CN105071367B - 信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备，包括：电磁脉冲综合抑制滤波单元，对外网传输线缆上传输的外网电信号进行滤波，使得其中的电磁脉冲的能量被泄放，消除对内部网络的损害及信号干扰；电磁脉冲综合抑制滤波单元包括多个受保护的传输接口，具体包括：供电接口、射频信号接口和弱电信号接口；第一隔离单元，将弱电信号转换为光信号，再对光信号进行光电转换，得到输入内网电信号传输线缆的内网弱电信号；监控单元，检测电磁脉冲综合抑制滤波单元接收到的电磁脉冲，并进行统计，当电磁脉冲综合抑制滤波单元接收到的电磁脉冲的次数达到设定阈值时，监控单元产生第一告警信号，以对用户进行提示。

Description

信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备

技术领域

本发明涉及一种电磁防护装置，尤其涉及一种信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备。

背景技术

信息系统包含的各类有线和无线通信设备、自动控制设备，与其他屏蔽区和非屏蔽区之间有着千丝万缕的电联系，在它们之间敷设了大量的电缆、电线。虽然各类有线和无线通信设备、自动控制设备等均置于各类建筑物内，但依靠建筑物本身并不能对空间电磁辐射场提供有效的衰减和屏蔽；加之供电、无线电射频等高功率线缆必须通过金属介质引入信息系统核心区，所以在高功率电磁环境中，通过电缆、电线的耦合都可在通信和其他信息设备的端口上建立起过电压、过电流，轻则干扰设备和系统的正常运行,重则造成设备的电磁损毁。

目前通常是采用浪涌抑制器等类似装置进行限幅和泄流，但是此类装置主要适用于对雷电电磁脉冲及其他用电器所产生电磁脉冲的防护，对于其他各类高空电磁脉冲(High-altitude Electro Magnetic Pulse，HEMP)辐射场经电缆、电线耦合在设备的端口上形成的过电压和过电流，仅仅依靠浪涌抑制器这类装置进行防护，其系统反应时间、限幅、泄流作用是远远不够的。

现阶段还缺乏合格有效的技术措施和设备，对各级各类信息系统上的众多端口予以系统化保护，因此迫切需要相应的综合电磁脉冲防护设备，以应对高空核电磁脉冲、雷电电磁脉冲等的直接效应和间接效应构成的威胁。

发明内容

本发明的目的是提供一种信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备，能够在高功率电磁环境条件下对各类高能电磁脉冲和雷电电磁脉冲辐射场进行泄放和屏蔽，对供电、无线电射频、弱电信号等传输线缆上的过电压、过电流进行有效抑制和泄放，从而对供电、无线电射频、弱电信号等传输线缆连接的各类设备、仪器等进行有效保护，并消除电磁脉冲对传输电信号的干扰。

为实现上述目的，本发明提供了一种信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备，包括：

电磁脉冲综合抑制滤波单元，对外网传输线缆上传输的外网电信号进行滤波，使得其中的电磁脉冲的能量被泄放，消除对内部网络的损害及信号干扰，得到内网电信号；所述电磁脉冲综合抑制滤波单元包括多个受保护的传输接口，具体包括：供电接口、射频信号接口和弱电信号接口；所述内网电信号包括：通过所述射频信号接口传输的射频信号和通过所述射频信号接口传输的弱电信号；其中所述弱电信号包括：音频信号、视频信号、基带信号和控制信号；

第一隔离单元，与所述电磁脉冲综合抑制滤波单元相连接，将所述弱电信号转换为光信号，再对所述光信号进行光电转换，得到输入内网电信号传输线缆的内网弱电信号，使得在所述内网电信号传输线缆与所述外网电信号传输线缆间通过所述第一隔离单元形成电磁脉冲的光电物理隔离，从而去除进入内网电信号传输线缆上残存的电磁脉冲信号，消除对进入内部网络的弱电信号的干扰；

监控单元，与所述电磁脉冲综合抑制滤波单元相连接，检测所述电磁脉冲综合抑制滤波单元接收到的电磁脉冲，并进行统计，当所述电磁脉冲综合抑制滤波单元接收到的电磁脉冲的次数达到设定阈值时，所述监控单元产生第一告警信号，以对用户进行提示。

