СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ В СОСТАВЕ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ ОТ 10 кГц ДО 400 МГц
METHOD OF EVALUATING ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY OF AIRCRAFT ON-BOARD EQUIPMENT IN FREQUENCY RANGE FROM 10 kHz TO 400 MHz

Область техники
Изобретение относится к области испытаний радиоэлектронного и электронного бортового оборудования (БО) летательных аппаратов на электромагнитную совместимость (ЭМС), а именно - к способу оценки ЭМС БО в составе ЛА и может быть использовано при проведении испытаний по оценке влияния на БО радиопомех от бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) в диапазоне частот от 10 кГц до 400 МГц, включая крайние значения диапазона, наводимых в цепях электропитания, информационных цепях, линиях управления БО.
Уровень техники.
При облучении ЛА электромагнитным полем бортовое оборудование в составе ЛА подвергается влиянию двух видов электромагнитных воздействий: наведенных в бортовых цепях токов и электромагнитных полей, ослабленных фюзеляжем ЛА. На более низких частотах (от 10 кГц до 400 МГц) преобладает первый вид электромагнитного воздействия в виде наведенных токов в бортовых электрических цепях. Токи, наведенные в электрических цепях, проникают внутрь электронных блоков и воздействуют на нелинейные элементы (диоды, транзисторы, микросхемы), что может приводить к сбоям и отказам в работе БО.
В диапазоне частот свыше 400 МГц токи радиопомех быстро затухают по длине провода электрической цепи и практически не достигают входных цепей нелинейных элементов БО. Следовательно, оценка ЭМС путем измерения тока радиопомех в бортовых электрических цепях может быть проведена только на частотах до 400 МГц.
Во время квалификационных испытаний на радиочастотную восприимчивость к помехам проводимости в диапазоне частот от 10 кГц до 400 МГц на соответствие требованиям раздела 20 «Квалификационных требований KT-160D» [Квалификационные требования KT-160D. Условия эксплуатации и окружающей среды для бортового авиационного оборудования. (Внешние воздействующие факторы - ВВФ). Требования, нормы и методы испытаний. Авиационный регистр МАК, 2004 г.], которые проводятся до установки БО на ЛА, оборудование подвергается воздействию испытательных сигналов, создаваемых инжекторами тока в электрических цепях БО с уровнями, соответствующими выбранным категориям оборудования. Категории оборудования задаются в технических заданиях на БО и определяются местом расположения оборудования, предполагаемыми воздействиями, расположением соединительной проводки, размером воздушного судна и его конструкцией.
Однако кроме стендовых квалификационных испытаний необходимо дополнительно проводить сертификационные испытания бортового оборудования на электромагнитную совместимость в составе ЛА, чтобы в процессе эксплуатации не создавались такие электромагнитные помехи радиотехническому, радиосвязному оборудованию или электронным устройствам, которые приводят к нарушению их работоспособности или возникновению особых ситуаций [Авиационные правила. Ч.23-29. НЛГС. Требования, нормы и методы испытаний. Авиационный регистр МАК, 2004 г.].
Известен способ оценки ЭМС корабельных технических средств [Патент РФ на изобретение №2374654, G01R 29/08 (2006/01) «Способ оценки электромагнитной совместимости корабельных технических средств и аппаратурный комплекс для его реализации»], заключающийся в определении с помощью датчика электромагнитного поля (ЭМП) характеристик внешнего ЭМП в непосредственной близости от испытываемого технического средства (ИТС) и регистрации их в запоминающем устройстве. На основании этих характеристик устанавливают параметры и формируют соответствующее этим параметрам электромагнитное поле, облучающее ИТС. Формирование ЭМП осуществляют циклами, состоящими из двух частей. Во время первого цикла регистрируют текущую дискретную последовательность отсчетов уровня внешнего ЭМП, во время второго цикла производят формирование ЭМП, облучающего ИТС.
