CN115343600A - 在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明为解决现有针对接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别，采用离线模拟的方式不能真实体现实际工作中的情况，存在鉴别误差的问题，而提供了一种在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法。包括以下步骤：1)、搭建模拟通信设备正常通信的接口效应试验平台，对通信设备的通信节点进行监测；2)、通信设备处于正常通信状态，进行强电磁脉冲电流注入；3)、在通信接口电路板卡设置电流检测点以及电压监测点，获取电流检测点和电压监测点的输出波形，判断接口电路是否受扰或损伤；4)、保持通信设备的正常通信状态，通过发送数据的计算机和接收数据的计算机上的通信收发软件传输数据的情况，判断接口电路是否受扰或损伤。

Description

在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法

技术领域

本发明属于电磁环境效应领域，具体涉及一种在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法。

背景技术

随着通信设备集成化程度的提高，以及强电磁脉冲技术的发展，强电磁脉冲已经成为通信设备的重要电磁威胁之一。接口电路是通信设备内部主控电路与外部设备进行数据通信与数据交换的关键电路，由于接口电路的互连电缆具有信号工作频率不同、集成度高、线缆长等特点，而成为强电磁脉冲对于通信设备前门损伤最主要的耦合通道，当强电磁脉冲经由互连线缆进入到接口电路后，会造成内部敏感电路的失效乃至永久损伤。从通信设备强电磁脉冲损伤角度来看，接口电路由于所连接互连电缆最长，成为强电磁脉冲沿互连接口线缆的传导耦合过程中最主要的电磁易损电路。

目前，针对接口电路组件级注入试验的损伤鉴别方法主要为离线检测方式，具体为：对接口芯片进行强电磁脉冲直接注入，试验模拟接口芯片电路所属系统处于工作状态，试验结束后，对接口电路中的芯片进行开盖，利用显微镜去观察芯片微观结构上的变化，从而判断接口电路是否出现损伤。但是接口电路芯片离线试验与处于在线模式下的接口电路芯片的真实工作状态不一致，已有的鉴别方法并不能完全体现实际接口芯片在线状态下受到强电磁脉冲干扰时的真实表现。

发明内容

本发明的目的是解决现有针对接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别，采用离线模拟的方式不能真实体现实际工作中的情况，存在鉴别误差的问题，而提供了一种在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1)、搭建模拟通信设备正常通信的接口效应试验平台；

所述模拟通信设备正常通信的接口效应试验平台包括通过通信线缆依次连接的陪试发送设备、2个受试板卡屏蔽箱和陪试接收设备；所述陪试发送设备和陪试接收设备分别设置在屏蔽箱内；

所述受试板卡屏蔽箱用于放置受试的通信接口电路板卡，受试板卡屏蔽箱内设置有用于采集通信接口电路板卡的电压和电流信号的数据采集系统；陪试接收设备和陪试发送设备中分别设置有适用于通信接口电路板的板卡硬件驱动软件和通信收发软件；

2个受试板卡屏蔽箱之间连接有注入源，所述注入源通过脉冲电流注入环与2个通信接口电路板卡之间通信线缆连接，用于注入强电磁脉冲电流；

步骤2)、运行通信接口电路板卡中的通信软件并使其处于正常通信状态，进行强电磁脉冲电流注入；

步骤3)、在通信接口电路板卡的输入和输出端设置电流检测点，在通信接口电路板卡与注入源连接端设置电压监测点，利用数据采集系统采集电流检测点和电压监测点的输出波形，判断通信接口电路板卡的接口电路是否受扰或损伤；

步骤4)、保持通信接口电路板卡的正常通信状态，通过陪试发送设备和陪试接收设备的通信收发软件传输数据的情况，判断通信接口电路板卡的接口电路是否受扰或损伤，以及其损伤的严重程度。

进一步地，步骤3)中，所述判断通信接口电路板卡的接口电路是否受扰或损伤具体为：

若2个受试板卡屏蔽箱内的数据采集系统采集输出的波形相同，均为通信接口电路正常通信时输出的码元波形，则判定通信接口电路板卡的接口电路没有受损或损伤；

若至少1个受试板卡屏蔽箱内的数据采集系统采集输出的波形为电磁脉冲注入波形，则判定通信接口电路板卡的接口电路已经受扰或损伤。

进一步地，步骤4)具体为：

4.1、陪试接收设备记录对应电磁脉冲注入电流时的监测电流、监测电压，使通信接口电路板卡保持正常通信状态，计算通信接口电路板卡在时间周期T内的误码率SER：

其中，N为陪试接收设备通信收发软件在时间周期T内接收的数据总量；E为陪试接收设备通信收发软件在时间周期T内误码的数据量；

4.2、若陪试发送设备和陪试接收设备的通信收发软件正常收发数据，且误码率为0，则判定通信接口电路板卡的接口电路没有受扰或损伤；

若陪试发送设备和陪试接收设备的通信收发软件无法正常收发数据或误码率大于0，则判定通信接口电路板卡的接口电路受扰或损伤；根据误码率可以判断通信接口电路板卡的接口电路的损伤程度；

