Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Воскобович Владимир Викторович. Методы обеспечения стойкости перспективных систем радиорелейной, тропосферной и спутниковой связи к воздействию мощных импульсных электромагнитных помех : диссертация ... кандидата технических наук : 05.12.13.- Москва, 2002.- 175 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/1176-9


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

Стр.

С писок сокращений 3

* ВВЕДЕНИЕ 4

  1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ 11

  2. АНАЛИЗ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ, ТРОПОСФЕРНЫХ И СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ КАК ОБЪЕКТОВ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЮ ЭМИ ЯВ 25

2.1. Характеристики параметров электромагнитных излучений ядерных
взрывов 25

2.2. Физические основы воздействия ЭМИ на радиоэлектронные системы 37
2.2.1. Краткая характеристика процессов, вызываемых ЭМИ в радиоэлект
ронных системах 37

л 2.2.2. Критерии стойкости радиоэлектронных систем к воздействию ЭМИ 40

2.2.3. Комплекс параметров систем связи, определяющих их стойкость к

воздействию ЭМИ 42

2.3. Характеристики современных станций радиорелейной, тропосфер
ной и спутниковой связи 42

  1. Возможная ЭМИ-обстановка для РРС, ТРС, ССС. Требования к ним по стойкости к воздействию ЭМИ ЯВ с параметрами, рекомендованными МЭК 42

  2. Особенности построения наземных подвижных станций радиорелейной, тропосферной и спутниковой связи 43

  3. Частотные диапазоны и антенно-фидерные устройства станций 50

  4. Кабельные и проводные соединения станций. 52

  5. Кузова автомашин 53

  6. Основные механизмы влияния ЭМИ на аппаратуру наземных подвижных РРС, ТРС, ССС 54

* 2.4. Выводы по разделу 57

3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ
ЭМИ ЯВ НА СОВРЕМЕННЫЕ НАЗЕМНЫЕ СТАНЦИИ РАДИОРЕ
ЛЕЙНОЙ, ТРОПОСФЕРНОЙ И СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ 58

3.1. Методы расчета воздействия ЭМИ на антенны наземных РРС, ТРС,

ССС 58

  1. Оценка проникновения ЭМИ через апертурные антенны УВЧ, СВЧ-диапазонов 58

  2. Воздействие ЭМИ на проводные антенны 62

  3. Сопоставление результатов, полученных приближенными аналитическими и численными методами, расчетных и экспериментальных

* данных по наводкам в исследуемых антеннах 69

3.2. Методы расчета токов и напряжений, наводимых ЭМИ в кабельных
линиях наземных подвижных РРС, ТРС, ССС 74

  1. Модель расчета влияния ЭМИ на кабельные линии 74

  2. Численное интегрирование неоднородных телеграфных уравнений методом функции Грина 76

3.2.3. Приближенные аналитические методы расчета токов и напряжений,
наводимых ЭМИ в кабельных линиях 78

3.2.4. Сопоставление результатов, полученных приближенными аналити-
й ческими и численными методами, расчетных и экспериментальных

данных по наводкам в исследуемых кабельных линиях 92

3.3. Методы расчета импульсных электромагнитных полей, проникающих
внутрь экранов, и их воздействие на внутренние соединения 98

  1. Диффузия ЭМИ через стенки экранов 101

  2. Проникновение электромагнитных полей через отверстия 103

  3. Поля, заносимые через кабельные вводы 108

  4. Концепция среднего поля в экране с отверстиями и вводами кабелейі 10

  5. Влияние проникших в кузова полей на внутрикузовные соединения 111

  6. Сопоставление точных и приближенных результатов, теоретических и экспериментальных данных по экранированию импульсных электромагнитных полей 116

* 3.4. Методы расчета переходных процессов во входных устройствах,

сопряженных с кабельными линиями 119.

3.5. Выводы по разделу 125

4. РАЗРАБОТКА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ОСНОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

СТОЙКОСТИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СТАНЦИЙ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ,
ТРОПОСФЕРНОЙ И СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ К ВОЗДЕЙСТВИЮ
ЭМИ ЯВ С ПАРАМЕТРАМИ, РЕКОМЕНДОВАННЫМИ МЭК 128

4.1. Обобщенные данные по ожидаемым уровням воздействия ЭМИ на
исследуемые станции 128

  1. Максимальная энергия ЭМИ ВЯВ, проникающая через апертурные антенны станций 128

  2. Наводки во вспомогательных штыревых антеннах 129

  3. Токи и напряжения, наводимые ЭМИ в кабелях сопряжения 130

  4. Наводки в межкузовных кабелях 131

4.1.5. Ослабление ЭМИ кузовами автомашин. Наводки во внутрикузов-

ных соединениях 133

4.2. Разработка методов защиты современных наземных РРС, ТРС, ССС
от воздействия ЭМИ ЯВ 135

