摘要：车载指挥信息是个多系统、多要素的综合集成体，战场上面临电磁特征暴露、强电磁干扰损伤和电磁信息泄露等多种形式电磁安全问题。本文在分析电磁安全研究与应用存在的问题基础上，选取典型方舱结构及其电源、通信与控制设备，核电磁脉冲、雷电和高功率微波三种典型强电磁脉冲环境和典型线缆感应与信息泄露途径开展研究，综合采用综合屏蔽、组合滤波的方式，完成整车的电磁防护设计与样件加工，采用关键器件试验测试、整体数值仿真与测试的方法对防护性能进行了评估。试验与仿真结果表明，该方法防护效果良好，可供相关方舱设计参考与使用，具有很强的军事实际意义。 

关键词：指挥信息系统；电磁安全；防护；屏蔽效能

0 引言 

       从近几年几场局部战争和冲突来看，双方在电磁领域开展了针锋相对的战斗，参战各方高度重视信息化战争下的制电磁权，车载指挥信息系统的战场安全关系着部队指挥链完整和部队作战任务顺利完成。由于车载指挥信息系统电磁特征显著，面临各类侦察监视卫星、 察打一体无人机、电磁脉冲炸弹及自然强电磁环境威胁，其战场生存与安全问题需要引起高度重视。随着系统集成高度发展，车载指挥信息系统成为一个包含了通信枢纽、会议室、作战室、指挥中心等多系统、多要素的综合集成体。由于系统功能复杂、大量电子信息设备集成、面临多种形式电磁安全风险：（1）自身的电磁暴露征候，被敌方侦察设备发现；（2） 涉密电磁信息泄露，指挥所的关键信息被敌方监听获取；（3）敌方大功率干扰机、电磁脉冲炸弹、高功率微波武器系统，我方雷达、电子对抗装备以及雷电等自然电磁环境导致的装备功能失效、物理损伤等。因此，针对上述设备 进行电磁安全防护具有重要的军事意义。本文在分析指挥方舱结构及其内部主要设备在强电磁脉冲作用下损伤机理和电磁信息泄露途径的基础上，根据国军标要求，研究方舱强电磁环境电磁防护和信息安全方案。

1 车载指挥信息系统面临的电磁安全问题

1.1 车载指挥信息系统电磁安全风险

1.1.1 电磁特征暴露问题 

       和地面固定指挥所相似，车载指挥信息系统结构组成复杂，是满足作战要求的指挥和会议系统、通信系统、电力系统、机电控制一体化的综合集成。整个系统具有空间小、设备组成复杂、天线数量多、线缆敷设密集等特点， 系统内大量电磁特征显著的电子电气设备，这些设备产生的电磁发射信号在通过天线之间耦合及内部导线、共用电源、共用地回路之间耦合等途径相互干扰的同时，也导致电磁能量向外辐射的问题。这些电磁辐射构成了车载指挥信息系统显著的电磁特征，极容易被电子侦察卫星、无人机电子侦察吊舱等识别跟踪，是重要的战场暴露征候，易引发重大的威胁。 

1.1.2 战场强电磁干扰毁伤问题

       战场强电磁环境主要包括雷电等自然电磁环境、民用电磁环境、己方自扰互扰电磁环境、 敌方电磁干扰攻击环境等。强电磁环境的主要特征是脉冲上升时间短、幅度大、瞬时峰值功率高、频谱覆盖宽，能在很宽的频率范围内对以“场-场耦合”和“场-线耦合”的方式对指挥车造成干扰和损毁。强电磁能量会通过前门（天 馈端口）和后门（电缆、电源线、方舱孔洞和缝隙等）两种方式耦合进入到各个电子信息系统内部，对电子信息网络、射频、通信导航、 传输链路和存储等系统产生影响和破坏，对车载指挥信息系统影响巨大。

