用频系统电磁环境适应性响应等效测评关键技术规范

1T/ZASDIXXXXX—XXXX用频系统电磁环境适应性响应等效测评关键技术规范本技术规范规定了电子信息系统电磁环境适应性试验的试验对象、试验项目、程序要求、管理要求本技术规范适用于电子信息系统性能试验中的电磁环境适应性试验，相关试验可参照执行。2引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GJB151B-2013军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量GJB1143A-2017无线电频谱特性的测量GJB1389B-2022系统电磁环境效应要求3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1电磁环境在一定时空内，对电子信息系统工作性能产生较大影响的自然电磁环境和人为电磁环境的总和，包括雷达/通信等电子信息系统带内功能电磁环境、电子战干扰的威胁电磁环境、电磁兼容干扰的背景电磁环境等。3.1.1功能电磁环境电子信息系统正常工作所需要的电磁信号环境。3.1.2威胁电磁环境由敌方用频系统辐射产生的，可直接针对电子信息系统的干扰信号环境。3.1.3背景电磁环境所处区域内，除功能电磁环境、威胁电磁环境之外的由敌方或己方/友方用频系统辐射产生的电磁信号环境、民用电子设备辐射产生的电磁信号环境，以及杂波信号环境（如地杂波、海杂波、气象杂波）等。3.2电磁环境适应性T/ZASDIXXXXX—XXXX2电子信息系统在综合电磁环境（功能电磁环境、威胁电磁环境、背景电磁环境）下功能性能所能发挥有效作用的程度。3.3电磁环境适应性试验对电子信息系统在规定的电磁环境下功能性能所能发挥有效作用程度的检验。3.4响应等效电磁环境是一个随时间、空间、频谱、能量、调制、极化、码域等变化的参量。在电子信息系统电磁环境适应性试验时，电磁环境直接模拟构建难度大，但不论电磁环境如何复杂，最终都要施加于电子信息系统，在电子信息系统的天线端口出产生与外部电磁环境强相关的电磁响应，是一个随着时间、频率、能量变化的低维函数，结合已校核的电子信息系统天线模型，就可完成在内场从“主瓣到旁瓣、从带外带内、从远距到近距”的电磁环境等效映射，从而实现电磁场景的高效低耗降维等效重构。4试验对象试验对象为主要通过与外部电磁环境进行信息交互且性能指标对综合电磁环境敏感的系统，主要包括雷达、通信、导航、侦察等用频设备。5技术内容（根据各自内容）5.1试验类别5.1.1天线方向特性试验在暗室远场条件下，对用频系统天线的带内/带外典型频点下的天线方向图、增益、波瓣宽度、极化特性等参数进行测试。其中，带内频点需覆盖用频系统的工作频带，带外频点需根据用频系统及与其协同使用的电子信息系统，确定带外频点的选择范围。5.1.2抗干扰条件下接收频带选择特性试验目前大多数用频系统都有抗干扰信号处理算法，为了更好的评估用频系统在与其他电子信息系统协同使用时受到电磁干扰影响的程度，需开展本项试验。具体试验方法为，采用窄带瞄准干扰信号，干扰信号频率选择被试用频系统的带内工作频点，通过天线主瓣进行辐照试验，调节干扰信号输出功率，直至被试用频系统出现电磁敏感现象，记录此时的干扰信号输出功率；将干扰信号频率逐渐拉偏，重复上述试验，确保干扰信号频率覆盖被试用频系统典型带内/带外频带范围，绘制抗干扰条件下接收频带选择特性曲线。5.1.3基本性能试验测试功能电磁环境下被试用频系统的基本性能指标。5.1.4抗干扰性能试验主要包括抗单项干扰试验、抗组合干扰试验。其中，抗单项干扰试验主要包括抗压制干扰、欺骗干扰等，抗组合干扰试验应覆盖不同场景下的多要素、全要素组合干扰。可采取全数字仿真试验、内场半实物试验等多种方式，设置不同干扰样式、不同干扰强度、覆盖典型场景的抗干扰试验科目，全面摸清用频系统抗干扰性能底数。