CN109655670B

CN109655670B - 低电平直接驱动的高强辐射场效应试验系统及试验方法

Info

Publication number: CN109655670B
Application number: CN201811391843.3A
Authority: CN
Inventors: 石国昌; 廖意; 陈亚南; 应小俊; 张润俊
Original assignee: Shanghai Radio Equipment Research Institute
Current assignee: Shanghai Radio Equipment Research Institute
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2021-04-02
Anticipated expiration: 2038-11-21
Also published as: CN109655670A

Abstract

一种低电平直接驱动的高强辐射场效应试验系统及试验方法，射频源产生低频段的低电平扫频信号注入飞机机体，电流模拟回路形成电流注入回路，使得飞机机体表面产生电流分布，模拟平面波照射飞机，信号采集装置采集飞机机体的机内感应电流，信号传输装置将测试得到的机内感应电流传输给信号处理装置，信号处理装置将机内感应电流与设计阈值进行对比进行性能评估。本发明可解决由于飞机低频段高强辐射场能量直接耦合至飞机内部线束较弱，高频段的扫描场测试方法不适用的问题，为飞机低频段的高强辐射场效应的防护设计和安全性评估提供试验手段。

Description

低电平直接驱动的高强辐射场效应试验系统及试验方法

技术领域

本发明涉及电磁环境效应技术领域，尤其涉及一种低电平直接驱动的高强辐射场效应试验系统及试验方法。

背景技术

高强度辐射场(HIRF)是由人类活动造成的单位面积辐射能量较高的电磁环境，主要是来自地面、舰船、海上平台或航空器上的雷达、无线电、导航、广播等高功率发射机的辐射。HIRF具有频带宽、峰值高和作用时间长等特点，使得飞机系统内电子设备面临潜在的电磁损伤，主要体现在外部强电磁场与电子系统的耦合，从而影响飞机关键/重要电子系统的正常工作。从飞行安全性考虑，美国联邦适航局(FAA)、欧洲联合适航局(JAA)相继颁布了条款，强制规定各类飞机必须满足HIRF适航认证要求，我国民航总局参照FAA和JAA的相关要求，也颁布了相应专用条件和问题纪要，论证研制的新型国产飞机，无论是国内使用还是出口，都需要满足HIRF安全性评估要求。

国内在飞机高强度辐射场(HIRF)效应方面的研究开展较晚，相关的研究成果较少。可查询的相关知识产权有国家发明专利《一种低电平扫描场的高强辐射场测试系统及其测试方法》(专利授权号：ZL201310218837.9)，通过建立低电平扫描场的等效方法获取舱体内部场强。

根据FAA等国外权威机构在近几十年飞机研制过程中的分析，HIRF耦合到飞机电子系统的方式可概括为：1)高于400MHz频段，HIRF能量主要通过舱室开孔、缝隙等途径耦合；2)在1MHz～400MHz频段，飞机电子系统互联线束起到了天线作用，HIRF能量主要通过机内互联线束感应耦合；3)低于1MHz的HIRF能量，一般以飞机表面电流到线缆束感应电流耦合为主。目前，针对飞机高频段(高于400MHz)的HIRF效应研究在主要采用扫描场的方式，通过模拟外部高强辐射场环境，然后在飞机舱室内采集电场场强值，从而获取飞机舱室的衰减特性。但是，在低频段，特别是低于飞机的第一谐振点频率时，HIRF效应以飞机表面电流到线缆束感应电流耦合为主，且HIRF能量直接耦合至飞机内部线束较弱，此时高频段的试验方法不再适用，造成了当前在低频段飞机HIRF效应试验技术缺失的不利局面。因此，为了提高飞机在低频段的HIRF效应试验能力，需要提出一种低电平直接驱动的高强辐射场试验方法及试验系统，用于完成飞机低频段的HIRF效应的防护设计试验验证与安全性评估。

发明内容

本发明提供一种低电平直接驱动的高强辐射场效应试验系统及方法试验，可解决由于飞机低频段高强辐射场能量直接耦合至飞机内部线束较弱，高频段的扫描场测试方法不适用的问题，为飞机低频段的高强辐射场效应的防护设计和安全性评估提供试验手段。