1.1.3 电磁信息安全问题 

       电磁安全问题主要指由电磁信息泄漏所带来的安全隐患：主要分为基于软件木马的电磁信息泄漏、基于硬件木马的电磁信息泄漏与无木马配合的电磁信息泄漏。从当前公开的文件来看，以美国国家安全局、中央情报局为代表的西方国家安全及情报机构拥有先进网络技术（Advenced Network Technology，ANT）、Vault7 等全套的涵盖电磁手段的网络攻击工具，具有强大的信息收集和分析能力，可以绕过传统渠道和主要防护措施，通过未设防或难以设防的部位深入目标网络或信息系统内部。最新资料表明，美军将利用“网络子弹”入侵无线网络， 美MQ-1C“灰鹰”无人机上的干扰吊舱可以对地面所有的评估点进行扫描，利用高性能的电磁信号接收装备，对红信号特征标量进行判别及泄漏还原，从而获得敏感信息，进而识别该区域内的重点目标和网络薄弱环节。

1.2 研究与工程应用存在的问题 

       车载指挥信息系统的电磁安全包含电磁兼容、防信息泄漏和防电磁干扰与毁伤三个方面。当前车载指挥信息系统的电磁安全需求论证、 方案研究和工程解决分散在不同的部门和机构：从需求上说，电磁兼容通常在装备部门考虑， 信息安全归保密和机要部门考虑，电磁干扰与毁伤在作战（电子对抗）部门考虑；从解决方案上讲，电磁兼容在各个配套设备层面解决；信息安全在使用环境由使用单位解决；强电磁环境防护设计更是分散在器件、设备配套部门解决。因此，当前车载指挥信息系统电磁安全存在诸多盲区和空隙带。综上所述，在高强度战场电磁环境和长期作战机动或者待机条件下， 车载指挥信息系统作为前线指挥中枢，是召开各种作战会议、下达指挥指令等重要场所，现有的防护手段显著不足，无法满足电磁防护和信息安全保护的要求。

2 车载指挥信息系统电磁安全与防护解决方案

       本文从车载指挥信息系统整体电磁防护出发，按照“理论分析、仿真计算、需求确认、设 计试验、评估优化”的指导思路，选取典型方舱结构与设备、典型强电磁脉冲环境、典型电磁信息泄露途径开展研究，一体化设计、分项分 步验证、综合性评估，完成整个指挥车的电磁防护设计。 

2.1 典型电磁作用下车载指挥信息系统内外部环境

       以作战演练及其战场环境分析为依据，参照国军标及美军标，选择核电磁脉冲、雷电电磁脉冲、高功率微波作为车载指挥信息系统防护的典型电磁环境。其中主要指标有： 

2.1.1 核电磁脉冲 

       GJB151B中RS105规定的试验波形：波形上升时间（允许误差为 10%～ 90%）；半峰值脉冲宽度：；持续时 间：t=200ns；电场峰值强度为。核电磁脉冲波形如图 1（a）所示。 

2.1.2 雷电电磁脉冲

       GJB8848 规定的雷电试验波形电流分量A：峰值；上升时间：6.4μs（允许误差为10%～90%），半峰值脉冲宽度：25.6μs；在总的持续时间不超过 t<500us的时间内，作用积分。雷电电磁脉冲波形如图 1（b）所示。

2.1.3 高功率微波 

       表1给出了当前主要类型的高功率微波武器的性能参数，本文研究中参数取峰：频率从100MHz到3GHz，峰值功率为3GW，脉冲宽度5ns-1us，天线的实际面积为 ， 天线的辐射效率为50％。 

2.2 电磁安全与防护综合解决方案 

2.2.1 舱体强电磁脉冲与电磁安全防护总体设 计

       根据理论分析与数值仿真研究确定的系统外部和内部的电磁环境，对现有电磁防护与信息安全设计进行优化：（1）舱体结构设计时选用导磁系数高的材料，选用屏蔽材料对舱体表面/蒙皮进行处理，以吸收或反射空间电磁波， 如坡莫合金，硅钢片、夹心吸波蜂窝板等，且不要太薄，屏蔽要求较高时，还可以采用多层屏蔽；（2）车体结构设计时，接缝要尽量少且连接紧密，尽量减少气隙；（3）舱体的等电位连接/搭接设计，避免电位差引起舱体表面电流造成舱内的电磁干扰，达到防护强电磁脉冲干扰目的；（4）方舱结构的金属框架/网络良好接地，避免由电磁感应而降低舱体的屏蔽性能， 将耦合的电流有效泄放到大地。

