CN113030595B - 一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统和测量方法，通过对不同车型测量出固定频率下不同角度的敏感极化方向和迫停阈值，建立了车辆迫停电磁脉冲效应数据库。本发明结合实际测量需要，选取合适的配试设备，设置适宜的运行参数，实现了具有自动化测量、高精度及有效数据存储等特点的测试系统。本发明根据实际工作条件选择多种结构配置，结构灵活，有效易行，不仅适用于车辆迫停电磁脉冲效应数据库的建立，同时也适用于快艇挂机、无人机或其它电子设备的电磁兼容测试，对测量物体电磁脉冲效应特性发挥重要作用，提升电磁脉冲敏感阈值的测试效率。

Description

一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统和测量方法

技术领域

本发明属于电磁兼容测试技术领域，具体涉及一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统和测量方法。

背景技术

电磁脉冲车辆迫停系统是一种可用于固定式或移动式的强电磁脉冲辐射系统，它通过天线，将方向性强的电磁脉冲能量定向辐射至前方区域内，通过汽车孔洞、缝隙和线束的耦合，连接电缆感应产生脉冲电压从而干扰或损坏目标车辆的电子控制系统，导致喷油信号或点火信号紊乱，火花塞不能正常点燃油气混合物，达到非致命手段车辆迫停的目的，具有全天候、无接触式和远距离的优点。近年来美国尤若卡太空研究署(EurekaAerospace)、美国陆军研究实验室(ARL)、德国DIEHL公司和英国e2v公司研制出了多型电磁脉冲车辆迫停系统，电磁脉冲车辆迫停系统也逐步应用于反恐及重要政治目标、经济战略目标和公共场所的安全保卫领域，如防止危险车辆冲击要害部位哨卡、车队随行保护和追击逃逸可疑车辆，是打击违法犯罪的行为的又一重要利器。

在研究强电磁脉冲对车辆效应过程中发现，不同车型电子控制系统型号、安装位置、线束走向及电磁兼容的设计差别很大，从而直接影响到不同车型电磁敏感阈值不同。为了进一步研究多种车辆电磁脉冲敏感阈值随车辆角度、天线辐射极化方向的变化规律，需要设计一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统，对效应数据库的科学建立具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统和测量方法，用于建立车辆迫停电磁脉冲效应数据库。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统，包括电磁脉冲发射端、待测模块和显控模块；电磁脉冲发射端用于将功率线性可调的电磁脉冲能量定向辐射至指定区域以监测待测模块的状态；待测模块用于接受电磁脉冲的测试并将待测模块的状态信号发送给显控模块；显控模块用于接收、存储、显示电磁脉冲端的功率信号、待测模块的状态信号，并分别向电磁脉冲端和待测模块发出控制信号；电磁脉冲发射端包括依次串联的脉冲调制器、微波源、定向耦合器、天线；脉冲调制器用于将交流电压转换为高压直流脉冲；微波源用于在高压直流脉冲的激励下产生电磁脉冲；定向耦合器用于测量微波源实际输出的电磁脉冲的功率；天线用于将电磁脉冲定向辐射至自由空间；待测模块包括转台和待测车辆，待测车辆固定在转台上方；转台用于改变待测车辆的水平方位；显控模块包括控制模块、功率计、监测模块、存储模块、显示模块；监测模块的信号输入端通过转台连接待测车辆的车速传感器的信号输出端用于获取待测车辆的转速信息；功率计的信号输入端连接定向耦合器的信号输出端用于获取定向耦合器输出的脉冲功率数值；控制模块的信号输入端分别连接监测模块的信号输出端和功率计的信号输出端，分别用于接收待测车辆的转速信息和定向耦合器输出的脉冲功率数值；控制模块的控制端分别连接转台的受控端和脉冲调制器的受控端，分别用于控制转台的旋转方向和转速，以及比较判断收到的功率信息与输入脉冲调制器信息后校正脉冲调制器；存储模块的信号输入端分别连接功率计的信号输出端和控制模块的信号输出端，分别用于保存脉冲功率数值、转台方向、转台角度、待测车辆的转速信息；显示模块的信号输入端分别连接控制模块的信号输出端和存储模块的信号输出端，用于显示实时信息或调用显示存储的信息。