为了达到上述目的，本发明提供一种低电平直接驱动的高强辐射场效应试验系统，包含：

射频源，用于产生低频段的低电平扫频信号注入飞机机体；

电流模拟回路，其形成电流注入回路，使得飞机机体表面产生电流分布，模拟平面波照射飞机；

信号采集装置，其用于采集飞机机体的测试信号；

信号传输装置，其用于将测试信号传输给信号处理装置；

信号处理装置，其用于对测试信号进行处理。

所述的射频源包含：

信号源，其用于产生低频段的低电平扫频信号；

功率放大器，其连接信号源，用于将低电平扫频信号放大后注入飞机机身。

所述的电流模拟回路包含接地平板或回路导体装置；

大型飞机采用接地平板方式实现电流模拟回路，飞机的终端点连接接地电平；

中小型飞机采用完全导体回路方式实现电流模拟回路，飞机完全置于回路导体装置中。

所述的信号采集装置包含：

监测探头，其设置在低电平扫频信号的注入点处，用于对注入信号进行监测并获取机身表面电流；

测试探头，其设置在飞机机体内，用于获取飞机内线缆上的感应电流。

所述的信号传输装置包含：

多个多通道光电转换器，其连接测试探头，与远距离光纤一起实现测试信号的多通道、远距离、低损耗传输。

所述的信号处理装置包含：

网络分析仪，其参考通道连接监测探头，其测试通道连接多通道光电转换器；

控制计算机，其连接网络分析仪，实现对网络分析仪数据接收和处理的自动化控制。

本发明还提供一种低电平直接驱动的高强辐射场效应试验方法，包含以下步骤：

步骤S0、搭建包含飞机机体在内的低电平直接驱动的高强辐射场效应试验系统，根据飞机类型确定电流注入回路设置方式，并按照设置方式完成电流模拟回路敷设；

步骤S1、建立外部平面波照射下飞机的三维仿真模型；

步骤S2、仿真得到电磁波在不同照射角度和极化情况下的机身表面电流I₁；

步骤S3、基于步骤S2的仿真结果，确定注入点位置，并将注入点处的机身清理为裸露金属；

步骤S4、试验系统将恒定电流注入机身，采用监测探头检测在注入点等机身的表面电流，记录为I₂，同时采用测试探头检测在线缆束上产生的感应电流，记录为I₃；

步骤S5、对比仿真得到的机身表面电流I₁和试验得到的机身表面电流I₂，通过数据校核，获取试验数据与仿真数据的比例因子K，再进行归一化处理，根据比例因子K和感应电流I₃，计算出外部电磁环境以1V/m的场强照射飞机时机内线缆的感应电流I₄，从而得到机内线缆感应电流与外部辐射场的传递函数f；

f＝I₄

步骤S6、进行测试数据处理，根据传递函数f查阅在该频段内的实际HIRF环境场强值a，将试验结果进行数据外推，即传递函数与实际HIRF环境场强值相乘，从而得到实际HIRF环境下的机内线缆感应电流I₅；

I₅＝f·a

步骤S7、将机内线缆感应电流I₅与线缆的设计阈值进行对比进行性能评估，如果其超过了设计阈值，需采取修正措施进行整改设计，直至低于设计阈值，处于可接受状态，则表示完成了飞机高强辐射场效应安全性的评估。

外部平面波需均匀照射于飞机表面，且包含所有的照射角度和极化。

仿真频率为10kHz～飞机第一谐振点频率；测试频率为10kHz～飞机第一谐振点频率。

注入点位置为机头或翼尖。

本发明可解决由于飞机低频段高强辐射场能量直接耦合至飞机内部线束较弱，高频段的扫描场测试方法不适用的问题，为飞机低频段的高强辐射场效应的防护设计和安全性评估提供试验手段。

附图说明

图1是本发明提供的一种低电平直接驱动的高强辐射场效应试验系统的示意图。

图2是采用接地平板方式的电流注入回路设置图。

图3是采用完全导体回路方式的电流注入回路设置图。

图4是本发明提供的一种低电平直接驱动的高强辐射场效应试验方法的流程图。

具体实施方式

以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种低电平直接驱动的高强辐射场效应试验系统，包含：

射频源，用于产生低频段的低电平扫频信号注入飞机机体；

电流模拟回路2，其形成电流注入回路，使得飞机机体表面产生电流分布，模拟平面波照射飞机；

信号采集装置，其用于采集飞机机体的测试信号；

信号传输装置，其用于将测试信号传输给信号处理装置；

信号处理装置，其用于对测试信号进行处理。

所述的射频源包含：

信号源101，其用于产生低频段的低电平扫频信号；

功率放大器102，其连接信号源101，用于将低电平扫频信号放大后注入飞机机身。

电流注入回路路径设置就是设计采用相关物理装置从而构成电流通道，在试验中实现模拟平面波照射飞机，从而引起机身结构的电流分布。所述的电流模拟回路2包含接地平板或回路导体装置。

如图2所示，大型飞机采用接地平板方式实现电流模拟回路，大型飞机测试时，在飞机下面铺上用铝板制作的接地平板201，提高飞机对地的电容，并提供电流注入的接地回路，选择飞机电流注入点，通常为飞机的机头或翼尖，终端点可为尾部或飞机两侧翅膀末端，终端点连接到接地平板201，从而构成大型飞机试验的电流模拟回路。