Формирование осуществляют, задавая его уровень путем воспроизведения преобразованной в аналоговый вид зарегистрированной дискретной последовательности отсчетов уровня внешнего ЭМП. Затем осуществляют последовательное увеличение уровня облучающего ЭМП до фиксации отклика ИТС на воздействие ЭМП. ЭМС технического средства со смежными техническими средствами корабля оценивают по соотношению уровня ЭМП, приводящего к появлению отклика ИТС к первоначально зарегистрированному уровню ЭМП.
Такой способ оценки ЭМС требует создания специального аппаратурного комплекса испытаний, включающего в себя датчик электромагнитного поля, управляющее устройство, запоминающее устройство, усилитель с регулятором коэффициента усиления, излучатель электромагнитного поля и индикатор, отображающий характеристики электромагнитного поля. Кроме того, при использовании этого способа для оценки степени влияния ЭМП требуется при проведении эксперимента добиваться увеличения уровня ЭМП до получения отклика каждого испытываемого корабельного технического средства. Это увеличивает сроки испытаний и затраты на их проведение.
Известен способ оценки ЭМС на отдельном объекте, [патент GB 2256057 (A) «Testing electrical systems for electromagnetic compatibility»] путем инжекции тока большого уровня в электрические цепи испытываемого оборудования с одновременным контролем работоспособности испытываемого оборудования по выбранным критериям. Однако для проведения таких испытаний на объекте должны быть предварительно измерены передаточные характеристики электрических цепей испытываемого оборудования по току методом сканирующего тока низкого уровня, затем определено электромагнитное поле вокруг объекта, создаваемое источниками радиопомех. Используя данные о величине электромагнитного поля и численные значения передаточных характеристик по току, производят расчет тока большого уровня, инжектируемого в электрические цепи оборудования при проведении испытаний. Данный метод испытаний является дорогим и длительным - он требует проведения трудоемких предварительных измерений передаточных характеристик электрических цепей по току и дополнительной оценки электромагнитной обстановки вокруг испытываемого объекта.
Наиболее близким к предлагаемому способу, принятым за прототип, является способ оценки ЭМС БО в составе ЛА, заключающийся в оценке состояния и параметров БО до и после включения радиопомех на борту ЛА [Типовая методика оценки электромагнитной совместимости бортового радиооборудования, установленного на воздушных судах ГА. Гос. НИИ «Аэронавигация», Гос. НЦ «ЛИИ им. М.М. Громова». Москва, 1995 г.]. При этом фиксируют наличие отказов или сбоев в работе БО по показаниям средств визуального отображения информации (индикаторов, контрольных приборов и т.п.) и по изменению параметров оборудования, регистрируемых с помощью штатных бортовых устройств записи параметров полета или с помощью специально установленной на время проведения испытаний системы бортовых измерений.
Однако такой способ испытаний БО на электромагнитную совместимость требует длительной подготовки - разработки перечня регистрируемых параметров, программного обеспечения для первичной и вторичной обработки результатов испытаний, разработки и установки на летательный аппарат системы бортовых измерений. Оценка влияния радиопомех на БО экипажем с помощью средств визуального отображения информации носит объективный характер и не исключает наличия ошибок. Кроме того, такой способ испытаний позволяет лишь выявить наличие влияния, не давая возможности численно оценить степень этого влияния, не обеспечивает количественной оценки запаса электромагнитной совместимости испытываемого БО.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в увеличении достоверности и повышении точности испытаний БО на ЭМС в составе летательного аппарата.
Для достижения указанного технического результата в способе оценки ЭМС бортового оборудования в составе летательного аппарата в диапазоне частот от 10 кГц до 400 МГц, включая крайние значения диапазона, заключающемся в последовательном включении на излучение источников электромагнитных помех - радиопередатчиков бортового радиоэлектронного оборудования, которые через бортовые передающие антенны последовательно воздействуют радиопомехами на испытываемое БО, в оценивании работоспособности его до и после включения радиопомех на борту ЛА, дополнительно после включения источника радиопомех измеряют наведенные в электрических цепях испытываемого оборудования токи помех - I пом., для чего индукционный измерительный датчик тока располагают на расстоянии пяти сантиметров от входного разъема на электрической цепи испытываемого оборудования ЛА (расстояние соответствует требованиям раздела 20 «Квалификационных требований KT-160D»). Индукционный измерительный датчик тока соединяют через высокочастотный кабель с анализатором спектра, который измеряет уровень напряжения помех. Уровень наведенного тока определяют в каждой электрической цепи БО с учетом передаточного импеданса датчика тока Z по формуле:
<mrow><mi>I</mi><mi></mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mo>.</mo><mo>=</mo><mi>I</mi><mi></mi><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mo>.</mo><mo>−</mo><mi>Z</mi><mo>,</mo><mi></mi><mi></mi><mi>г</mi><mi>д</mi><mi>е</mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mi></mi><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
I пом. - измеренный уровень тока помех, выраженный в дБ мА.
