудования) корабля, определяющих его тактико-технические характеристики от поражающих факторов электромагнитного излучения, зависит как от электромагнитной стойкости (устойчивости) компонентов этого оборудования и его кабельных трасс, так и его экранирования корпусными конструкциями корабля (с учетом поглощения, отражения и переотражения электромагнитных волн от корпусных конструкций в корабельных помещениях). Электротехническое и радиоэлектронное оборудование, поставляемое на корабль, проходит испытания на защищенность от электромагнитного воздействия, например, в соответствии со стандартом США MIL-STD-461G, 11.12.2015. При строительстве корабля также испытывают защищенность его экранированных помещений от электромагнитного воздействия, например, по стандарту США MIL-STD-188-125-2, 03.03 1999.

Однако этих испытаний недостаточно для гарантии электромагнитной защищенности корабля в целом на последующих этапах его жизненного цикла. Корпусные конструкции корабля и корпуса оборудования, обладающие экранирующими свойствами, улучшают защищенность компонентов оборудования от электромагнитного воздействия, но уровень этой защищенности зависит от эксплуатационных факторов, определяющих состояние электромагнитной защиты кабельных трасс, герметизации электромагнитными прокладками щелей в дверях и люках корабельных помещений, а также электромагнитной герметизации корпусов оборудования, вводов кабелей и трубопроводов в экранирующие конструкции, и множества других тому подобных причин, в том числе связанных с качеством регламентного обслуживания узлов электромагнитной герметизации от воздействия внешней среды.

Из-за деградации узлов электромагнитной герметизации корабельных корпусных экранирующих конструкций и экранирующих конструкций корпусов оборудования, коэффициент их экранирования может ухудшиться на 15-20 дБ через три года даже в лабораторных условиях. В корабельной среде деградация в электромагнитных уплотнениях закрытий и дверных проемов более ускорена - через 6 месяцев возможно снижение эффективности экранирования до 40 дБ (см., например, военное руководство США MIL-HDBK-1195, 30.09.1988). Поэтому при эксплуатации требуется поддержание требуемого уровня электромагнитной защищенности корабля.

Оснащение вооруженных сил ряда стран средствами радиоэлектронной борьбы, в том числе и электромагнитным оружием, обострило необходимость оперативно контролировать и поддерживать требуемый уровень защищенности корабля от поражающих факторов этого оружия. Однако испытательное оборудование для оценки этого параметра применительно к такому крупногабаритному объекту, как корабль в целом, требует береговых капитальных и достаточно уникальных сооружений. Это и обусловило необходимость создания оперативных методов и средств контроля электромагнитной защищенности корабля в целом как единой интегрированной системы «корабль-вооружение», которые могут использоваться как на ходовых испытаниях кораблей, так и во время их эксплуатации.

Известен стандартный способ электромагнитных испытаний объекта (ГОСТ Р 51317.4.3-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний), при котором воздействуют на испытываемый объект электромагнитным излучением с нормативным (определяемым стандартом) уровнем напряженности электрического поля, регистрируют напряженность этого поля снаружи испытываемого объекта и фиксируют наличие отклика оборудования. Если при напряженности электрического поля, не превышающей допустимого уровня для испытываемого объекта, отсутствует отклик испытываемого оборудования, то судят о достаточности электромагнитной защиты этого объекта и завершают испытания. Под откликом испытываемого оборудования ниже понимается предусмотренный указанным стандартом результат испытаний, например, временное ухудшение качества функционирования этого оборудования или прекращение выполнения установленной функции с последующим восстановлением нормального функционирования, осуществляемым без вмешательства оператора.

Для реализации этого способа используется система, содержащая излучатель электрического поля, расположенный в непосредственной близости к объекту испытаний и измеритель напряженности электрического поля (например, приемная антенна с измерительным устройством).