如图3所示，中小型飞机采用完全导体回路方式实现电流模拟回路，中小型飞机测试时，通过一个类似同轴线的回路导体装置202来实现的，飞机完全置于该回路导体装置中成为同轴传输线的中心导体，确保飞机表面电流具有最小的扰动及具有稳定阻抗的单点馈入。

所述的信号采集装置包含：

监测探头301，其设置在低电平扫频信号的注入点处，用于对注入信号进行监测并获取机身表面电流；

测试探头302，其设置在飞机机体内，用于获取飞机内线缆上的感应电流。

所述的信号传输装置包含：

多通道光电转换器401，其连接测试探头302，与远距离光纤402一起实现测试信号的多通道、远距离、低损耗传输。

所述的信号处理装置包含：

网络分析仪501，其参考通道连接监测探头301，其测试通道连接多通道光电转换器401；

控制计算机502，其连接网络分析仪501，实现对网络分析仪数据接收和处理的自动化控制。

如图4所示，本发明还提供一种低电平直接驱动的高强辐射场效应试验方法，包含以下步骤：

步骤S1、建立外部平面波照射下飞机的三维仿真模型；

外部平面波的强度为E，外部平面波需均匀照射于飞机表面，且包含所有的照射角度和极化；

仿真频率为10kHz～飞机第一谐振点频率；

注入点位置通常为机头、翼尖等位置，对注入点进行打磨或其他处理，将注入点处的机身清理为裸露金属；

步骤S4、试验系统将恒定电流注入机身，采用监测探头检测在注入点等机身的表面电流，记录为I₂，同时，机身的表面电流会耦合进入飞机内部，在线缆束上产生感应电流，采用测试探头检测感应电流，记录为I₃；

测试频率为10kHz～飞机第一谐振点频率；

步骤S5、对比仿真得到机身表面电流I₁和试验得到的机身表面电流I₂，通过数据校核，获取试验数据与仿真数据的比例因子K，再进行归一化处理，根据比例因子K和感应电流I₃，计算出外部电磁环境以1V/m的场强照射飞机时机内线缆的感应电流I₄，从而得到机内线缆感应电流与外部辐射场的传递函数f；

f＝I₄

I₅＝f·a

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种低电平直接驱动的高强辐射场效应试验方法，其特征在于，包含以下步骤：

所述低电平直接驱动的高强辐射场效应试验系统包含：

射频源，用于产生低频段的低电平扫频信号注入飞机机体；所述的射频源包含：信号源，其用于产生低频段的低电平扫频信号；功率放大器，其连接信号源，用于将低电平扫频信号放大后注入飞机机身；

电流模拟回路，其形成电流注入回路，使得飞机机体表面产生电流分布，模拟平面波照射飞机；所述的电流模拟回路包含接地平板或回路导体装置；大型飞机采用接地平板方式实现电流模拟回路，飞机的终端点连接接地电平；中小型飞机采用完全导体回路方式实现电流模拟回路，飞机完全置于回路导体装置中；

信号采集装置，其用于采集飞机机体的测试信号；所述的信号采集装置包含：监测探头，其设置在低电平扫频信号的注入点处，用于对注入信号进行监测并获取机身表面电流；测试探头，其设置在飞机机体内，用于获取飞机内线缆上的感应电流；

信号传输装置，其用于将测试信号传输给信号处理装置；所述的信号传输装置包含：多个多通道光电转换器，其连接测试探头，与远距离光纤一起实现测试信号的多通道、远距离、低损耗传输；

信号处理装置，其用于对测试信号进行处理；所述的信号处理装置包含：网络分析仪，其参考通道连接监测探头，其测试通道连接多通道光电转换器；控制计算机，其连接网络分析仪，实现对网络分析仪数据接收和处理的自动化控制；

步骤S1、建立外部平面波照射下飞机的三维仿真模型；

步骤S4、试验系统将恒定电流注入机身，采用监测探头检测在注入点机身的表面电流，记录为I₂，同时采用测试探头检测在线缆束上产生的感应电流，记录为I₃；

f＝I₄

其中，E为外部平面波的强度；

步骤S6、进行测试数据处理，根据传递函数f查阅在线缆感应电流频段内的实际HIRF环境场强值a，将试验结果进行数据外推，即传递函数与实际HIRF环境场强值相乘，从而得到实际HIRF环境下的机内线缆感应电流I₅；

I₅＝f·a

2.如权利要求1所述的低电平直接驱动的高强辐射场效应试验方法，其特征在于，外部平面波需均匀照射于飞机表面，且包含所有的照射角度和极化。

3.如权利要求1所述的低电平直接驱动的高强辐射场效应试验方法，其特征在于，仿真频率与测试频率一致，仿真频率为10kHz～飞机第一谐振点频率；测试频率为10kHz～飞机第一谐振点频率。

4.如权利要求1所述的低电平直接驱动的高强辐射场效应试验方法，其特征在于，注入点位置为机头或翼尖。