I пом.[дБ мА]=201g I пом.[мА];
U пом. - измеренный анализатором спектра на рабочей частоте уровень напряжения помех, выраженный в дБ мВ,
U пом.[дБ мВ]=201g U пом.[мВ];
Z - передаточный импеданс датчика тока, выраженный в дБ Ом.
Z[дБ Om]=201gZ[Om].
Измеренный с помощью индукционного измерительною датчика наведенный в электрических цепях испытываемого оборудования ток помех I пом. сравнивают в полосе частот источника радиопомех с максимально допустимымтоком помех I доп., соответствующим уровню испытании на восприимчивость к помехам проводимости для заданной категории исследуемого БО до установки на самолет. Категория оборудования задается до установки БО на ЛА в техническом задании на БО в соответствии с требованиями раздела 20, «Квалификационных требований КТ-1 60D».
Если требование для каждой измеренной электрической цепи удовлетворяется следующими условиями:
<mrow><mi>I</mi><mtext> </mtext><mi>д</mi><mi>о</mi><mi>п</mi><mo>.</mo><mo>−</mo><mi>I</mi><mtext> </mtext><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mo>.</mo><mo>></mo><mn>0,</mn><mtext> где                 (2)</mtext></mrow>
I доп. - допустимый уровень тока помех, выраженный в дБ мА,
I доп.[дБ мА] = 201g I доп.[мА];
I пом. - измеренный уровень тока помех, выраженный в дБ мА; и при этом не наблюдаются нарушения работоспособности испытываемого оборудования, то делают вывод об обеспечении ЭМС в диапазоне частот от 10 кГц до 400 МГц и по результатам измерений тока рассчитывают коэффициент запаса ЭМС А в децибелах по формуле:
<mrow><mi>Δ</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>д</mi><mi>Б</mi></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>=</mo><mi>I</mi><mtext> </mtext><mi>д</mi><mi>о</mi><mi>п</mi><mo>.</mo><mo>−</mo><mi>I</mi><mtext> </mtext><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mo>.</mo><mtext>              </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
По результатам этой оценки судят о необходимости разработки дополнительных мероприятий по обеспечению ЭМС.
Таким образом, предлагаемый способ повышает достоверность испытаний за счет измерения тока радиопомех в диапазоне частот от 10 кГц до 400 МГц в электрических цепях испытываемого оборудования в реальной электромагнитной обстановке ЛА с одновременным контролем работоспособности испытываемого бортового оборудования. Кроме того, повышается точность испытаний за счет введения в качестве критерия обеспечения ЭМС испытываемого БО коэффициента запаса ЭМС, определение которого в процессе испытаний позволяет оценить не только наличие, но и степень воздействия радиопомех на БО ЛА.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 показана структурная схема проведения испытаний на ЭМС бортового оборудования в составе ЛА.
На фиг.2 показаны контрольная линия (9), соответствующая максимально допустимому наведенному току I доп.для заданной категории оборудования, и результаты измерений наведенного тока I пом. (10) при испытании на электромагнитную совместимость БО.
Способ осуществляется следующим образом.
Испытываемое оборудование (1) в составе ЛА подвергают воздействию радиопомех от последовательно включаемых на излучение источников (7) - бортовых радиопередатчиков, от которых через бортовые передающие антенны (8) радиопомехи воздействуют на бортовые электрические цепи, наводят в них токи помех, проникающих в блоки испытываемого оборудования.