Недостаток известных способа и системы для его реализации применительно к крупногабаритным объектам, например кораблям, заключается в том, что для регистрации отклика их оборудования на электромагнитное воздействия в пространстве, охватывающем испытываемый объект, требуется высокая напряженность электрического поля, порядка десятков вольт на метр в гигагерцовом частотном диапазоне (как, например, указано в таблице 1 стандарта США MIL-STD-464). Так как наличие отклика оборудования фиксируют при воздействии на весь испытываемый объект, то это испытание можно произвести только в условиях уникальных специализированных испытательных центров с береговыми сооружениями.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является способ электромагнитных испытаний объекта, при котором формируют в свободном пространстве электрическое поле с заданным уровнем напряженности, осуществляют электромагнитное воздействие на испытываемый объект, регистрируют уровень напряженности электрического поля снаружи испытываемого объекта, оценивают расчетное значение уровня напряженности электрического поля относительно параметров электромагнитного воздействия, фиксируют наличие отклика оборудования при электромагнитном воздействии и расчетным путем оценивают влияние электромагнитного воздействия на оборудование (патент RU 2118475).

Для реализации этого способа используется система, содержащая источник электромагнитного воздействия и измеритель напряженности электрического поля (приемная антенна с измерительным устройством), расположенный в непосредственной близости к объекту испытаний.

Этот способ и система для его реализации обеспечивают проведение испытаний объекта на электромагнитное воздействие при невысокой напряженности электрического поля, но они имеют недостаток, заключающийся в невозможности оценить влияние электромагнитного воздействия на оборудование, компоненты которого расположены в экранированных корпусах и находящееся в экранированном помещении испытываемого объекта, в частности, не позволяют оценить защищенность корабля с оборудованием, размещенным в его экранированных помещениях в целом.

Этот недостаток обусловлен тем, что в известном способе электромагнитное воздействие осуществляют непосредственно на электрическую цепь оборудования и установить функциональную связь этого воздействия с внешней средой за пределами корабля с экранированными помещениями технически нереализуемо из-за большого затухания сигнала, при прохождении из этих помещений в наружное пространство вне корпуса. Система на базе источника электромагнитного воздействия выполненного в виде генератора тока, воздействующего на электрическую цепь оборудования, расположенного в экранированных помещениях, для формирования электрического поля с уровнем напряженности, позволяющим зарегистрировать его снаружи испытываемого объекта таких больших габаритов, как корабль, должна воспроизводить настолько мощное электромагнитное воздействие, что оно выведет из строя оборудование этого объекта.

Задачей настоящего изобретения является оценка влияния электромагнитного воздействия на крупногабаритные объекты, с оборудованием, компоненты которого расположены в экранированных корпусах и находящимся в экранированном помещении испытываемого объекта.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе электромагнитных испытаний объекта, при котором формируют в свободном пространстве электрическое поле с заданным уровнем напряженности, осуществляют электромагнитное воздействие на испытываемый объект, регистрируют уровень напряженности электрического поля снаружи испытываемого объекта, оценивают расчетное значение уровня напряженности электрического поля относительно параметров электромагнитного воздействия, фиксируют наличие отклика оборудования при электромагнитном воздействии и оценивают влияние электромагнитного воздействия на оборудование, и предусмотрены следующие отличия:

Перед электромагнитным воздействием задают коэффициент превышения нормативного уровня напряженности воздействующего электрического поля над уровнем, допустимым для компонентов оборудования испытываемого объекта, размещенного в его экранированном помещении.

Затем формируют в свободном пространстве, в непосредственной близости к испытываемому объекту, электрическое поле с заданным уровнем напряженности.

При электромагнитном воздействии на испытываемый объект электрическим полем, сформированным в свободном пространстве, ослабленным на величину заданного коэффициента превышения нормативного уровня, регистрируют значения напряженности электрического поля снаружи испытываемого объекта и в экранированном помещении с оборудованием и оценивают расчетное значение уровня напряженности электрического поля внутри экранированного помещения при нормативном электромагнитном воздействии.

При уровне напряженности электрического поля, зарегистрированного внутри экранированного помещения с оборудованием и пересчитанного на заданный коэффициент превышения, не превышающем допустимый для компонентов оборудования, подтверждают достаточность электромагнитной защиты испытываемого объекта и испытания завершают.

При уровне напряженности электрического поля, зарегистрированного внутри экранированного помещения с оборудованием и пересчитанного на заданный коэффициент превышения, превышающем уровень, допустимый для оборудования, испытания прерывают и выполняют мероприятия по дополнительной электромагнитной защите объекта или его оборудования.