  1. Выбор оптимального варианта построения структурнотфункциональ-ной схемы станции 135

  2. Конструкционные методы защиты станций от воздействия ЭМИ 137

  3. Схемотехнические методы защиты 139

  4. Распределение мер защиты по различным цепям станций 141

  1. Требования к устройствам защиты от воздействия ЭМИЯВ 144

  2. Некоторые вопросы взаимодействия различных групп разработчиков

5 в процессе проектирования станций, стойких к воздействию ЭМИ.... 160

4.5. Выводы по разделу 162

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 165

ЛИТЕРАТУРА 171

Список сокращений АФУ - антенно-фидерное устройство БС - большой сигнал ВЯВ - высотный ядерный взрыв МГД - магнитогидродинамический эффект МС - малый сигнал МШУ - малошумящий усилитель МЭК - Международная Электротехническая Комиссия НТУ - неоднородное телеграфное уравнение НЯВ - наземный ядерный взрыв ОПФ - обратное преобразование Фурье ППК (ППУ) - приемо-передающий комплекс (устройство) РРЛ ПВ - радиорелейная линия прямой видимости РРС - радиорелейная станция

РЧ ЭМИ - радиочастотный электромагнитное излучение
РЭА - радиоэлектронная аппаратура
РЭС - радиоэлектронная система
СДУ - селективно-дуплексирующее устройство
ССС - спутниковая система связи
ф ТКС - телекоммуникационная система

ТРС - тропосферная радиорелейная станция

ТЧ - тональная частота

УЗ - устройство защиты

ЭМИ - электромагнитный импульс



Введение диссертации:

Опыт разработки и эксплуатации современных систем телекоммуника-

ций показывает, что одной из наиболее сложных проблем при их создании
является обеспечение устойчивой работы в условиях воздействия МОЩНЫХ
электромагнитных помех (излучений) естественного и искусственного про
исхождения. В отличие от радиопомех и шумов воздействие мощных элек
тромагнитных излучений на системы телекоммуникаций может вызывать на
рушение их функционирования в результате наведения во внешних и внут
ренних цепях больших значений импульсных напряжений и токов.
* Основными источниками мощных электромагнитных излучений есте-

ственного и искусственного происхождения являются: грозовые разряды; мощные радиопередающие средства и радиолокационные станции; высоковольтные линии электропередачи; контактная сеть железных дорог и т.д. Наиболее мощными искусственными преднамеренными излучениями, с точки зрения поражающего действия, являются электромагнитные излучения (ЭМИ) ядерных взрывов [1-7].

Качественное переоснащение отечественных систем связи современной
компьютерной техникой, повышение требований по стойкости к действию
различных электромагнитных полей радиоэлектронной аппаратуры (РЭА)
приводит к тому, что в современных условиях проблема воздействия элек
тромагнитных импульсов (ЭМИ) на системы и средства связи и управления
становится одной из ключевых. Особенно актуально на настоящий момент
стоит вопрос о защите средств связи от воздействия ЭМИ высотного ЯВ, при
котором наблюдаются высокие уровни воздействующих электромагнитных
полей (десятки-сотни киловольт на метр и сотни ампер на метр) на удалениях
от центра взрыва, достигающих сотен и даже тысяч километров. Сегодня
ЭМИ является практически единственным поражающим фактором, способ-

ным выводить из строя современные системы связи и управления на очень больших расстояниях.

Проблеме исследования воздействия ЭМИ на радиоэлектронные системы и разработке мер по их защите посвящены работы целого ряда известных ученых: Б.В. Замышляева, Н.В. Балюка, А.А.Любомудрова, А.К. Михайлова, Л.О. Мыровой, В.А. Сикарева, Э.Н. Фоминича, А.З. Чепиженко, В.М. Кондратьева, А.А. Шведова и других. В их работах получены основополагающие результаты в области исследования поражающего действия ЭМИ на радиоэлектронные системы: разработаны методы расчета, алгоритмы, программы и нормативные документы по оценке воздействия обычных ЭМИ на радиоэлектронные системы и выбору средств защиты.

В связи с постоянным совершенствованием ядерных боеприпасов меняются и параметры воздействующих факторов, что приводит к необходимости проводить уточнение математических моделей, методов расчета воздействия ЭМИ на радиоэлектронные системы, в том числе и на системы телекоммуникаций, а также совершенствование методов обеспечения стойкости.