按上述方案，脉冲调制器通过高压线连接微波源；微波源通过微波通路连接定向耦合器；定向耦合器通过末端的法兰接口连接发射天线的法兰接口；天线的内部充有高压绝缘气体用于防止强电场在金属内壁击穿空气而打火；交流电压包括220V市电或380V市电；转台的载重量大于3吨，并在360度范围内水平转动。

一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测量方法，包括以下步骤：

S1：试验前选取并布置合适的试验场地，对存在辐射危害的区域采取防护措施确保人员安全；

S2：上电预热车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统并达到稳定的工作状态；

S3：标校车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统以确保工作正常；

S4：开启电磁脉冲发射端，将辐射功率从零逐渐升至最大，如果监测到待测汽车出现包括熄火的敏感状态，则停止发射功率并记录定向耦合器的输出功率和转台的转动角度；如果辐射至最大输出功率后，汽车未出现任何故障、性能降低或偏离规定的指标值，则进行步骤S6；

S5：重启待测车辆，确认待测车辆的功能恢复完好状态；

S6：控制转台转动角度Δθ，并记录转动次数n，若Δθ×n<360°，则进行步骤S4，否则进行步骤S7；

S7：清零转动次数n，改变天线的极化方向，重复步骤S4～步骤S6。

进一步的，所述的步骤S1中，具体步骤为：试验场地选用微波暗室或开阔场，根据测试系统图选取电磁脉冲辐射远场区进行效应试验，设发射天线距离待测车辆之间的距离为R，天线孔径的最大尺寸为D，电磁波在真空中的波长为λ，则远场满足下述公式使远场临界点作为测试距离以保证在待测车辆处获得尽可能大的电磁辐射场强：

试验场地设有屏蔽间供操作人员进行试验操作，屏蔽间的电磁波屏蔽效能满足标准；电磁辐射危险区配有警戒线以确保人员安全。

进一步的，所述的步骤S2中，预热待测车辆的具体步骤为：用数个千斤顶将待测车辆支起使车轮处于离地状态；将待测车辆置于自动挡的前进挡或手动挡的一档，使待测车辆保持在准动态运行情况；将待测车辆的速度传感器的信号线引出到监测模块直至监测出准确的车速信息。

进一步的，所述的步骤S3中，具体步骤为：

S31：标校转台的转动误差；

S32：标校转速传感器的测量误差；

S33：标校脉冲调制器的输出误差；

S34：设功率计所测的峰值功率为Pt，天线增益为Gt，空气电磁波阻抗为Z，验证功率计测得的功率满足下述公式：

若电场传感器测得的电场强度E和公式(2)计算得到的电场强度差值在±3dB以内，则认为系统准确；若电场传感器测得的电场强度E和公式(2)计算得到的电场强度差值大于等于±3dB，则需修正系统。

进一步的，所述的步骤S4中，辐射功率升高过程中测试的具体步骤为：

控制模块控制脉冲调制器在每个输出功率持续大于3秒后增加辐射功率；

当监测模块测量到汽车转速为零时，控制模块控制脉冲调制器停止工作，存储模块保存此时待测车辆的角度、极化方向，并将定向耦合器的输出功率保存为此状态的敏感阈值；

控制模块根据公式(2)计算敏感场强值。

进一步的，所述的步骤S5中，具体步骤为：待测车辆出现发动机停转现象时，尝试重启并全面检查待测车辆的功能完整性，若待测车辆正常且动力装置的关键零部件没有报错则继续进行下步试验；若待测车辆出现动力装置报错现象，则对待测车辆维修至初始正常状态后才能进行下一步试验。