Так как появление возможных сбоев и отказов в работе БО зависит от уровня тока помех, наведенного в бортовых цепях на входе блоков оборудования, для оценки влияния радиопомех используют индукционный измерительный датчик тока (2), устанавливаемый на расстоянии около пяти сантиметров от входного разъема испытываемого оборудования на бортовую электрическую цепь (5), подходящую к испытываемому оборудованию (1) от нагрузки (6) (расстояние соответствует требованиям раздела 20 «Квалификационных требований KT-160D»). Индукционный датчик соединяется через высокочастотный кабель (3) с анализатором спектра (4). Применяют анализатор спектра (измерительный приемник) и индукционный измерительный датчик тока серийного изготовления.
Величину наведенного тока помех - I пом. (10), измеряют с помощью индукционного датчика тока, соединенного через высокочастотный кабель (3) с анализатором спектра (4), который измеряет уровень напряжения помех U пом. Уровень наведенного тока I пом. определяют в каждой электрической цепи БО с учетом передаточного импеданса Z датчика тока на рабочей частоте по формуле 1.
Сравнивают 1 пом. (10) в полосе частот источника радиопомех с контрольной линией тока максимально допустимого тока помех - I доп.(9), соответствующей, уровню испытаний на восприимчивость к помехам проводимости для заданной категории исследуемого БО до установки на самолет по формуле 2 и определяют коэффициент запаса ЭМС по формуле 3.
Во время испытаний проводится также контроль работоспособности оборудования. Результаты измерений при проведении испытаний приведены на фиг.2.
Таким образом, измерив величину тока радиопомех I пом., наводимого в бортовых электрических цепях БО, и затем, сравнив ее с квалификационными требованиями - 1 доп., можно сделать вывод об обеспечении ЭМС испытываемого оборудования. Если уровень наведенных токов в бортовых цепях меньше квалификационных требований к оборудованию, коэффициент запаса ЭМС Δ [дБ] больше нуля и при этом не наблюдаюгся нарушений работоспособности испытываемого оборудования, то делают вывод о том, что ЭМС бортового оборудования обеспечивается с коэффициентом запаса ЭМС Δ [дБ].
По результатам всех измерений производится численная оценка влияния излучения от бортовых источников непреднамеренных помех на электрические цепи испытываемого оборудования и делается общая оценка по обеспечению ЭМС оборудования ЛА. По результатам этой оценки судят о необходимости разработки дополнительных мероприятий по обеспечению ЭМС.
Пример.
Указанным способом была проведена оценка ЭМС бортовой радиостанции (7) метрового диапазона волн (118-137 МГц) с бортовой системой воздушных сигналов (СВС) (1), испытанной до установки на ЛА на восприимчивость к помехам проводимости на категорию W, которой соответствует максимально допустимый ток помех I доп., равный 43,5 дБмА. Контрольная линия I доп.(9) показана на фиг.2.
При проведении испытаний ЭМС в составе ЛА индукционный измерительный датчик тока (2) фирмы Fischer типа F-55 был установлен на бортовую электрическую цепь (5), подведенную к испытываемой системе (1) СВС от нагрузки (6) на расстоянии пяти сантиметров от входного разъема системы и подключен к анализатору спектра (4) фирмы Rohde& Schwarz типа FSH8. Затем радиостанцию (7) включили на излучение на ее рабочей частоте. На экране анализатора спектра (4) на заданной рабочей частоте зафиксировали измеренное напряжение помех и определили в соответствии с формулой 1 уровень наведенного тока помех в электрической цепи БО I пом., равный 35,5 дБ мА. Ток I пом. (10) показан на фиг.2. В соответствии с формулой (3) был определен коэффициент запаса ЭМС.
Так как наведенный ток меньше допустимого и при этом не наблюдаются нарушения работоспособности испытываемого оборудования, то делают вывод о том, что ЭМС системы воздушных сигналов и радиостанции на рабочей частоте обеспечивается с коэффициентом запаса ЭМС, равным 8 дБ.