2.2.2 孔缝、通风口、门窗电磁屏蔽设计

       理论上磁导系数较高的金属外壳可以实现较好的整车电磁屏蔽，但在实践中，总有一些孔缝、进出线口、通风换气口、出入门等结构， 使得电磁场漏进屏蔽舱体内或者泄出屏蔽舱体外。在处理孔缝结构时，需采用焊接或铆接的方式对舱体孔缝和开孔进行处理以消除缝隙中的不连续点，最大限度地阻止电磁波进入舱体内部。门窗、通气孔、空调管路等结构的内边缘四周安装导电衬垫或屏蔽胶条，实现整体的电连续性，必要时内焊接金属蜂窝波导窗，有效隔离强电磁辐射，并保证正常通风。 

2.2.3 内部设备的强电磁脉冲防护设计 

       根据仿真计算和试验测试研究确定的内部设备互连电缆上的感应等级，对系统内部设备进行电磁防护设计：舱内部的设备互连电缆选用屏蔽电缆，并且在设备接口安装综合防护抑制产品；在线缆进口设置镀锌材质的转接板， 舱体表面屏蔽层采用法兰压接，保证接缝屏蔽效能满足整体要求；转接板上设计光纤波导管、 各型穿舱座和EMP信号防护模块。电气电子设备强电磁脉冲防护设计时，应根据设备外部电磁环境、电磁屏蔽指标、干扰电磁波的频段、 安装位置、重要程度综合考虑。

3 某型方舱设计、仿真与试验评估案例 

       以某型指挥车强电磁环境防护与电磁安全防护需求出发，设计并加工原理样间，验证车载厢体结构、重要管线、门窗、通风口、天线 等重要部件的防护方法。受大功率、大尺寸试验件的核电磁脉冲、高功率微波试验条件的限制，本文采用试验与仿真相结合，对其防护性能进行评估：即对关键器件等效电磁脉冲注入与屏效测试试验、低功率整舱电磁屏蔽效能测试试验；对整舱进行核电磁脉冲、雷电电 磁脉冲、高功率微波与雷电等电磁脉冲效应仿真。 

3.1 方舱总体设计

       原理样间以车厢为基础，进行屏蔽改造的壳体，尺寸3.0m（长）×2.9m（宽）×2.7m（高）,设置有电磁屏蔽门、过壁设备安装箱、电源滤 波器、通风波导窗、电源信号转接口板、光线波导管等设备。样间外形与主要部件如图 2 所 示。

3.1.1 电磁屏蔽舱体 

        电磁屏蔽舱体以钢质车厢外壳为基础，焊缝连续不漏电磁波，保证屏蔽效能满足要求。在屏蔽壳体一侧设计屏蔽过壁区，安装电源滤波器、通风波导窗和信号过壁装置等。镀锌钢板满足GB/T2520-2008《冷轧电镀锌板及钢带》 标准要求，接缝采用垫衬加焊接，同时满足屏蔽效能和结构强度要求。

3.1.2 电源引入防护方案 

     电源引入满足GJB3928-2018《防护工程防 电磁脉冲设计规范》和GJB5792-2006《军用涉密信息系统电磁屏蔽体等级划分和测量方法》的要求。电源防护单元由电源转接口（航空插 头）、核与非核脉冲防护电源滤波器、雷电防浪涌器件组成，安装在屏蔽过壁区内。 

3.1.3 有线和无线通信信号引入

       有线和无线通信信号引入需满足GJB3928-2018《防护工程防电磁脉冲设计规范》 和BMB3-1999《处理涉密信息的电磁屏蔽室的 技术要求和测试方法》的要求。防护单元由专用防浪涌模块、信号转接板和光纤波导管组成。 

       信号转接板上有光纤波导管、N型、SMA型和BNC型穿舱座，穿舱座上安装卫星天线、 导航天线、4G 网络、5G 网络和电话接口等防护模块，将此类信号安全引到舱内。光纤波导管将光纤信号引入到室内。转接板及防护模块满足GJB3928-2018的屏蔽效能要求。 

