一种HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试方法及系统

摘要

本发明公开了一种HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试方法，其包含以下步骤：S1、设置飞机舱体与发射源的方位角度，对发射源进行HIRF环境模拟，在舱室内多个不同位置设置坐标观测点；S2、进行有舱室时的防护性能测试，实时记录发射源的发射功率，得到不同坐标观测点下舱室内电磁场强值，对比得到舱室内电磁场强最大值E1max；S3、进行无舱室时的场强校准测试，按照步骤S2中的发射功率，得到坐标区域内步骤S2中测得最大电磁场强值所处坐标位置的电磁场强值E；S4、对比E1与E1max，得到该方位角下的防护性能S1 ；S5、改变方位角，得到不同方位角下防护性能最小值即该飞机舱体在HIRF条件下的防护性能。其优点是：解决飞机舱体防护性能测试难问题。

说明书

技术领域

本发明涉及电磁环境效应技术领域，具体涉及一种HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试方法及系统。

背景技术

高强辐射场(HIRF)是指地面、海上平台或航空器上的雷达、无线电、导航等高功率发射机的辐射，其特点是频带宽、作用时间长。高强度辐射场的固有特点使得航空航天系统内电子设备面临潜在的电磁损伤，主要体现在外部强电磁场与电子系统的耦合，包括干扰、翻转、闭锁、烧毁等。近些年来，由于电子、电气、无线通信、雷达探测等技术的发展及其在航空航天领域应用的日益拓展，高度集成性、高度精确性、高度复杂性等现状，使得飞机内部电子设备对高强辐射场环境更加敏感。另外，飞机结构越来越多地使用新型的复合材料，降低了飞机的电磁屏蔽性能。高强辐射场逐渐成为影响飞机安全性的主要因素，高强辐射场防护已经受到重视。在民用航空领域，飞机的高强辐射场防护已经纳入飞机适航标准的强制要求。

针对飞机的HIRF效应试验国内外已经开展了一定的研究工作。如现有国家发明专利《一种低电平扫描场的高强辐射场测试系统及其测试方法》(专利申请号：201310218837.9)，《一种HIRF测量中地面多路径反射干扰误差的消除方法》(专利申请号：201410706144.9)等，通过建立低电平耦合等效方法获取舱体内部场强。《一种航空器全机低电平扫描电流测试》(专利申请号：201310218831.1)，通过舱体内部线缆感应电流值评估航空器电磁防护设计弱点。

然而，在飞机舱体的防护性能的方面并没有形成统一的测试方法或规范，对于如何有效评估舱体的防护性能尚不明确，给飞机舱体在HIRF环境下的防护设计和性能评估带来了诸多不便。而且用于飞机舱体防护性能测试所需的测试设备较多，测试过程繁琐，所以研发一种自动化测试方法十分有必要，可以大大提高测试效率，同时，可以为HIRF条件下飞机舱体的电磁危害评估与防护设计提供有效手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试方法及系统，解决由于飞机舱室尺寸较大带来的测试结果不准确、防护性能评估难、舱体脆弱区易遗漏问题。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试方法，其特征是，包含以下步骤：

S1、设置飞机舱体与发射源的方位角度，对发射源进行HIRF环境模拟，在舱室内多个不同位置设置坐标观测点；

S2、进行有舱室时的防护性能测试，实时记录发射源的发射功率，得到不同坐标观测点下舱室内电磁场强值，对比得到舱室内电磁场强最大值E1max；

S3、进行无舱室时的场强校准测试，按照步骤S2中的发射功率，得到坐标区域内步骤S2中测得最大电磁场强值所处坐标位置的电磁场强值E1；

S4、对比E1与E1max，得到该方位角下的防护性能S1，S1＝20log₁₀E1-20log₁₀E1_max；

S5、改变方位角，得到不同方位角下防护性能最小值，即为该飞机舱体在HIRF条件下的防护性能。

上述的HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试方法，其中，所述的步骤S1中：

飞机舱体与发射源的方位角为0°或45°或90°或135°或180°。

上述的HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试方法，其中，所述的步骤S5具体包含：

返回执行步骤S1继续改变发射源的辐射角度，以完成下一方位角的防护性能测试，按照照射方位角以45°为间隔，直至完成0°、45°、90°、135°、180°五个不同方位角度下的测试，以得到防护性能测试结果S1、S2、S3、S4、S5，对比测试结果得到其中最小值S，S＝min{S1，S2，S3，S4，S5}，S即为该飞机舱体在HIRF条件下的防护性能。