При промежуточном значении напряженности электрического поля, зарегистрированного внутри экранированного помещения с оборудованием и пересчитанного на заданный коэффициент превышения, оценивают соответствие уровня фактической электромагнитной защищенности оборудования качеству экранирования помещения, для чего в экранированном помещении воспроизводят электромагнитное воздействие на оборудование постепенно увеличивая уровень напряженности электрического поля до величины, соответствующей его уровню при нормативном электромагнитном воздействии уменьшенной на величину заданного коэффициента его превышения.

При наличии отклика оборудования на электромагнитное воздействие внутри экранированного помещения, увеличение напряженности электрического поля прекращают, испытания приостанавливают и выполняют мероприятия по обеспечению электромагнитной защиты испытываемого объекта или его оборудования.

При отсутствии отклика испытания завершают, подтверждая достаточность электромагнитной защиты испытываемого объекта и его оборудования.

Заявляемый способ реализуется при помощи заявляемой системы для электромагнитных испытаний объекта, содержащей источник электромагнитного воздействия и измеритель напряженности электрического поля, располагаемый в непосредственной близости к объекту испытаний, и предусмотрены следующие отличия.

Источник электромагнитного воздействия выполнен в виде забрасываемого электромагнитного боеприпаса, снабженного взрывомагнитным генератором и дистанционным взрывателем, устанавливаемым на дистанцию, при которой напряженность формируемого им электрического поля не превышает допустимый уровень для компонентов оборудования испытываемого объекта, размещенного в его экранированном помещении. Система снабжена дополнительным источником электромагнитного воздействия и дополнительным измерителем напряженности электрического поля, располагаемыми внутри экранированного помещения. Дополнительный источник электромагнитного воздействия выполнен в виде программируемого излучателя сверхширокополосных импульсов, с длительностью шагов повышения уровня электромагнитного воздействия, превышающего время отклика системы.

На фиг. 1 приведена блок-схема системы для реализации способа, а на фиг. 2 блок-схема забрасываемого электромагнитного боеприпаса.

Испытываемый объект 1, например корабль, выполнен с экранированным помещением 2, в котором размещено экранированное оборудование 3.

Система для электромагнитных испытаний этого объекта 1 содержит источник электромагнитного воздействия, выполненный в виде забрасываемого с пусковой установки 4 электромагнитного боеприпаса 5, снабженного взрывомагнитным генератором 6.

В качестве боеприпаса может быть применена, например, 105-миллиметровая реактивная граната, у которой взрывомагнитный генератор выполнен на основе сферического ударно-волнового излучателя (УВИС), описанная в монографии А.Б. Прищепенко «Взрывы и волны. Взрывные источники электромагнитного излучения радиочастотного диапазона», изд. Бином, М. 2008 г., стр. 160-160, рис. 5.31. Забрасываемый электромагнитный боеприпас 5 снабжен дистанционным взрывателем 7, устанавливаемым на дистанцию, при которой напряженность формируемого им электрического поля не превышает допустимый уровень для компонентов оборудования 3.

Система содержит также измеритель 8 напряженности электрического поля выполненный в виде приемной антенны с измерительным устройством, располагаемым в непосредственной близости к объекту 1 (например, на палубе или надстройке корабля).

В систему введены располагаемые внутри экранированного помещения 2:

- дополнительный источник электромагнитного воздействия 9, выполненный в виде программируемого излучателя сверхширокополосных импульсов, с длительностью шагов повышения уровня электромагнитного воздействия превышающего время отклика системы,

- дополнительный измеритель 10 напряженности электрического поля, выполненный в виде приемной антенны с измерительным устройством, располагаемый внутри экранированного помещения 2. В качестве измерителей напряженности электрического поля 8 и 10 могут быть использованы как непосредственно измерители напряженности электрического поля (уровень которого которое задается нормативными требованиями), так и (с учетом соответствия плотности потока мощности электрического поля и значениям напряженности электрического поля в воздушной среде) измерители пиковой мощности одиночного импульсного сигнала, например, измерители Boonton 4540 Series RF Power Meter фирмы Wireless Telecom Group Inc. file:///C:/Users/%D0%90%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%BE%D0%BD/Downloads/4540_Series_Datasheet_WEB.pdf, а также другие подобные измерители плотности потока мощности электрического поля.