优选的，所述信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备还包括：第二隔离单元；

所述监控单元，与所述第一隔离单元和第二隔离单元分别相连接，并对所述第一隔离单元进行故障监测；当检测到所述第一隔离单元发生故障时，产生切换控制信号，发送给所述第二隔离单元；

所述第二隔离单元与所述电磁脉冲综合抑制滤波单元相连接，根据所述切换控制信号，将所述弱电信号转换为光信号，再对所述光信号进行光电转换，得到输入内网电信号传输线缆的内网弱电信号，使得在所述内网电信号传输线缆与所述外网电信号传输线缆间通过所述第二隔离单元形成电磁脉冲信号的光电物理隔离，从而去除进入内网电信号传输线缆上残存的电磁脉冲信号，消除对进入内部网络的弱电信号的干扰。

进一步优选的，当检测到所述第一隔离单元发生故障时，所述监控单元还将所述切换控制信号发送给所述第一隔离单元；

所述第一隔离单元根据所述切换控制信号，断开与所述电磁脉冲综合抑制滤波单元之间的连接。

进一步优选的，当检测到所述第一隔离单元发生故障时，所述监控单元还产生第二告警信号，用以提示用户所述第一隔离单元发生故障。

进一步优选的，在所述信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备上电启动时，所述监控单元根据用户输入或预先存储的设定参数，确定所述第一隔离单元或所述第二隔离单元为当前与所述电磁脉冲综合抑制滤波单元相连接的主用隔离单元，并确定所述第二隔离单元或所述第一隔离单元为当前备用隔离单元。

进一步优选的，所述信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备还包括：

密闭式电磁屏蔽机箱，容置所述电磁脉冲综合抑制滤波单元、第一隔离单元、第二隔离单元和监控单元；

所述密闭式电磁屏蔽机箱具有输入端口和输出端口，所述外网电信号传输线缆通过所述输入端口进入所述密闭式电磁屏蔽机箱，并且，所述内网电信号传输线缆通过所述输出端口接出所述密闭式电磁屏蔽机箱。

进一步优选的，所述信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备还包括：

截止金属波导管或截止金属波导阵列，设置于所述输入端口和所述输出端口。

本发明实施例提供的信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备，在高功率电磁环境条件下对各类高能电磁脉冲和雷电电磁脉冲辐射场进行衰减和屏蔽，并对供电、无线电射频、弱电信号等传输线缆上的过电压、过电流进行有效抑制和泄放，从而对供电、无线电射频、弱电信号等传输线缆连接的各类设备、仪器等进行有效保护，并消除电磁脉冲对传输电信号的干扰。

附图说明

图1为本发明实施例提供的信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备的示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

为了更好的理解本发明的目，首先对高功率电磁脉冲对于信息系统的影响进行说明。

高功率电磁脉冲对于信息系统的影响主要是通过能量的传导耦合、辐射耦合模式发生作用。其作用机理可以概括为以下三个方面：

1)热效应

静电放电和高功率电磁脉冲产生的热效应一般是在纳秒或微秒量级完成的。这种效应可作为点火源和引爆源，瞬时引起易燃、易爆气体物品燃烧爆炸；也可以使信息系统中的微电子器件、电磁敏感电路过热，造成局部热损伤，导致电路性能变坏或失效。

2)强电场效应

电磁危害源形成的强电场不仅可以使信息设备金属氧化物半导体电路的栅氧化层或金属化线间造成介质击穿，致使电路失效，而且会对敏感器件的工作可靠性造成影响。

3)强磁场效应

高功率电磁脉冲引起的强电流可以产生强磁场，使电磁能量直接耦合到系统内部，干扰信息系统的正常工作。

实际上，无论是高空核电磁脉冲还是雷电电磁脉冲等均能通过天线及其馈线、各种电缆及金属管线进入信息系统的内部，使电子设备遭到严重的破坏。破坏方式包括功能损坏和工作干扰。功能损坏是指电缆的绝缘材料被击穿或者电子设备的某些元器件受电磁脉冲的作用而造成永久性损伤。工作干扰是指电磁脉冲虽然没有使系统或器件受到破坏，但引进的附加信号使某些器件的工作状态改变，导致电子设备的功能紊乱，发出错误信号，或消除和改变存储器中的内容。