T/ZASDIXXXXX—XXXX35.1.5电磁环境效应试验主要是参照GJB151B、GJB1389B等标准，测试背景电磁环境下被试用频系统的性能指标变化程度。5.1.6综合电磁环境试验通过构建综合电磁环境环境（功能电磁环境、威胁电磁环境、背景电磁环境对被试用频系统在综合电磁环境下的性能边界进行一体化考核，完成性能摸边探底。5.2基本要求a)用频系统电磁环境适应性试验一般按照试验设计、试验准备与实施、试验评估、问题反馈与整改的程序组织开展。b)需要明确用频系统典型应用场景和电磁环境适应性总体要求，在试验大纲/试验实施方案中明确电磁环境构成要素和考核内容。c)坚持科学模型机理与数据概率统计结合的方法，有效识别和发现用频系统电磁环境敏感因素。d)可根据电磁环境对用频系统的影响特点，对有关试验科目进行裁剪，并在相关论证文件中对增加或减少的内容进行说明。对于在现有条件下无法完成的试验项目，应明确采用其它方法进行评估的要求。e)对有标准遵循的试验项目，应按照标准实施；对没有标准遵循的试验项目，应根据实际情况研究制定试验方法，经有关各方及领域专家评审后实施。f)重视对综合电磁环境下用频系统电磁环境适应性边界的考核。5.3试验设计a)用频系统使用需求分析：分解确定用频系统的用途和典型场景，筛选使用要求中与电磁环境适应性有关的项目。b)电磁环境分析：针对电磁空间用频系统的工作体制、技术参数、部署运用和技术发展，预测分析用频系统未来可能面临的电磁环境，包括功能电磁环境、威胁电磁环境、背景电磁环境3类，以及由上组成的组合电磁环境。应描述电磁环境场景，并量化描述环境参数，包括环境电平、频谱覆盖范围、信号样式、信号功率、脉冲密度、信号组成等。c)试验项目设计：依据典型性、充分性等原则，综合考虑指标要求、试验能力水平、试验保障条件、试验进度要求、成本和风险，并统筹电磁环境适应性试验摸边探底要求、及与其它试验项目的协调要求，按照有关国军标要求开展试验项目设计。手段包括外场试验和内场试验两种。d)试验因素及样本数量设计：综合考虑各类使用场景下的主客观敏感因素及因素组合、量值水平，采用序贯、正交及响应面等试验设计方法，确定试验因素及样本数量。e)提出试验条件保障要求：按照相关性原则，对预测的电磁环境进行剪裁，提出电磁环境的等效构建要求，进行试验布局、干扰信号设计。5.4试验实施a)电磁环境构建。选取电磁环境构建准备，构建规定的电磁环境，并对电磁环境进行监测。可按试验需要，由简单到复杂环境逐步进行构建。可根据用频系统天线端口对外部电磁环境的响应特性，基于试验5.1.1和试验5.1.2测试结果，从空间映射和频带映射两方面进行电磁环境的等效构建。具体见附录A。b)开展环境适应性试验。采取内场仿真、半实物仿真、内场试验、外场试验及以上方式组合的形式，进行电磁环境适应性试验，对电磁环境数据、参试系统功能性能数据进行采集、处理。T/ZASDIXXXXX—XXXX4一般按照有关国军标规定的试验方法开展；若试验科目无相关国军标，应编制试验方案，并组织领域专家审查。c)试验数据采集。采取多种手段采集、获取不同电磁环境下的用频系统试验数据，确保用频系统电磁环境适应性问题可追溯，并为相关问题分析评估和用频系统改进提升提供数据支撑。5.5试验评估5.5.1评估目的a)摸清用频系统电磁环境适应性底数和使用边界；b)回答用频系统在想定场景下的工作完成情况；c)提出改进意见建议和作战运用参考。5.5.2评估流程a)拟制评估方案。依据相关文件拟制用频系统电磁环境适应性评估实施方案，明确评估目的、依据、内容、时间、方法与要求等。可纳入试验大纲或试验实施方案；b)制定评估准则。按照使用需求、用频系统特点，遵循GJB151B、GJB1389B、GJB8848和其他有关标准的规定，提出电磁环境适应性试验评估准则，确定用频系统在电磁环境条件下指标及可接受阈值。