若陪试发送设备和陪试接收设备的通信收发软件在电磁脉冲电流注入后停止接收数据，且软件重启和硬件重启之后都无法恢复正常通信，则说判定通信接口电路板卡的接口电路损伤。

进一步地，步骤3)中，采用电流卡钳获取电流监测点的监测电流；采用示波器探头直接从信号线缆上获取监测电压。

进一步地，步骤1)中，所述通信线缆为RS232线缆，所述通信接口电路板卡为RS232接口电路板卡。

进一步地，步骤1)中，所述陪试发送设备、2个通信接口电路板卡和陪试接收设备的电源输入端均设置有电源滤波器。

进一步地，步骤1)中，所述陪试发送设备与陪试接收设备均包括用于发送数据的计算机、通过光纤与计算机的PCI-E插槽连接的显示器、鼠标、键盘，以及设置在PCI-E插槽与受试的通信接口电路板卡之间的主机板卡隔离滤波器；所述计算机中设置有通信收发软件；

所述PCI-E插槽转换成航插接口，便于在陪试发送设备和陪试接收设备所在的屏蔽箱与受试板卡屏蔽箱之间屏蔽处理。

与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：

1、本发明提供的在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，基于典型通信接口电路效应试验平台，使通信设备处于在线模式下，对通信设备接口电路注入脉冲电流，对通信设备接口电路进行强电磁脉冲损伤鉴别。

2、本发明提供的在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，模拟通信设备在线工作模式，通过更换不同类型的板卡，或同种类型不同接口板卡，对通信设备的接口电路进行注入试验，利用观测示波器显示的波形是否为正常码元波形及通信收发软件数据收发是否正常的概率分布，从宏观角度获取通信接口电路损伤时，通信协议层的效应现象，以实现快速鉴别各类接口电路损伤情况、获取通信接口电路损伤阈值的目的。

3、本发明提供的鉴别方法具有通用性强、适用面广的特点，适用于典型通信协议接口电路损伤鉴别。

附图说明

图1为本发明在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法实施例流程图；

图2为本发明实施例中接口效应试验平台结构示意图；

图3为本发明实施例中通信发送软件的参数设置界面；

图4为本发明实施例中通信接收软件的参数设置界面；

图5为本发明实施例中强电磁脉冲为9600波特率下的RS-232码元波形图；

图6为本发明实施例中强电磁脉冲注入电流波形图；

图7为本发明实施例中计算机RS-232通信的发送数据记录结果；

图8为本发明实施例中计算机RS-232通信正常时的接收数据记录结果；

图9为本发明实施例中计算机RS-232通信受扰时的接收数据记录结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法作进一步详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例提出的在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，具体包括以下步骤：

步骤1)、搭建模拟通信设备正常通信的接口效应试验平台，并在通信设备中内置通信软件，利用监测测量设备对通信设备的通信节点进行监测。

本实施例中设定通信设备为两台计算机之间通过RS-232协议进行通信，两台计算机均安装了RS-232通信收发软件和相应的驱动。

如图2所示，模拟通信设备正常通信的接口效应试验平台包括利用RS232线缆依次连接的陪试发送设备屏蔽箱、2个受试板卡屏蔽箱和陪试接收设备屏蔽箱，以及电源供电设备。2个受试板卡屏蔽箱之间连接的RS232线缆上设置有注入源，用于向通信系统注入强电磁脉冲。电源供电设备均通过电源滤波器进行电磁脉冲防护后向各个屏蔽箱供电。

(1)受试板卡屏蔽箱

受试板卡屏蔽箱内设置有通过RS232线缆连接的RS232接口电路板卡和电压监测电路，数据采集系统以及光电转换单元。

在RS232接口电路板卡的信号输入端和信号输出端均设有电流监测点，采用电流卡钳(DB9)获取输入信号(RS-232)和输出信号(PCI-E信号)的监测电流，通过衰减器连接数据采集系统，将监测到的电流数据传输至数据采集系统。

电压监测电路用于监测RS232接口电路板卡上的电压，通过探头直接从剥开后的信号线缆上获取监测电压，通过衰减器连接数据采集系统，将监测到的电压数据传输至数据采集系统。电压监测主要是监测发送/接收通信信号的电压波形即信号的码元波形。

电压监测电路通过信号线缆与受试板卡屏蔽箱串联连接，为保证数据采集系统的并联加入不影响信号回路阻抗，在实际试验时应保证数据采集系统(示波器)处于高阻抗状态(1MΩ)，此时相对于驱动器内阻(10kΩ)，数据采集系统的加入对电路影响不大(并联加入)。