Испытания проводят в следующем порядке.

Перед электромагнитным воздействием задают коэффициент К, характеризующий превышение нормативного значения напряженности электрического поля, воздействующего на объект 1 (заданным соответствующими стандартами) над уровнем, допустимым для компонентов оборудования 3.

Формируют в свободном пространстве, в непосредственной близости к объекту 1, электрическое поле с заданным уровнем напряженности. Для этого из пусковой установки 4 с испытываемого объекта 1 или любого внешнего носителя забрасывают электромагнитный боеприпас 5. На заданной дистанции от объекта 1 срабатывает дистанционный взрыватель 7 и взрывается заряд взрывомагнитного генератора 6. При его взрыве на заданном расстоянии от объекта 1 в непосредственной близости к этому объекту и формируется электрическое поле с заданным уровнем напряженности E_осл, по величине ослабленное относительно нормативного значения напряженности E_норм на величину заданного коэффициента К.

При осуществлении электромагнитного воздействия на объект 1 регистрируют измерителем 8 уровень напряженности электрического поля E_осл снаружи объекта 1. Измерителем 10, чувствительность которого не хуже величины напряженности электрического поля снаружи испытываемого объекта 1, уменьшенной на нормативную величину экранирования помещения 2 (заданную техническими условиями на объект 1 или его спецификацией), регистрируют в экранированном помещении 2 напряженность электрического поля E_вн (если его величина меньше чувствительности измерителя 10, фиксируют нулевое значение).

Оценивают расчетное значение уровня напряженности электрического поля внутри помещения 2 при нормативном электромагнитном воздействии К×E_вн.

Если E_вн×К≤E_доп.К, то есть уровень напряженности электрического поля, зарегистрированного внутри экранированного помещения 2 E_вн, увеличенный на коэффициент К, не превышает допустимый для компонентов оборудования 3 Е_доп.К (или электрического поле вообще не регистрируется ввиду его малости), подтверждают достаточность электромагнитной защиты этого объекта 1 и на том испытания завершают.

Если E_вн×К≥E_доп.О, то есть уровень напряженности электрического поля E_вн, зарегистрированного в экранированном помещении 2, увеличенный на коэффициент К, превышает допустимый для оборудования 3 E_доп.О, испытания прерывают и выполняют мероприятия по дополнительной электромагнитной защите помещения 2 или оборудования 3.

При промежуточном значении E_вн×К, т.е. если E_доп.О≥E_вн×К>E_доп.К, оценивают соответствие уровня фактической электромагнитной защищенности оборудования 3 качеству экранирования помещения 2.

Для этого фиксируют наличие отклика оборудования на электромагнитное воздействие и оценивают влияние электромагнитного воздействия на оборудование. Дополнительным источником электромагнитного воздействия 9 в помещении 2 воспроизводят электромагнитное воздействие на оборудование 3, постепенно увеличивая уровень напряженности электрического поля до величины E_исп=E_норм×(E_вн/E_нар), соответствующей уровню электрического поля при нормативном электромагнитном воздействии с учетом его ослабления на величину коэффициента экранирования помещения 2 и контролируя его измерителем 10 до момента регистрации отклика (сбоя в функционировании) оборудования 2. Скорость возрастания уровня напряжения (период шагов возрастания) устанавливают не превышающей скорость реакции оборудования 2 на электромагнитное воздействие.

При наличии отклика оборудования 3 от электромагнитного воздействия, во избежание повреждения этого оборудования, увеличение уровня напряженности электрического поля прекращают, испытания приостанавливают и выполняют мероприятия по обеспечению электромагнитной защиты испытываемого объекта или его оборудования.

При отсутствии отклика испытания завершают, подтверждая достаточность электромагнитной защиты испытываемого объекта 1 и его оборудования 3 в совокупности.