因此，对于高空核电磁脉冲及雷电电磁脉冲的直接效应和间接效应的防护问题不容忽视，其防护要求非常之高，需求非常之迫切。近年来,部分信息系统因防雷措施不完善，导致一些设备遭雷电电磁脉冲损毁及在雷暴日系统无法正常工作的事例时有发生。这些从另一侧面说明了高功率电磁环境对信息系统威胁的现实性与严重性。

在具有大量线缆进出的信息系统中，大量金属线缆直接进出信息枢纽的信息核心屏蔽区，由于线缆的穿越，金属线缆高功率电磁脉冲信号的多径耦合引入无法完全避免，仅靠线缆的外屏蔽层接地，根本无法阻止高功率电磁脉冲通过馈线引入对信息系统带来的毁伤。

本发明实施例提供的信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备，主要用于具有大量线缆进出信息核心屏蔽区域的信息系统的全面综合保护。

图1为本发明实施例提供的信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备的结构框图，如图所示，本发明实施例的信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备包括：密闭式电磁屏蔽机箱1、电磁脉冲综合抑制滤波单元2、第一隔离单元3、第二隔离单元4和监控单元5；

密闭式电磁屏蔽机箱1用于容置电磁脉冲综合抑制滤波单元2、第一隔离单元3、第二隔离单元4和监控单元5；

密闭式电磁屏蔽机箱1具有输入端口11和输出端口12；外网电信号传输线缆6通过所述输入端口11进入密闭式电磁屏蔽机箱1，并且，通过输出端口12接出内网电信号传输线缆7进入信息核心屏蔽区。

电磁脉冲综合抑制滤波单元2对外网电信号传输线缆6上传输的高能电信号进行滤波，使得其中的电磁脉冲的能量被泄放，消除对内部网络的损害及对信号的干扰。滤波后得到内网电信号。

电磁脉冲综合抑制滤波单元2包括多个受保护的传输接口，具体可以包括：供电接口、射频信号接口和弱电信号接口。

外网电信号传输线缆6为多种线缆，线缆传输至少可以包括：设备供电、射频信号和弱电信号，其中弱电信号可以包括音频信号、视频信号、基带信号和控制信号；设备供电可以包括直流供电信号和交流供电信号。

相应的，内网电信号传输线缆7的传输也包括：设备供电、射频信号和弱电信号；

针对不同种类的线缆和不同的传输接口，在电磁脉冲综合抑制滤波单元2中采用不同的子单元进行HEMP脉冲滤波。具体可以包括：弱电信号瞬态抑制子单元21、射频信号瞬态抑制子单元22、直流电瞬态抑制子单元23、交流电瞬态抑制子单元24和网络信号瞬态抑制子单元25。

弱电信号瞬态抑制子单元21用于音/视频信号、数字基带信号、控制信号等信号的瞬态抑制处理。具体可以是根据信号线的特性选择与通信接口和协议等相匹配、内部通流能力大、系统反应时间快的理想过压防护模块。

射频信号瞬态抑制子单元22可以具体采用大容量气体放电管式馈线保护器和1/4λ保护器来实现。大容量气体放电管式馈线保护器设置在1/4λ保护器前端，二者接口及特性阻抗相匹配。

其中，大容量气体放电管式馈线保护器对任何频率的信号都具有抑制作用，可将过电压值限制在较低的水平，1/4λ保护器对信号进行滤波。这样前后两种保护器件优化组合配置，可对天馈线系统达到理想的保护效果。对于插入损耗及驻波比的参数要求，大容量气体放电管式馈线保护器的数值完全可以做到远远小于系统要求值，而1/4λ型防护器件的这两项参数与大容量气体放电管式馈线保护器相比更小，因此即使同时使用两个产品也可保证通信馈线的参数符合系统的要求。

直流电瞬态抑制子单元23，将直流电压源输入的过电压抑制到需要的保护水平以下。

交流电瞬态抑制子单元24，将交流电压源输入的过电压抑制到需要的保护水平以下，并将工频电流以外的杂波去除。

网络信号瞬态抑制子单元25，对通过网线传播的信号进行瞬态抑制处理。

第一隔离单元3和第二隔离单元4都是对弱电信号中残存的电磁脉冲进行进一步处理的单元。它们互为主、备隔离单元，也就是说，在工作时，第一隔离单元3和第二隔离单元4中只有一个处于工作状态，另一个处于待机闲置状态。