上述的HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试方法，其中，所述的步骤S1中：

发射源到舱体的距离为舱体尺寸的1.5倍以上。

上述的HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试方法，其中，所述的步骤S1中：

设置8个坐标观测点。

一种HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试系统，其特征是，包含：

控制单元；

电磁波发射单元，作为发射源由控制单元控制，以模拟HIRF环境，且控制单元实时采集记录发射源的发射功率；

若干场强探头，分别布置在舱室内不同坐标观测点，用于检测对应坐标观测点位置的电磁场强值；

场强计，连接若干场强探头，由控制单元控制，场强计接收来自场强探头的电磁场强值检测数据，并计算对应方位角下舱体防护性能；

数据处理单元，连接场强计，对场强计的检测数据结果进行处理以输出飞机舱体在HIRF条件下的防护性能结果。

上述的HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试系统，其中，所述的电磁波发射单元包含：

信号发生器，由控制单元控制，用于在某一频点下产生一定幅值的信号，用于模拟HIRF环境；

功率放大器，连接信号发生器，并由控制单元控制，用于对信号发生器产生的信号进行放大；

定向耦合器，连接功率放大器；

发射天线，作为发射源，连接定向耦合器，向外辐射电磁波；

功率计，通过功率探头连接定向耦合器，并由控制单元控制，用于实现前向功率和后向功率两通道的功率读取，前向功率减去后向功率即发射源的发射功率，功率计对发射功率进行实时采集记录。

上述的HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试系统，其中：

进行有舱室时的防护性能测试时，发射天线到舱体的距离为舱体尺寸的1.5倍以上。

上述的HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试系统，其中：

进行有舱室时的防护性能测试时，坐标观测点的位置距离舱体在四分之一波长以上。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、解决由于飞机舱室尺寸较大带来的测试结果不准确、防护性能评估难、舱体脆弱区易遗漏问题；

2、观测点位置满足与舱体距离至少四分之一波长条件，可以更好的找到飞机舱体的脆弱区，提高测试准确度；

3、测试飞机舱体在不同照射角度下的防护性能，由此作为评估飞机舱体的防护性能的指标更为准确。

附图说明

图1为本发明方法的测试流程图；

图2为本发明的系统连接框图；

图3为本发明在某一方位角下有舱室存在时防护性能测试示意图；

图4为本发明在不同方位角下测试的系统布置俯视图；

图5为本发明的电磁波发射单元的连接框图；

图6为本发明在某一方位角下无舱室存在时校准测试示意图；

图7为本发明的实施例中测试数据自动处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试方法，其包含以下步骤：

S1、设置飞机舱体与发射源的方位角度，对发射源进行HIRF环境模拟，在舱室内多个不同位置设置坐标观测点，可以得到不同坐标点下X轴、Y轴、Z轴及总体的场强幅值；本实施例中，发射源到舱体的距离为舱体尺寸的1.5倍以上，满足对舱体的全照射和远场测试条件，设置8个坐标观测点，观测点均匀分布于舱体内部监测区域的顶点，如图3所示。进行有舱室时的防护性能测试时，坐标观测点的位置距离舱体在四分之一波长以上，以确保更好地找到飞机舱体的脆弱区，提高测试的准确度；

S2、如图3所示，进行有舱室时的防护性能测试，实时记录发射源的发射功率，得到不同坐标观测点下舱室内电磁场强值，对比得到舱室内电磁场强最大值E1max，即得到八个坐标点下的最大场强幅值E1max；