c)获取评估数据。由试验单位采集所需要的数据；d)组织评估。依据用频系统电磁环境适应性评估要求选取恰当的评估方法，对被试用频系统在单/多电磁环境因素条件下功能性能指标进行评估；综合单电磁环境因素、多电磁环境因素条件下电磁环境适应性边界的评估结果，给出用频系统电磁环境适应性结论；e)提出意见建议。提出用频系统电磁环境适应性等方面的改进建议；结合用频系统优长和短板缺陷，提出使用参考。5.5.3评估方法根据型号研制总体要求，或者典型想定电磁环境，在用频系统电磁环境适应性边界测试结果的基础上，从用频系统本体出发，利用电磁环境与端口响应的互易性以及等效映射模型，通过空间映射、频带映射，建立电磁环境适应性量化评估模型，分析被试用频系统在电磁环境下所有任务剖面的响应状态，综合所有任务剖面下被试用频系统响应结果，评估被试用频系统的电磁环境适应性。T/ZASDIXXXXX—XXXX5（规范性）基于天线端口响应的电磁环境等效构建方法电子信息系统面临的电磁环境组成极为复杂，具有时频跳变、空域尺度大、能量极强、频谱覆盖范围广、信号种类多的特点。除与功能相关的电磁环境外还包括各类背景电磁环境和威胁电磁环境。电磁环境是一个随时间、空间、工作状态改变而在频率、幅度和相位上连续变化的物理场。由于受仪器和试验水平的限制，目前大多数电磁环境构建方法基本上都是处理静态情况，只能反映某一时刻或某一阶段的电磁环境特征，且大多需要堆积模拟器、功率放大器等设备。测试组织和实现的成本很高，电子信息系统面临的实际电磁场景很难在物理层面堆砌模拟器实现，要模拟如此动态多变的电磁环境比较困难。通过研究发现电子信息系统端口响应与电磁环境具有强相关性，以端口响应为桥梁可以建立实际电磁环境与构建环境之间的等效关联。因此本章重点研究基于端口响应等效的电磁环境等效构建方法，据被试电子信息系统天线端口对各类电磁信号的响应特性，在试验场地内，利用有限的通用电磁信号激励装置，构建出包含有用辐射信号、电子对抗干扰信号、外部射频信号以及本平台电磁信号的复杂电磁环境，使用有限数量集中管控的信号激励源替代分布式、种类繁多的电磁信号辐射电子信息系统、模拟器实物。A.1电磁环境等效构建思路任意天线在空间点处的辐射场可表示为其中表示相位的变化情况。辐射场)与辐射方向(θ,φ)相关，θ和φ分别表示球坐标中的俯仰角和方位角。接收，根据天线互易定理，根据空间内射频辐射源的远场G(接收，根据天线互易定理，根据空间内射频辐射源的远场G()数据，可求解得到在外部电磁信号激励互易定理描述了空间中电场E和磁场H，和电流J互易定理描述了空间中电场E和磁场H，和电流J和磁流M之间的关系。假设存在电流源和磁关系：(A.2)-感应电流，其中天线端口阻抗为Zant，端口导纳为Yant，ZL、YL为天线的负载阻抗和导纳，Vopen、Ishort。源和电流源，Vr、Ir为负载上的感应电压、电流，根据互易定理，可由辐射源方向T/ZASDIXXXXX—XXXX6图A.1天线等效电路图假设接收天线位于坐标原点，在空间某点处，有一长度为l的偶极子天线，方向沿，其激励电inc流的幅度为I0，偶极子天线在远场范围内产生幅度为EincE，因此有(A.3)(A.3)这样(A.4)(A.4)假设接收天线端口产生的等效电压源为Vopen，根据互易定理，对接收天线端口施加相同强度的电流源激励I0，则在处的偶极子天线端口应产生相同的等效开路假设接收天线端口产生的等效电压源为Vopen，根据互易定理，对接收天线端口施加相同强度的电电压可由沿线的电场积分得到励的公式，辐射方向图G()与激励I0成正比，可表示为E励的公式，辐射方向图G()与激励I0成正比，可表示为Einc(θ,φ,Ψ)，其中(θ,φ,Ψ)分别表示电磁波的入射方向和极化角度，Ψ表示线极化角度，其定义为电场方向与θ方向单位向量θ的夹角，如图A.2所示。