另外同时获取监测电流、监测电压信号，为分析并获取接口电路在正常传输信号时的阻抗(时域)，提供了极好的数据支持。

本实施例数据采集系统具体为数字示波器，数字示波器将采集到的电压、电流信号转换成数字信号，经由光电转换，通过光纤传入到屏蔽箱内的电脑显示波形，进一步可以通过电压波形和电流波形得到电磁脉冲电流回路的阻抗。

受试板卡屏蔽箱连接处设置有航插接头，用于连接陪试设备接收屏蔽箱内的接收计算机。受试板卡屏蔽箱接口面板处还可以设置用于外接防护装置的安装板，便于导流泄放，且易于安装拆卸的相应的接口组件，具备一定通用性。

(2)陪试发送/接收设备屏蔽箱

陪试发送/接收设备屏蔽箱内设置有用于发送/接收数据的计算机和主机板卡隔离滤波器。主机板卡隔离滤波器(PCI-E滤波器)用于防止受试板卡屏蔽箱内的RS232接口电路板卡耦合到的电磁脉冲电流损坏发送/接收数据的计算机。计算机的PCI-E插槽转换成航插接口，便于在陪试发送/接收设备屏蔽箱与受试板卡屏蔽箱之间做好屏蔽处理。陪试发送/接收设备屏蔽箱还设置有通过光纤与计算机的PCI-E插槽连接的发送/接收显示器、鼠标、键盘等配件。

该模拟通信设备正常通信的接口效应试验平台对发送和接收计算机进行信号加载，通过发送和接收计算机上的PCI-E接口与受试板卡屏蔽箱内的受试RS232接口电路板卡直接建立通信。通过数字示波器监测信号线缆上的码元波形，发送和接收计算机内置的通信收发软件监测的通信协议层数据传输情况，判断被测接口电路损伤时的电磁效应。

该模拟通信设备正常通信的接口效应试验平台的优点在于直接利用计算机内置的各类信号接口通信协议，有效利用计算机系统本身的优势，既降低了系统开发的复杂度与难度，又可适用于不同通信协议的接口板卡，具有通性强，适用面广的特点。同时对于被测接口板卡的测试，是基于对传输数据与波形两种参数的监测，本身就具有一定的冗余度，其准确性与可靠性更高。

步骤2)、保证通信设备处于正常通信状态，同时进行强电磁脉冲电流注入。

2.1、打开通信设备，通过内置的通信软件控制设备进行正常通信；

打开发送和接收数据的计算机，运行预装的通信收发软件，设置相关RS-232通信参数，如图3和图4所示。设置数据发送循环周期为100ms，发送和接收数据的计算机开始通信。

2.2、分别打开2个受试设备屏蔽箱中的数字示波器，监测RS232接口电路板卡的电流和电压的波形。

2.3、打开强电磁脉冲注入源，对两台计算机之间的非屏蔽RS-232线缆进行电磁脉冲的注入。

步骤3)、观测示波器显示的波形是否为正常传输数据时的波形，判断通信设备的接口电路是否受扰或损伤。

如图5所示，若2台数据采集系统电脑上显示的波形相同，均为两台计算机使用RS-232接口电路进行通信时传输的码元波形，则说明受试的计算机RS-232接口电路没有受损或受扰。

如图6所示，其中1台数据采集系统电脑上为电磁脉冲注入波形，则说明受试的计算机RS-232接口电路已经受扰或受损。

步骤4)、保持通信设备的正常通信状态，观测通信收发软件是否正常收发数据，判断通信设备的接口电路是否受扰或损伤。

4.1、记录对应电磁脉冲注入电压下监测电流、监测电压以及注入试验现象，使通信设备保持正常通信状态，计算通信系统在时间周期T内的误码率SER(symbol errorrate)：

其中，N为陪试接收设备通信收发软件在时间周期T内接收的数据总量；E为陪试接收设备通信收发软件在时间周期T内误码的数据量。

通过观测两台计算机上RS-232通信收发软件是否正常收发数据即对比通信发送软件和接收软件窗口中的数据是否存在误码，以此监测通信系统在协议层的表现。

4.2、若RS-232通信收发软件的收发数据正常，如图7、图8所示误码率为0，则说明受试的计算机RS-232接口电路没有受损或受扰。

若RS-232通信接收软件无法正常收发数据(即数据存在误码或无法接收数据)，如图7、图9所示，计算通信系统在单位时间内的误码率：

则该通信系统在1秒内的误码率为10％，说明其在电磁脉冲注入时无法正常收发数据，受试的计算机RS-232接口电路受扰。据误码率可以判断通信接口电路的损伤程度，误码率越大其损伤程度越大。