3.1.4 电磁屏蔽隔音门窗与通风系统

       电磁屏蔽隔音门是电磁脉冲防护的关键设备之一，供平时人员和设备出入。电动插刀式屏蔽隔音门采用高性能的双簧片屏蔽门结构和三层隔音结构，隔音效果满足40dB要求。波导管用于光纤、水管、气管、空调液等过壁。波导管具有确定的截止频率，当电磁波的频率低于该截止频率时，电磁波不能穿过波导管， 由此起到了屏蔽作用。核电磁脉冲、雷电电磁脉冲等主要能量的频率集中在10G以下，因此采用截止频率10GHz、内径15mm的波导管可满足GJB3928-2018第2级要求。通风波导窗屏蔽原理和波导管相同，结构上可视为多根波导管的组合以满足通风量要求，在新风送风口、 自然溢出风口、事故排风及泄压口处、缓冲区的对流通风口等部位。样间通风波导窗采用真空铜钎焊六角形蜂巢式波导窗，波导窗单个孔径 5.6 毫米，截止频率亦为10GHz。

3.2 关键防护部件的防护性能试验评估 

       选择方舱全部转接信号类型的防护模块如表 2所示，开展雷电与核电磁脉冲插针注入试验以评估对外部线缆感应的浪涌的抑制能力， 开展屏蔽效能试验以评估模块及其过壁结构的防护性能。

3.2.1 防护模块的插针注入试验 

       通过插针注入试验，对防护模块的滤波/ 抑制防护电路抑制性能测试，确定评估雷电电磁脉冲和核电磁脉冲等防护性能。依据DO160G开展雷电插针注入试验，试验波形选择A组（波形3和波形4），具体如表3所列。试验布置如图3所示。

       参考GJB 3622-1999《通信和指挥自动化 地面设施对高空核电磁脉冲的防护要求》中方法，注入双指数脉冲电流，采用线-地（wire to ground）注入方式，峰值电流为 1kA、2kA、 3.5kA，对防护模块进行测试。

3.2.2 安装防护模块的过壁结构屏蔽效能测试 

       按照GJB 6190-2008《电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法》屏蔽室法，利用0.6m屏蔽窗口对安装有防护模块的过壁结构屏蔽效能进行测试，如图5所示：

3.3 整舱防护性能仿真分析与试验测试 

3.3.1 整舱强电磁环境防护性能仿真分析

       电磁脉冲间接效应仿真中使用COMSOL软件的AC/DC模块计算电磁脉冲电磁场分布问题，主要参数按照2.1节中有关数据给出；由COMSOL软件计算出电磁场分布，统计线缆周围的电磁场强度，将其作为线缆耦合仿真 的激励源；通过CST软件中的线缆库可以根据实际线缆型号快捷地建立线缆的模型；在电路模块中给线缆的各端口进行匹配电阻、接地、探针等设置。通过CST软件进行线缆耦合仿真时选择传输线矩阵法进行求解。电场屏蔽效能公式使用公式计算。

3.3.2 整舱电磁屏蔽效能试验测试

       按照《军用电子设备方舱屏蔽效能测试方法》（GJB6785-2009）进行方舱屏蔽效能测试， 测试频点：14kHz、200kHz、450MHz、950MHz、3GHz、6GHz、10GHz、18GHz。测量仪器：发射信号源为10kHz～18GHz锁相信号源。测试结果表明舱体整体屏蔽性能大于 40dB。

4 结论 

       通过分析车载指挥信息系统在战场上面临的电磁环境，确定了电磁安全防护需求，开展 车载厢体结构、重要管线、门窗、通风口、天线等重要部件的防护，综合采用先进屏蔽材料与结构、电磁脉冲抑制器/滤波器、接地方式等防护手段，优化组合，形成了强电磁脉冲防护方案；开展关键器件防护性能验证性试验，仿真和试验方法相结合对防护整体性能进行评估， 结果表明该样间防护性能良好，防护方案可行性高，可以应用于类似方舱的优化设计。在后续的研究中，可以进一步考虑声屏蔽和激光振动窃听等信息泄露途径的防护，进一步提高车载指挥信息系统的战场综合信息安全性。

作者：肖蕾   沈宝春   张佳男  焦春波  李妍   何相勇