第一隔离单元3和第二隔离单元4分别与电磁脉冲综合抑制滤波单元2相连接，其作用都是将弱电信号转换为光信号,再对光信号进行光电转换，得到输入内网电信号传输线缆7的内网弱电信号，使得在内网电信号传输线缆7与外网电信号传输线缆6间通过第一隔离单元3或第二隔离单元4形成电磁脉冲信号的光电物理隔离，从而彻底去除进入内网电信号传输线缆7上的电磁脉冲信号；

监控单元5，与电磁脉冲综合抑制滤波单元2相连接，检测电磁脉冲综合抑制滤波单元2接收到的电磁脉冲，并进行统计，当统计到电磁脉冲综合抑制滤波单元2接收到的电磁脉冲信号的次数达到设定阈值时，监控单元5产生第一告警信号，以对用户进行提示，以使用户根据提示对电磁脉冲综合抑制滤波单元2的抑制滤波器件进行更换，从而保证信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备的有效性。

监控单元5还与第一隔离单元3和第二隔离单元4分别相连接，并对第一隔离单元3和第二隔离单元4中处于工作状态的主用隔离单元进行故障监测。当检测到主用隔离单元发生故障时，产生切换控制信号，使主备隔离单元进行自动倒换，同样保证了电磁环境防护设备的有效性。

例如，第一隔离单元3为当前处于工作状态的主用隔离单元，当监控单元5监测到第一隔离单元3发生故障时，监控单元5将切换控制信号发送给第一隔离单元3和处于空闲待机状态的第二隔离单元4；

第一隔离单元3根据切换控制信号，断开与电磁脉冲综合抑制滤波单元2之间的连接；同时，第二隔离单元4根据切换控制信号连通与电磁脉冲综合抑制滤波单元2的连接，将弱电信号转换为光信号，再对光信号进行光电转换，得到输入内网电信号传输线缆7的内网弱电信号。

为了使用户能够及时了解第一隔离单元3发生故障并及时进行维修，监控单元5在检测到第一隔离单元3发生故障时，还产生第二告警信号，用以提示用户第一隔离单元3发生故障。

主、备隔离单元的设定可以是在信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备上电启动时根据预先存储的参数确定，也可以是在上电启动后根据用户输入来进行设定和变更。

具体的，监控单元5根据用户输入或预先存储的设定参数，确定第一隔离单元3或第二隔离单元4为当前与电磁脉冲综合抑制滤波单元2建立连接的主用隔离单元，并确定其中未设为主用隔离单元的另一隔离单元为当前的备用隔离单元。

除此之外，信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备还包括：截止金属波导管(或波导阵列)8，设置于输入端口11和输出端口12。

输入、输出信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备的各个线缆均经过截止金属波导管(或波导阵列)8进出，截止金属波导管的内径或波导阵列中单个波导元横向尺寸不超过10cm。截止金属波导管8与密闭式电磁屏蔽机箱1之间采用焊接工艺相接，使之具有良好导电连接，密闭式电磁屏蔽机箱1可靠接入综合接地，从最大限度上防止电磁脉冲信号的耦合泄露。

本发明实施例提供的信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备，用于隔离外界与信息核心屏蔽区，所有进入信息核心屏蔽区的线缆均先进入密闭式电磁屏蔽机箱1，通过电磁脉冲综合抑制滤波单元2进行强电磁脉冲的单级或多级滤波、泄放。随后根据弱电设备对电磁脉冲的敏感性，再由第一隔离单元3或第二隔离单元4对音/视频信号、数字基带信号、控制信号等弱电信号进行电-光-电转换，从而实现对残余电磁脉冲信号的完全物理隔离，保证内部信息设备的高度安全。此时，前端的电磁脉冲综合抑制滤波单元2可用于提升系统高功率电磁脉冲耐受能力，对第一隔离单元3和第二隔离单元4的电信号接口电路起保护作用，确保残压水平小于隔离单元的耐受能力。同时，为保证无线射频及供电等高功率系统工作正常，所有射频及供电线缆均通过金属截止波导管(或波导阵列)8进入信息屏蔽区内部，接入相应的设备/仪器。监控单元5可对电磁脉冲综合抑制滤波单元2、第一隔离单元3、第二隔离单元4的工作状态进行实时监测，并完成电磁脉冲侵袭告警及统计，及时提醒更换抑制滤波部件，确保系统的有效性。在主用隔离单元故障时，及时告警并完成备份单元自动倒换。