进一步的，所述的步骤S6中，具体步骤为：转台转动的步进角度Δθ由电磁脉冲效应数据库所需精度决定，Δθ越小则总共需要转动的次数越多；

转动角度超过360°，表示在一个辐射工况下给定待测车辆的电磁脉冲效应数据库的建立完成。

进一步的，所述的步骤S7中，改变天线的极化方向的具体步骤为：将天线的辐射面转动90°。

本发明的有益效果为：

1.本发明的一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统和测量方法，通过对不同车型测量出固定频率下不同角度的敏感极化方向和迫停阈值，建立了车辆迫停电磁脉冲效应数据库。

2.本发明结合实际测量需要，选取合适的配试设备，设置适宜的运行参数，实现了具有自动化测量、高精度及有效数据存储等特点的测试系统。

3.本发明根据实际工作条件选择多种结构配置，结构灵活，有效易行，不仅适用于车辆迫停电磁脉冲效应数据库的建立，同时也适用于快艇挂机、无人机或其它电子设备的电磁兼容测试，对测量物体电磁脉冲效应特性发挥重要作用，提升电磁脉冲敏感阈值的测试效率。

附图说明

图1是本发明实施例的功能框图。

图2是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，本发明的实施例包括电磁脉冲发射端、待测部分和显控部分，

电磁脉冲发射端功率线性可调，能将电磁脉冲能量定向辐射至指定区域；电磁脉冲发射端的脉冲调制器用于将220V/380V市电转换为高压直流脉冲，选择合适耐压等级的高压线防止漏电流的产生；高压脉冲通过高压线连接至微波源，微波源谐振腔在高压的激励下内部谐振并产生强电磁脉冲，发射功率线性可调。微波通路作为电磁脉冲的传输路径，固定连接有定向耦合器，用于测量实际输出的脉冲功率，定向耦合器末端设有标准法兰接口和发射天线法兰接口固定连接，发射天线用于将电磁脉冲定向辐射至自由空间。所述发射天线内充入高压绝缘气体，防止强电场在金属内壁击穿空气从而打火。

待测部分主要为转台和待测车辆；待测部分配有转台，载重量大于3吨，可在360度范围内水平转动，待测车辆置于转台上方，将汽车内的车速传感器信号线分线引出，通过监测设备获取车辆转速信息。

显控部分为系统的控制处理终端，将所测得的效应数据存入存储器。显控部分的功率计可直接获取定向耦合器输入至天线的脉冲功率数值，功率计通过数据线连接有控制模块和数据存储，控制模块接收到的功率信息与输入脉冲调制器信息进行比较判断，对脉冲调制器输入信号进行校正，同时控制模块连接有转台、监测模块、数据存储和显示模块。数据存储用于记录输出功率、转台角度和汽车转速信息，并将实时信息传送至显示模块。

一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试量方法，包括如下步骤：

S1：试验前选取合适的测量场地，进行试验布置，对存在辐射危害区域采用必要的防护措施，确保人员安全；

试验场地选用微波暗室或开阔场，根据测试系统图，选取电磁脉冲辐射远场区进行效应试验，远场同时需满足下述公式：

其中R为发射天线距离待测车辆之间的距离，D为天线孔径的最大尺寸，λ为电磁波在真空中的波长。选取远场临界点作为测试距离，可以保证在待测车辆处获得尽可能大的电磁辐射场强。试验布置时需考虑到操作人员位于屏蔽间，电磁波屏蔽效能应满足标准，电磁辐射危险区配有警戒线，确保人员安全。

S2：将测试设备上电预热并达到稳定的工作状态；

测试系统的发射端、待测部分和控制部分需上电预热一段时间后才能达到稳定的工作状态，为了使测试数据更符合车辆实际运行场景，所述待测车辆需处于准动态运行情况，用数个千斤顶将车辆支起，车轮处于离地状态，将车辆置于自动挡前进挡或手动挡一档。所述车辆速度传感器信号线分线引出，并能远程监测出准确的车速信息。