若计算机在电磁脉冲电流注入后停止接收数据，且软件重启和硬件重启之后都无法恢复正常通信，则说明受试的计算机RS-232接口电路已经受损。

本发明提供的在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，模拟通信设备在线工作模式，通过更换不同类型的板卡，或同种类型不同接口板卡，对通信设备的接口电路进行注入试验，利用观测示波器显示的波形是否为正常码元波形及通信收发软件数据收发是否正常的概率分布，从宏观角度获取通信接口电路损伤时，通信协议层的效应现象，以实现快速鉴别各类接口电路损伤情况、获取通信接口电路损伤阈值的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)、搭建模拟通信设备正常通信的接口效应试验平台；

所述模拟通信设备正常通信的接口效应试验平台包括通过通信线缆依次连接的陪试发送设备、2个受试板卡屏蔽箱和陪试接收设备；所述陪试发送设备和陪试接收设备分别设置在屏蔽箱内；

所述受试板卡屏蔽箱用于放置受试的通信接口电路板卡，受试板卡屏蔽箱内设置有用于采集通信接口电路板卡的电压和电流信号的数据采集系统；陪试接收设备和陪试发送设备中分别设置有适用于通信接口电路板的板卡硬件驱动软件和通信收发软件；

2个受试板卡屏蔽箱之间连接有注入源，所述注入源通过脉冲电流注入环与2个通信接口电路板卡之间通信线缆连接，用于注入强电磁脉冲电流；

步骤2)、运行陪试接收设备和陪试发送设备中的通信接口电路板卡中的通信软件并使其处于正常通信状态，进行强电磁脉冲电流注入；

步骤3)、在通信接口电路板卡的输入和输出端设置电流检测点，在通信接口电路板卡与注入源连接端设置电压监测点，利用数据采集系统采集电流检测点和电压监测点的输出波形，判断通信接口电路板卡的接口电路是否受扰或损伤；

步骤4)、保持通信接口电路板卡的正常通信状态，通过陪试发送设备和陪试接收设备的通信收发软件传输数据的情况，判断通信接口电路板卡的接口电路是否受扰或损伤，以及其损伤的严重程度。

2.根据权利要求1所述的在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，其特征在于，步骤3)中，所述判断通信接口电路板卡的接口电路是否受扰或损伤具体为：

若2个受试板卡屏蔽箱内的数据采集系统采集输出的波形相同，均为通信接口电路正常通信时输出的码元波形，则判定通信接口电路板卡的接口电路没有受损或损伤；

若至少1个受试板卡屏蔽箱内的数据采集系统采集输出的波形为电磁脉冲注入波形，则判定通信接口电路板卡的接口电路已经受扰或损伤。

3.根据权利要求1所述的在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，其特征在于，步骤4)具体为：

4.1、记录对应电磁脉冲注入电流时的监测电流、监测电压，使通信接口电路板卡保持正常通信状态，计算通信接口电路板卡在时间周期T内的误码率SER：

其中，N为陪试接收设备通信收发软件在时间周期T内接收的数据总量；E为陪试接收设备通信收发软件在时间周期T内误码的数据量；

4.2、若陪试发送设备和陪试接收设备的通信收发软件正常收发数据，且误码率为0，则判定通信接口电路板卡的接口电路没有受扰或损伤；

若陪试发送设备和陪试接收设备的通信收发软件无法正常收发数据或误码率大于0，则判定通信接口电路板卡的接口电路受扰或损伤；根据误码率可以判断通信接口电路板卡的接口电路的损伤程度；

若陪试发送设备和陪试接收设备的通信收发软件在电磁脉冲电流注入后停止接收数据，且软件重启和硬件重启之后都无法恢复正常通信，则说判定通信接口电路板卡的接口电路损伤。

4.根据权利要求2所述的在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，其特征在于：

步骤3)中，采用电流卡钳获取电流监测点的监测电流；采用示波器探头直接从信号线缆上获取监测电压。

5.根据权利要求1-4任一所述的在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，其特征在于：

步骤1)中，所述通信线缆为RS232线缆，所述通信接口电路板卡为RS232接口电路板卡。

6.根据权利要求1所述的在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，其特征在于：

步骤1)中，所述陪试发送设备、2个通信接口电路板卡和陪试接收设备的电源输入端均设置有电源滤波器。

7.根据权利要求1所述的在线模式下通信设备接口电路强电磁脉冲损伤的鉴别方法，其特征在于：

步骤1)中，所述陪试发送设备与陪试接收设备均包括用于发送数据的计算机、通过光纤与计算机的PCI-E插槽连接的显示器、鼠标、键盘，以及设置在PCI-E插槽与受试的通信接口电路板卡之间的主机板卡隔离滤波器；所述计算机中设置有通信收发软件；

所述PCI-E插槽转换成航插接口，便于在陪试发送设备和陪试接收设备所在的屏蔽箱与受试板卡屏蔽箱之间屏蔽处理。

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