本发明实施例提供的信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备，在高功率电磁环境条件下对各类高能电磁脉冲和雷电电磁脉冲辐射场进行衰减和屏蔽，并对供电、无线电射频、弱电信号等传输线缆上的过电压、过电流进行有效抑制和泄放，从而对供电、无线电射频、弱电信号等传输线缆连接的各类设备、仪器等进行有效保护。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备，其特征在于，所述信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备包括：

电磁脉冲综合抑制滤波单元，对外网传输线缆上传输的外网电信号进行滤波，使得其中的电磁脉冲的能量被泄放，消除对内部网络的损害及信号干扰，得到内网电信号；所述电磁脉冲综合抑制滤波单元包括多个受保护的传输接口，具体包括：供电接口、射频信号接口和弱电信号接口；所述内网电信号包括：通过所述射频信号接口传输的射频信号和通过所述弱电信号接口传输的弱电信号；其中所述弱电信号包括：音频信号、视频信号、基带信号和控制信号；

第一隔离单元，与所述电磁脉冲综合抑制滤波单元相连接，将所述弱电信号转换为光信号，再对所述光信号进行光电转换，得到输入内网电信号传输线缆的内网弱电信号，使得在所述内网电信号传输线缆与所述外网电信号传输线缆间通过所述第一隔离单元形成电磁脉冲的光电物理隔离，从而去除进入内网电信号传输线缆上残存的电磁脉冲信号，消除对进入内部网络的弱电信号的干扰；

监控单元，与所述电磁脉冲综合抑制滤波单元相连接，检测所述电磁脉冲综合抑制滤波单元接收到的电磁脉冲，并进行统计，当所述电磁脉冲综合抑制滤波单元接收到的电磁脉冲的次数达到设定阈值时，所述监控单元产生第一告警信号，以对用户进行提示；

所述信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备还包括：第二隔离单元；

所述监控单元，与所述第一隔离单元和第二隔离单元分别相连接，并对所述第一隔离单元进行故障监测；当检测到所述第一隔离单元发生故障时，产生切换控制信号，发送给所述第二隔离单元；

所述第二隔离单元与所述电磁脉冲综合抑制滤波单元相连接，根据所述切换控制信号，将所述弱电信号转换为光信号，再对所述光信号进行光电转换，得到输入内网电信号传输线缆的内网弱电信号，使得在所述内网电信号传输线缆与所述外网电信号传输线缆间通过所述第二隔离单元形成电磁脉冲信号的光电物理隔离，从而去除进入内网电信号传输线缆上残存的电磁脉冲信号，消除对进入内部网络的弱电信号的干扰；

所述信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备还包括：

密闭式电磁屏蔽机箱，容置所述电磁脉冲综合抑制滤波单元、第一隔离单元、第二隔离单元和监控单元；

所述密闭式电磁屏蔽机箱具有输入端口和输出端口，所述外网电信号传输线缆通过所述输入端口进入所述密闭式电磁屏蔽机箱，并且，所述内网电信号传输线缆通过所述输出端口接出所述密闭式电磁屏蔽机箱；

截止金属波导管或截止金属波导阵列，设置于所述输入端口和所述输出端口。

2.根据权利要求1所述的信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备，其特征在于，当检测到所述第一隔离单元发生故障时，所述监控单元还将所述切换控制信号发送给所述第一隔离单元；

所述第一隔离单元根据所述切换控制信号，断开与所述电磁脉冲综合抑制滤波单元之间的连接。

3.根据权利要求1所述的信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备，其特征在于，当检测到所述第一隔离单元发生故障时，所述监控单元还产生第二告警信号，用以提示用户所述第一隔离单元发生故障。

4.根据权利要求1所述的信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备，其特征在于，在所述信息系统入口端电磁脉冲综合防护设备上电启动时，所述监控单元根据用户输入或预先存储的设定参数，确定所述第一隔离单元或所述第二隔离单元为当前与所述电磁脉冲综合抑制滤波单元相连接的主用隔离单元，并确定所述第二隔离单元或所述第一隔离单元为当前备用隔离单元。