S3：对试验设备进行标校，确保设备工作正常；

测量前需对转台的转动误差、转速传感器测量误差、脉冲调制器输出误差进行标校。对功率计所测得的功率进行验证，需满足下述公式：

其中R为发射天线口面至待测车辆之间的距离，Pt为功率计所测的峰值功率，Gt为天线增益，Z为空气电磁波阻抗，当通过电场传感器测量所得电场强度E和公式(2)计算所得电场强度在±3dB以内时，则认为测量系统准确，否则需对系统进行修正。

S4：开启电磁脉冲发射端口，将辐射功率从零逐渐升至最大，如果监测到汽车熄火等敏感状态，则停止发射功率并记录输出功率和转动角度，如果辐射至最大输出功率，汽车未出现任何故障、性能降低或偏离规定的指标值，则进行S6步骤；

所述辐射功率的增加应由计算机自动完成，每个输出功率要求时间大于3秒，确保待测车辆有足够的响应时间，当汽车转速监测模块测量出汽车转速为零时，自动下发控制信号至脉冲调制器，使其停止工作，并记录此时待测车辆的角度和极化方向，输出功率即为此状态敏感阈值，根据公式(2)可以计算出敏感场强值。

S5：重启待测车辆，确认其功能恢复完好状态；

所述待测车辆出现发动机停转现象后，需尝试重启并全面检查功能完整性，如果正常且没有影响到动力装置的关键零部件报错就能继续进行下步试验，若出现动力装置报错现象，则需维修至初始正常状态后才能进行下一步试验。

S6：将转台转动Δθ角度，并记录转动次数n，若Δθ×n<360°，则进行步骤S4，否则进行步骤S7；

步进角度Δθ由电磁脉冲效应数据库所需精度决定，当Δθ越小时，总共需要转动的次数就越多，控制的转动角度超360°后，表示完成一个辐射工况下给定待测车辆电磁脉冲效应数据库的建立。

S7：将转动次数n清零，改变天线极化方向，重复步骤S4～S6。

将天线辐射面转动90°以改变计划方向，并重复上述步骤。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统，其特征在于：包括电磁脉冲发射端、待测模块和显控模块；电磁脉冲发射端用于将功率线性可调的电磁脉冲能量定向辐射至指定区域以监测待测模块的状态；待测模块用于接受电磁脉冲的测试并将待测模块的状态信号发送给显控模块；显控模块用于接收、存储、显示电磁脉冲端的功率信号、待测模块的状态信号，并分别向电磁脉冲端和待测模块发出控制信号；

电磁脉冲发射端包括依次串联的脉冲调制器、微波源、定向耦合器、天线；脉冲调制器用于将交流电压转换为高压直流脉冲；微波源用于在高压直流脉冲的激励下产生电磁脉冲；定向耦合器用于测量微波源实际输出的电磁脉冲的功率；天线用于将电磁脉冲定向辐射至自由空间；

待测模块包括转台和待测车辆，待测车辆固定在转台上方；转台用于改变待测车辆的水平方位；

显控模块包括控制模块、功率计、监测模块、存储模块、显示模块；

监测模块的信号输入端通过转台连接待测车辆的车速传感器的信号输出端用于获取待测车辆的转速信息；

功率计的信号输入端连接定向耦合器的信号输出端用于获取定向耦合器输出的脉冲功率数值；

控制模块的信号输入端分别连接监测模块的信号输出端和功率计的信号输出端，分别用于接收待测车辆的转速信息和定向耦合器输出的脉冲功率数值；控制模块的控制端分别连接转台的受控端和脉冲调制器的受控端，分别用于控制转台的旋转方向和转速，以及比较判断收到的功率信息与输入脉冲调制器信息后校正脉冲调制器；

存储模块的信号输入端分别连接功率计的信号输出端和控制模块的信号输出端，分别用于保存脉冲功率数值、转台方向、转台角度、待测车辆的转速信息；

显示模块的信号输入端分别连接控制模块的信号输出端和存储模块的信号输出端，用于显示实时信息或调用显示存储的信息。

2.根据权利要求1所述的一种车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统，其特征在于：脉冲调制器通过高压线连接微波源；微波源通过微波通路连接定向耦合器；定向耦合器通过末端的法兰接口连接发射天线的法兰接口；