S3、如图6所示，进行无舱室时的场强校准测试，按照步骤S2中的发射功率，得到坐标区域内步骤S2中测得最大电磁场强值所处坐标位置的电磁场强值E1，E1即为自动化校准测试场强值。

S4、对比E1与E1max，得到该方位角下的防护性能S1，S1＝20log₁₀E1-20log₁₀E1_max；

S5、改变方位角，得到不同方位角下防护性能最小值，即为该飞机舱体在HIRF条件下的防护性能。

所述的步骤S1中：如图4所示，飞机舱体与发射源的方位角为0°或45°或90°或135°或180°。

所述的步骤S5具体包含：返回执行步骤S1继续改变发射源的辐射角度，以完成下一方位角的防护性能测试，按照照射方位角以45°为间隔，直至完成0°、45°、90°、135°、180°五个不同方位角度下的测试，以得到防护性能测试结果S1、S2、S3、S4、S5，由此作为评估飞机舱体的防护性能的指标更为准确，对比测试结果得到其中最小值S，S＝min{S1，S2，S3，S4，S5}，S即为该飞机舱体在HIRF条件下的防护性能。

如图2、5所示，本发明的方法是通过一种HIRF条件下飞机舱体防护性能自动化测试系统来实现的，其包含：

控制单元1，本实施例中，采用控制计算机，由计算机控制系统LabVIEW程序对电磁波发射单元以及场强计进行实时控制；

电磁波发射单元，作为发射源由控制单元1控制，以模拟HIRF环境，且控制单元1实时采集记录发射源的发射功率，本实施例中，计算机控制系统通过GPIB或LAN线对其进行控制；

若干场强探头6，分别布置在舱室内不同坐标观测点，用于检测对应坐标观测点位置的电磁场强值；

场强计4，通过光纤连接若干场强探头6，由控制单元1控制，场强计4接收来自场强探头6的电磁场强值检测数据，实现不同坐标点下测试数据的自动读取和记录EX(A0，A1，···，A7)，X＝1，2，···，5，并计算对应方位角下舱体防护性能；

数据处理单元8，本实施例中其为控制计算机，连接场强计4，对场强计4的检测数据结果进行处理以输出飞机舱体在HIRF条件下的防护性能结果，具体的，如图7所示，其内部对比找到各个方位角(0°、45°、90°、135°和180°)下的最大值，分别记录为E1max、E2max、E3max、E4max和E5max，然后读入无舱室时测试结果E1、E2、E3、E4和E5，对数据进行自动处理，分别得到各个方位角下飞机舱体的防护性能值S1、S2、S3、S4和S5，对比后自动输出其中的最小值S。

所述的电磁波发射单元包含：

信号发生器2，由控制单元1控制，用于在某一频点下产生一定幅值的信号，用于模拟HIRF环境，该信号发生器2信号的功率大小需确保经过功率放大器3放大之后，在舱室内部能够监测到场强值，否则无法有效完成后续舱体的防护性能的有效计算，该测试方法既可以满足点频测试，也可以实现扫频测试，测试频率范围为2MHz～18GHz；

功率放大器3，连接信号发生器2，并由控制单元1控制设置放大参数，用于对信号发生器2产生的信号进行放大；

定向耦合器9，连接功率放大器3；

发射天线5，作为发射源，连接定向耦合器9，向外辐射电磁波；

功率计4，通过功率探头41连接定向耦合器9，并由控制单元1控制，功率放大器3输出信号由功率计4进行实时自动监测，功率计4有两个测试通道，分别实现前向功率和后向功率两通道的功率读取，前向功率减去后向功率即发射源的发射功率P1，P2……P5，功率计4对发射功率进行实时采集记录。具体的，在本发明的本步骤S3中，进行无舱室时的场强校准测试前，先将舱体撤离，其他测试布局不变，并确保由功率计4监测的功率与步骤S2相同，即发射功率保持一致。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。