Предложение позволяет при ходовых испытаниях корабля и при проведении учений, предназначенных для подготовки и отработки действий личного состава боевых постов и расчетов, боевых частей и служб, командных пунктов и корабля в целом по использованию технических средств защиты от электромагнитного оружия оперативно контролировать защищенность корабля от электромагнитного оружия, а также проверять качество регламентных работ, выполняемых личным составом и береговыми службами для поддержания ресурсных характеристик средств электромагнитной защиты корабля, и оценить остаточный ресурс средств электромагнитной защиты корабля, что выгодно его отличает от прототипа.

1. Способ электромагнитных испытаний объекта, при котором формируют в свободном пространстве электрическое поле с заданным уровнем напряженности, осуществляют электромагнитное воздействие на испытываемый объект, регистрируют уровень напряженности электрического поля снаружи испытываемого объекта, оценивают расчетное значение уровня напряженности электрического поля относительно параметров электромагнитного воздействия, фиксируют наличие отклика оборудования при электромагнитном воздействии и оценивают влияние электромагнитного воздействия на оборудование, отличающийся тем, что перед электромагнитным воздействием задают коэффициент превышения нормативного значения напряженности воздействующего электрического поля над уровнем, допустимым для компонентов оборудования испытываемого объекта, размещенного в его экранированном помещении; затем формируют в свободном пространстве в непосредственной близости к испытываемому объекту электрическое поле с заданным уровнем напряженности; при электромагнитном воздействии на испытываемый объект электрическим полем, сформированным в свободном пространстве, ослабленным на величину заданного коэффициента превышения нормативного уровня, регистрируют значения напряженности электрического поля снаружи испытываемого объекта и в экранированном помещении с оборудованием; оценивают расчетное значение уровня напряженности электрического поля внутри экранированного помещения при нормативном электромагнитном воздействии; при уровне напряженности электрического поля, зарегистрированного внутри экранированного помещения с оборудованием и пересчитанного на заданный коэффициент превышения, не превышающем допустимый для компонентов оборудования, подтверждают достаточность электромагнитной защиты испытываемого объекта и испытания завершают; при уровне напряженности электрического поля, зарегистрированного внутри экранированного помещения с оборудованием и пересчитанного на заданный коэффициент превышения, превышающем уровень, допустимый для оборудования, испытания прерывают и выполняют мероприятия по дополнительной электромагнитной защите объекта или его оборудования; при промежуточном значении уровня напряженности электрического поля, зарегистрированного внутри экранированного помещения с оборудованием и пересчитанного на заданный коэффициент превышения, оценивают соответствие уровня фактической электромагнитной защищенности оборудования качеству экранирования помещения; для чего в экранированном помещении воспроизводят электромагнитное воздействие на оборудование, постепенно увеличивая уровень напряженности электрического поля до величины, соответствующей его уровню при нормативном электромагнитном воздействии, уменьшенной на величину заданного коэффициента превышения; при наличии отклика оборудования на электромагнитное воздействие внутри экранированного помещения увеличение уровня напряженности электрического поля прекращают, испытания приостанавливают и выполняют мероприятия по обеспечению электромагнитной защиты испытываемого объекта или его оборудования; при отсутствии отклика испытания завершают, подтверждая достаточность электромагнитной защиты испытываемого объекта и его оборудования.

2. Система для электромагнитных испытаний объекта, содержащая источник электромагнитного воздействия и измеритель напряженности электрического поля, располагаемый в непосредственной близости к объекту испытаний, отличающаяся тем, что источник электромагнитного воздействия выполнен в виде забрасываемого электромагнитного боеприпаса, снабженного взрывомагнитным генератором и дистанционным взрывателем, устанавливаемым на дистанцию, при которой напряженность формируемого им электрического поля не превышает допустимый уровень для компонентов оборудования испытываемого объекта, размещенного в его экранированном помещении, причем система снабжена дополнительным источником электромагнитного воздействия и дополнительным измерителем напряженности электрического поля, располагаемыми внутри экранированного помещения.

3. Система для электромагнитных испытаний объекта по п. 2, отличающаяся тем, что дополнительный источник электромагнитного воздействия выполнен в виде программируемого излучателя сверхширокополосных импульсов с длительностью шагов повышения уровня электромагнитного воздействия, превышающей время отклика системы.