天线的内部充有高压绝缘气体用于防止强电场在金属内壁击穿空气而打火；

交流电压包括220V市电或380V市电；

转台的载重量大于3吨，并在360度范围内水平转动。

3.一种基于权利要求1至2中任意一项所述的车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：试验前选取并布置合适的试验场地，对存在辐射危害的区域采取防护措施确保人员安全；

S2：上电预热车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统并达到稳定的工作状态；

S3：标校车辆迫停电磁脉冲敏感阈值测试系统以确保工作正常；

S4：开启电磁脉冲发射端，将辐射功率从零逐渐升至最大，如果监测到待测汽车出现包括熄火的敏感状态，则停止发射功率并记录定向耦合器的输出功率和转台的转动角度；如果辐射至最大输出功率后，汽车未出现任何故障、性能降低或偏离规定的指标值，则进行步骤S6；

S5：重启待测车辆，确认待测车辆的功能恢复完好状态；

S6：控制转台转动角度Δθ，并记录转动次数n，若Δθ×n<360°，则进行步骤S4，否则进行步骤S7；

S7：清零转动次数n，改变天线的极化方向，重复步骤S4～步骤S6。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：试验场地选用微波暗室或开阔场，根据测试系统图选取电磁脉冲辐射远场区进行效应试验，设发射天线距离待测车辆之间的距离为R，天线孔径的最大尺寸为D，电磁波在真空中的波长为λ，则远场满足下述公式使远场临界点作为测试距离以保证在待测车辆处获得尽可能大的电磁辐射场强：

试验场地设有屏蔽间供操作人员进行试验操作，屏蔽间的电磁波屏蔽效能满足标准；电磁辐射危险区配有警戒线以确保人员安全。

5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：所述的步骤S2中，预热待测车辆的具体步骤为：用数个千斤顶将待测车辆支起使车轮处于离地状态；将待测车辆置于自动挡的前进挡或手动挡的一档，使待测车辆保持在准动态运行情况；将待测车辆的速度传感器的信号线引出到监测模块直至监测出准确的车速信息。

6.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于：所述的步骤S3中，具体步骤为：

S31：标校转台的转动误差；

S32：标校转速传感器的测量误差；

S33：标校脉冲调制器的输出误差；

S34：设功率计所测的峰值功率为Pt，天线增益为Gt，空气电磁波阻抗为Z，验证功率计测得的功率满足下述公式：

若电场传感器测得的电场强度E和公式(2)计算得到的电场强度差值在±3dB以内，则认为系统准确；若电场传感器测得的电场强度E和公式(2)计算得到的电场强度差值大于等于±3dB，则需修正系统。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：所述的步骤S4中，辐射功率升高过程中测试的具体步骤为：

控制模块控制脉冲调制器在每个输出功率持续大于3秒后增加辐射功率；

当监测模块测量到汽车转速为零时，控制模块控制脉冲调制器停止工作，存储模块保存此时待测车辆的角度、极化方向，并将定向耦合器的输出功率保存为此状态的敏感阈值；

控制模块根据公式(2)计算敏感场强值。

8.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：所述的步骤S5中，具体步骤为：待测车辆出现发动机停转现象时，尝试重启并全面检查待测车辆的功能完整性，若待测车辆正常且动力装置的关键零部件没有报错则继续进行下步试验；若待测车辆出现动力装置报错现象，则对待测车辆维修至初始正常状态后才能进行下一步试验。

9.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：所述的步骤S6中，具体步骤为：转台转动的步进角度Δθ由电磁脉冲效应数据库所需精度决定，Δθ越小则总共需要转动的次数越多；

转动角度超过360°，表示在一个辐射工况下给定待测车辆的电磁脉冲效应数据库的建立完成。

10.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：所述的步骤S7中，改变天线的极化方向的具体步骤为：将天线的辐射面转动90°。

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