В последние годы развернулись исследования по созданию ядерного оружия третьего поколения с повышенным выходом электромагнитных излучений. Поэтому параметры ЭМИ в течение 80-90-х годов неоднократно видоизменялись, и в настоящее время они существенно отличаются в сторону ужесточения от ранее стандартизованных.

В течение долгого времени эта проблема оставалась закрытой, однако, учитывая возможности возникновения локальных вооруженных конфликтов с ограниченным применением ядерного оружия Международная Электротехническая Комиссия (МЭК) выступила с инициативой по разработке требований к защите важных для каждой страны систем связи, информационных сетей и линий электропередач, обеспечивающих безопасное функционирование промышленности и управления страной. В настоящее время разработан комплекс стандартов МЭК 61000 IEC, в котором определены параметры электромагнитных полей высотного ядерного взрыва (ЭМИ ВЯВ), приведены рекомендации по защите электротехнических систем, рассмотрены методы и средства защиты [8-11,39]. Необходимо отметить, что параметры полей

ЭМИ ЯВ, заданные МЭК, существенно отличаются от параметров, задаваемых предыдущими источниками. Например, ЭМИ высотного ЯВ имеет следующие параметры: Е - 50 кВ/м, t$- 2.5 не, tM- 23нс на уровне 0.5.

В связи с этим проблема исследования поражающего действия ЭМИ ВЯВ и разработка рекомендаций по защите приобрели новую остроту и актуальность. Это обстоятельство, а также то, что исследования воздействия ЭМИ на системы телекоммуникаций с учетом рекомендаций МЭК до настоящего времени практически не проводились или носят разрозненный характер, и привело к необходимости разработки, уточнения и усовершенствования расчетных моделей и методов оценки показателей стойкости телекоммуникационных систем.

Актуальность этих исследований определяется:

необходимостью создания и совершенствования телекоммуникационных систем, соответствующих рекомендациям МЭК по стойкости к ЭМИ ВЯВ;

слабой теоретической и экспериментальной изученностью воздействия электромагнитных полей с параметрами, рекомендуемыми МЭК, на телекоммуникационные системы;

необходимостью разработки и уточнения расчетных методов оценки стойкости телекоммуникационных систем в целом и их составных элементов к воздействию ЭМИ;

отсутствием в достаточном объеме технических средств защиты телекоммуникационных систем от действия ЭМИ ВЯВ и данных по эффективности применения существующих средств защиты.

Целью работы является исследование и разработка эффективных методов оценки стойкости современных и перспективных наземных станций радиорелейной, тропосферной и спутниковой связи к воздействию мощных электромагнитных импульсов ядерных взрывов и разработка рекомендаций по повышению защищенности систем телекоммуникаций, отвечающих современным требованиям по стойкости к воздействию ЭМИ ЯВ.

7 Научная новизна работы заключается:

- в исследовании поражающего действия ЭМИ с параметрами, заданными
* МЭК, на телекоммуникационные системы;

в уточнении и развитии модели воздействия ЭМИ на апертурные антенны УВЧ, СВЧ-диапазонов и разработке на этой основе вероятностной методики оценки проникновения ЭМИ через апертурные антенны;

в развитии физической модели воздействия ЭМИ на проводные антенны, позволяющей рассчитывать наводки в электрически длинных антеннах, с учетом волнового характера формирования наведенного тока;

в разработке численного метода интегрирования обобщенных телеграфных уравнений при расчете наводок в кабельных линиях;

- в разработке приближенных аналитических методов: расчета влияния
ЭМИ на антенны, воздействия на кабельные линии, проникновения ЭМИ
в кузова автомашин, влияния проникших полей на внутрикузовные со
единения и создании на этой основе инженерных методик для экспресс-
оценки воздействия;

- в разработке общих принципов и ряда конкретных технических решений
по проектированию защиты наземных подвижных станций радиорелейной
тропосферной и спутниковой связи от воздействия ЭМИ ВЯВ с парамет
ру рами, определенными МЭК.

Практическая значимость работы заключается:

в разработке методики оценки стойкости современных наземных станций радиорелейной, тропосферной и спутниковой связи к воздействию ЭМИ ЯВ с параметрами, рекомендованными МЭК, позволяющей комплексно учитывать влияние ЭМИ на антенны, кабели, кузова и внутрикузовные цепи станций;

в разработке инженерных методик оценки влияния ЭМИ на элементы и

станции в целом, доведенных до конкретных расчетных алгоритмов, существенно (на два порядка) сокращающих объемы вычислительных работ при проведении оценки стойкости станций к воздействию ЭМИ ЯВ;

8 - в обосновании требований и конкретных рекомендаций, реализованных в

технических решениях, по повышению защищенности существующих и

перспективных радиорелейных, тропосферных, спутниковых станций от

действия ЭМИ ЯВ.