在球坐标中，电场幅度为Em、极化角度为Ψ的线极化入射电磁波可分解为θ分量和φ分量。图A.2天线辐射方向图7T/ZASDIXXXXX—XXXX入射场与对应方向的辐射方向图,φ)点乘，传播常数k=2π/λ,式（A.5）可表示为不同入射条件的电磁波,φ,入射场与对应方向的辐射方向图,φ)点乘，传播常数k=2π/λ,式（A.5）可表示为mcosθ+EmsinΨ.φ基于天线互易定理的分析，天线端口响应与电磁环境具有强相关性，因此本章重点开展基于天线端口响应的电磁环境等效构建方法研究，研究思路如图A.3所示。深入研究电磁环境、辐射天线、被试天线之间相互作用规律的数学表达，分析电磁环境作用于电子信息系统天线端口的耦合响应，形成电磁环境动态变化模型、电磁环境/接收天线耦合模型、电磁环境/接收天线响应等效模型、电磁环境响应等效构建模型等相关表征模型，并采用逐级试验测试方法对上述模型进行校核。图A.3电磁环境等效构建研究思路A.2电磁环境/接收天线耦合模型假设自由空间中存在一个辐射源，如图A.4所示，辐射源与接收天线之间极化匹配，工作在接收天线频带内，间距为R，辐射源方位角和接收天线方位角分别为(θ,φ)和(θ,,φ,)，两天线增益分别为GT(θ,φ)和GR(θ,,φ,)，若辐射源发射功率为Pt，则根据费里斯(Friis)传输公式，接收天线的接收功率Pr为：T/ZASDIXXXXX—XXXX8图A.4费里斯(Friis)传输公式示意图因此，假设自由空间中有N(n=1,2,3...,N)个辐射源，则接收天线的接收功率可表示为：其中，Ptn是第n个辐射源的辐射功率，GTn(θ,φ)是第n个辐射源的发射增益，GRn(θ,,φ,)是天线接收到第n个辐射源时的接收增益，λ是与辐射源频率相关的第n个辐射源对应的波长，Rn是第n个辐射源与接收天线之间的距离。A.3电磁环境/接收天线响应等效模型在A.2节介绍了自由空间中，辐射源及接收天线在理想工作状态（即极化匹配、工作在接收天线频带内接收天线与电磁环境的耦合表征模型，但实际情况下，接收天线接收的电磁信号即可能是频带内信号，也可能是频带外信号，同时由于辐射源的动态变化，导致辐射源与接收天线的距离也会随之改变，并导致辐射源与接收天线之间的极化失配，为了便于电磁环境在内场的降维等效构建，本节重点开展电磁环境与接收天线响应等效表征建模方法研究，主要包括空间映射、频带映射以及极化映射三方面。A.3.1空间映射因子以雷达为例，在雷达工作期间，功能信号主要通过雷达天线主瓣进行接收，但是空间中的背景信号和干扰信号，既可以通过主瓣接收，也可以通过旁瓣接收，并且空间中的辐射源与雷达的距离是动态变化的。为了在内场模拟电磁环境在不同来波方向、不同距离下的天线耦合效应，通过A.2节的研究，发现接收天线的耦合效应与主瓣/旁瓣增益、接收天线与辐射源的距离是相关的，如式（A.12）所示因此本节采用空间映射因子Ω1对不同来波方向、不同距离下接收天线耦合响应程度进行表征。式（A.13）中，GR(θ,,φ,)为接收天线的旁瓣增益，GR(θm,φm)为接收天线的主瓣增益，r1,r2分9别为辐射源与接收天线的空间距离。A.3.2频带映射因子接收天线会接收其工作频率范围的电磁信号，对工作频带外的信号接收增益很低，其本质相当于空间滤波器，如图A.5所示。外部射频电磁环境信号被天线接收到后，后端电路同样具有频率选择性，同时电磁环境信号最终也是通过作用于后端电路对设备的工作性能产生影响，因此本节综合考虑天线及后端电路的频率选择特性，通过对接收机开展频率选择特性测试或者仿真，形成接收机的带内带外接收敏感曲线，如图A.6所示，通过频带映射将可以将带外环境信号映射到接收机带内，降低了带外环境信号构建难度，并且可以根据带内环境信号的试验结果，对带外环境场景进行等效推演。图A.5天线频带选