Реализация результатов работы. Основные теоретические положения и результаты исследований приведены в диссертации, опубликованы в виде научных статей и докладов на научно-технических конференциях; реализованы при разработке мероприятий по защите от ЭМИ ЯВ технических средств ряда телекоммуникационных систем, а также при разработке технических заданий на создание средств связи специального назначения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 6-ой Российской научно-технической конференции "Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов" (Санкт-Петербург, 2001 г.); на научно-технической конференции "Электромагнитная совместимость" (Санкт-Петербург, 2002 г); на международном симпозиуме "Надежность и качество -2002" (Пенза, ПГТУ, 2002 г); на международном симпозиуме "Инновационные технологии в проектировании" (Пенза, ПГТУ, 2002 г), а также обсуждены и одобрены на научно-техническом совете МНИРТИ.

Публикация. Результаты работы опубликованы в 10 научных трудах [13 - 16,20,31,32,36,37,78], в том числе в ряде тематических научно-технических журналов.

Диссертация состоит из четырех глав и заключения. В первой главе рассмотрено современное состояние и перспективы развития проблемы обеспечения стойкости систем телекоммуникаций к воздействию ЭМИ с параметрами, рекомендованными МЭК. Особое внимание уделено анализу существующих точных и приближенных методов оценки стойкости телекоммуникационных систем к воздействию ЭМИ ЯВ и показаны основные направления развития этих методов с учетом современных требований МЭК.

Во второй главе изложены сведения по параметрам ЭМИ ЯВ, рекомендованным МЭК, проанализированы формы и спектральные характеристики ЭМИ. Рассмотрены физические основы взаимодействия ЭМИ и РЭС: основные пути проникновения ЭМИ в аппаратуру, характеристика процессов в радиоэлектронных системах при взаимодействии ЭМИ, что позволило очертить комплекс параметров и характеристик систем, определяющих их стойкость к воздействию ЭМИ. Исходя из этого, проанализированы системы РРС, ТРС, ССС как объекты подверженные воздействию ЭМИ. Рассмотрена возможная для них ЭМИ - обстановка, требования к ним по стойкости. Проанализировано построение систем, входящих в их состав антенн, кабельных соединений, экранов. Частотные диапазоны работы систем сопоставлены со спектральными характеристиками ЭМИ. Введено понятие о частотной иерархии аппаратуры систем и иерархии соединительных линий. Исходя из проведенного анализа, определены основные механизмы влияния ЭМИ на системы телекоммуникаций в целом и пути проникновения электромагнитной энергии (наводимых токов и / или напряжений) в их аппаратуру.

Третья глава посвящена разработке методов оценки влияния ЭМИ с параметрами, рекомендованными МЭК, на системы телекоммуникаций и основные их элементы. Рассмотрены методы теоретической оценки воздействия ЭМИ на антенны, соединительные кабельные линии, проникновение ЭМИ в экранирующие конструкции и влияние на внутренние соединения, а также методы расчета переходных процессов во входных устройствах. Рассмотренные и предложенные методы расчета включают как методы, основанные на достаточно строгих электродинамических моделях, так и приближенные аналитические методы. Проводится сопоставление результатов, полученных теми или другими методами, а также данных, полученных теоретическим и экспериментальным путем. Исходя из проведенных сопоставлений, сделаны выводы о правомерности использования в пределах применимости приближенных аналитических, то есть инженерно - ориентированных, методов оценки влияния ЭМИ на телекоммуникационные системы.

*

В четвертой главе работы изложены методы обеспечения стойкости радиорелейных, тропосферных и спутниковых систем связи, стойких к воздействию ЭМИ. Приведены обобщенные данные по уровню наводок в различных соединительных линиях, антеннах, уровню полей в экранирующих конструкциях. Рассмотрены различные методы защиты аппаратуры от воздействий ЭМИ: конструктивные, структурно-функциональные, схемотехнические. Исходя из обобщенных данных по уровню наводок в различных цепях выведено оптимальное распределение мер защиты по этим цепям. Рассмотрены также организационные вопросы, связанные с обеспечением взаимодействия комплексных подразделений, разработчиков отдельных подсистем ТКС и специалистов в области ЭМИ с целью обеспечения требуемого уровня стойкости в целом. Проанализировано оптимальное распределение усилий между этими группами специалистов на различных этапах проектирования. Изложены основные принципы построения радиорелейных, тропосферных и спутниковых систем связи, стойких к воздействию ЭМИ с параметрами, рекомендованными МЭК.

В заключении обобщены результаты выполненных исследований, сформулированы выводы и рекомендации по работе в целом.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций