文章编号：1007-1180(2010)11-0086-04
车载光电对抗系统的电磁脉冲防护
孟范江，张文豹
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林长春130033）
摘要：电磁脉冲武器利用强烈的电磁脉冲辐射，摧毁或干扰敌方的雷达、通信、计算机、电力等电磁相关设备，以夺取战场优势。车载光电对抗系统受到电磁脉冲武器攻击的严重威胁。本文探讨了电磁脉冲武器的攻击特点和战场应用情况，并根据车载光电对抗系统的一般组成结构，提出了进行电磁脉冲防护的一些方法。关键词：电磁脉冲武器；车载光电对抗系统；防护
中图分类号：TN977文献标识码：A
DOI：10.3788/OMEI20102711.0086
Electromagnetic Pulse Protection of Vehicular Photoelectric Countermeasure System
MENG Fan-jiang，ZHANG Wen-bao
(Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,State Key Laboratory of
Laser Interaction with Matter,Changchun130033,China)
Abstract:Electromagnetic pulse weapon is used to destroy or interfere the electric magnetic related equipments such as the enemy radar,communication,computer,electric power etc.by strong electric magnetic pulse radiation,so that the dominance of battlefield can be captured.As the vehicular photoelectric countermeasure system is threatened badly by the electric magnetic pulse weapon,the characteristics of attack and application in the battlefield of the electric magnetic pulse weapon are discussed in this paper,and some methods of electric magnetic pulse protection are proposed in terms of the composition of the vehicular photoelectric countermeasure system.
Keywords:electromagnetic pulse weapon；vehicular photoelectric countermeasure system；Protection
*基金项目：中国科学院知识创新工程领域前沿项目资助
1引言
电磁脉冲(Electric Magnetic Pulse,EMP)武器是以核爆炸时产生的辐射现象与大气反应、或用电子方法所产生的持续时间极短的宽频谱电磁能量脉冲，直接杀伤破坏目标或使目标丧失作战效能的一种武器。近年来，随着微电子技术的迅速发展，进一步推动了军用电子系统朝着专用集成系统的方向发展，使雷达、通信、导航、电子仪器以及军事指挥与控制和武器制导系统广泛实现了综合化、高速化、智能化及高性能化，从而极大地提高了这些高度微电子化的电子系统或武器系统的功能与效能，但同时也增加了系统面对电磁脉冲的高能量冲击的脆弱性[1]。
车载光电对抗系统组成庞大复杂，包括了大量的电子设备如雷达系统、指挥系统、通信系统、伺服控制系统、激光系统、供电系统和载车等，这些设备目前尚不具备EMP武器的防护能力，一旦受到EMP武器的攻击，将会出现性能下降、失效、硬件损坏甚至系统性毁伤。因此，研究EMP武器的作用原理、攻击方式及其在战场中的应用情况，分析车载光电对抗系统组成结构，开展车载光电对抗系统的EMP防护研究，已成为当务之急。
2电磁脉冲武器的攻击特点
电磁脉冲武器对敌方电子系统的攻击主要通过电磁脉冲能量的辐射，侵入目标并破坏其中的电子元器件、集成电路、电路板甚至整个系统。电子设备对于电磁脉冲辐射是非常敏感的，尤其是现代战场的各种高精尖武器，无不使用复杂的电子装置，已成为电磁脉冲武器攻击的重点。电磁脉冲武器对敌方电子系统的影响可以分为4级，分别是：扰乱、降级、损坏、摧毁(D eny，Degreed，Damage，Destroy)，这主要取决于进入目标耦合能量的大小，“耦合能量”表示进入目标电子系统并随后产生的能量。进入目标电子系统的功率取决于电磁脉冲武器系统所能产生的功率、与目标之间的距离及电磁脉冲辐射的特性(频率、脉冲速率、脉冲持续时间等)，以及敌方目标的防护能力。电磁脉冲武器攻击主要有如下几个特点[2]：
(1)全天候作战能力。电磁武器的能量以输出点为顶点呈锥形向外延伸，在传输过程中不受大气、云雾等影响，能量损失少。电磁脉冲武器利用发射到空中的强电磁波来杀伤和破坏目标，在大气中这种高功率电磁波不存在严重的传输衰减问题，因此具有全天候作战能力。
(2)对瞄准精度要求不高。电磁武器的作用目标是在其有效空间内的所有电子设备，对于精确定位技术的依赖性不高。电磁脉冲武器产生的强电磁波通过天线发射出去，对天线的要求不一定统一，可以根据作战实际需求，选择定向或全向天线。在传输过程中，通过衍射可以形成足够大的斑点，以弥补跟踪和瞄准的不足。波束比较宽，能使高强度辐射场覆盖被攻击的目标，因此，对波束瞄准没有太高的要求，并且有可能同时杀伤多个目标。
(3)软硬兼施。当电磁脉冲弹产生的强微波波束照射目标时，其辐射形成的电磁场，可以在金属目标的表面产生感应电流，通过天线、导线、金属开口或隙缝进入导弹、飞机、卫星、坦克等武器系统的电子设备的电路中，感应电流比较大，会使电路功能产生紊乱、出现误码、中断数据或信息传输等。如果感应电流很大时，则会烧毁电路中的元器件，使电子装备和武器系统失效甚至在瞬间摧毁目标、引爆导弹、炸弹、核弹等武器。
3电磁脉冲武器的战场运用情况
在近几场高技术局部战争中，电磁脉冲武器作为一种崭新的高威力作战兵器引起了人们的广泛关注。海湾战争伊始，美海军首先使用携带微波弹头的“战斧”巡航导弹，有效地破坏和摧毁了伊拉克的电子系统、指挥控制系统和防空系统；科索沃战争中，美军使用微波炸弹和石墨炸弹瘫痪了南联盟的通信系统和
供电系统；而在伊拉克战争中，美军使用了一种它历时4年研制的高功率微波炸弹轰炸巴格达电视台，爆炸时产生的电磁微波能量为数十亿瓦，瞬间切断了炸弹射程内的电源供应，使巴格达地区大面积停电12h，雷达、电脑、电话、广播通讯陷入瘫痪，一些交通工具无法使用。电磁脉冲武器作为一种特殊的大威力杀伤武器，已经对防空提出了严峻挑战[3]。
4车载光电对抗系统的电磁脉冲武器防护方法
电磁脉冲进入车载光电对抗系统的耦合模式有3种：前门耦合（Front door coupling,FDC）、体耦合(Body coupling,BC)、后门耦合(Back door coupling, BDC)。防护方法应当从这三方面着手。
(1)FDC防护
车载光电对抗系统中必不可少的各种探测、通信天线、光学窗口，构成了EMP武器攻击的FDC途径。通信天线可使用伸缩天线，以便于加保护装置。对各种探测、通信天线，设计相应的滤波器，它依靠其传输特性可有效地减少电磁脉冲进人被保护电子系统的电磁能量。要求滤波器传输特性好、插人损耗足够、阻抗匹配、有足够的电流电压和功率容限，合理的尺寸和重量，一定的环境适应能力和高的可靠性等。对光学窗口设计特殊的光学薄膜，光路结构按波导方式设计等。
(2)BC防护
车载光电对抗系统存在大量的BC途径：各种转动轴的缝隙、连接缝隙、通风窗口、屏蔽的薄弱部位、无屏蔽的载车电子系统等。
设计屏蔽装置阻止电磁脉冲的穿入，屏蔽的薄弱部位恰巧是BC途径，因此，缝隙、通风窗口、连接处是屏蔽设计的关键。同时，在所有穿过屏蔽的路线、电线及管道上施加防护措施，这样电磁脉冲将不能达到设备内部的敏感元件、主件。当然，只对设备本身加以屏蔽是不够的，还必须对所有的对外通道都加以屏蔽，这样整体屏蔽性能才不致降低。屏蔽体上的孔洞尺寸或网孔尺寸不大于1/100波长。多重屏蔽既能提高屏蔽效果又能扩展屏蔽的频范围，屏蔽体接地，通常接地电阻＜1Ω。
(3)BDC防护
系统中的供电电缆、信号电缆、电缆连接处是BDC途径。电磁脉冲通过电力线、传输线、控制线及暴露在外面的其他导体，耦合到电子装备系统内部才能造成损伤。因此，对暴露在外面的传输线缆，在进入机器时要加装滤波器。设计、制造特殊的线路与元件使其能承受电磁脉冲，或者当它们感受到电磁脉冲时自动切断设备来阻止电磁脉冲的穿入。具体是采用新型自适应开关、加装滤波器、提高整体线路的抗击能力等措施。车载光电对抗系统属于地面移动设备，一般由车载发电机供电，尽量使发电机与主机车在一个车内，以减少供电连线。
(4)充分利用人工烟雾
微波穿过大气层传播时，大气中的水蒸气、氧气和雨水对微波具有吸收作用。当微波频率在22GHz、185GHz时被水蒸气吸收，在60GHz、118GHz时被氧气吸收。在战术微波武器1～100km的作用距离内，在以上频率附近有衰减。烟幕、水幕、气溶胶等幕障的设置具有机动性强、费用低廉、掩护面积大和广泛性等优点，因此，在空中或重要目标周围以各种烟幕、水幕、气溶胶等单独或综合设置成空中屏障将是防电磁脉冲武器打击的一种行之有效的途径。
6结论
电磁脉冲的防护在理论上很简单，但实现起来却很困难，对防护装置的维护保养则更加重要。从防护角度看，主要有两种方法：一是将EMP拒之于门外。即利用屏蔽等装置阻止电磁脉冲的穿入，同时在所有穿过屏蔽的导线、电缆与水管上施加防护措施，这样电磁脉冲将不能达到设备内部的敏感组件、主件。但仅对设备本身加以屏蔽是不够的，必须对所有的对外信道都加以屏蔽，这样整体屏蔽性
能才不致降低。二是来而抵抗之。即设计、制造特殊的线路与组件，使其能承受电磁脉冲，再者，当它们感受到电磁脉冲时，有能自动切断设备的措施
来阻止电磁脉冲的穿人。原则上大多数装备都采用上述两种方法复合防护。
作者简介：孟范江(1957-),男，汉族，黑龙江牡丹江人，硕士，副研究员，2008年于吉林大学获得硕士学位。主要从事高
功率气体激光器电源及控制系统的设计和研究。E-mail :mengfj2006@https://www.doczj.com/doc/5e13444953.html,
参考文献
[1]王菊海.电磁脉冲武器在现代高技术战争中的应用及防护措施[J].海军大连舰艇学院学报，2002，25(4)：
45-47.
[2]钱宗峰,张德兴,曹学军.现代战争中电磁脉冲武器的战场运用及防护[J].国防技术基础，2006(7)：35-37.[3]李增涛,王庆贺.防电磁脉冲武器打击问题研究[J].国防技术基础，2006(3):27-28.
美国橡树岭国家实验室的科学家近日在其网站上称，借助一种新型扫描探针显微镜，他们成功绘制出了锂离子在锂电池负极周围运动的影像，这有助于研究人员研发出更高效能的电池。相关研究发表在最新一期的《自然-纳米技术》杂志上。
尼娜·巴尔克、斯蒂芬·杰西和谢尔盖·加里宁3人领导了这项研究，他们开发出了一种新型扫描探针显微镜-电子应力显微镜（ESM ）。该显微镜能够在纳米尺度上对电池内部的粒子运动进行观察，并绘制出三维图像，其精确度比现有的扫描探针显微镜要高出6~7个数量级。
加里宁称，研究人员对位于电池表面的ESM 探针施加了电压，并通过测量相应的电化学应变或体积变化，获得了锂离子的运动图像。传统技术往往只对电流进行分析，但由于电流极其微弱，难以测量，从而无法将精度提高至纳米级。
锂离子电池是目前最常用的一种电池系统，由于其重量轻、能量密度高，具有较好的充电性能，从手机到电动车都可见其身影。而目前，研究人员一般通过改变电池组件的材料或对电极厚度进行微调来提高其电气性能。
巴尔克指出，我们希望能够从纳米尺度理解正常电池与失效电池间的差异。通过ESM 成像，我们可对电池电极中一个单独的晶粒、晶粒团簇或者瑕疵进行检查。这些纳米现象通常都需要与电池整体性能联系起来进行研究，有时，纳米尺度上一个小小的改变都将对电池的整体效能产生巨大影响。例如，通过对高分辨率扫描图像进行分析，我们发现，如果锂离子更多集中在电极晶粒的边缘，就将导致电极开裂，最终导致电池失效。
虽然这项研究主要集中在锂离子电池上，但该团队预计，该技术未来也应能用于其他类型的电池以及电子设备的研究当中。研究人员表示，这种方法为大尺寸扫描探头的应用开创了先例，未来他们还将对其进行进一步的完善，以使其能够适应更为复杂的材料。该技术在包括电池在内的多个研究领域中都有极为广泛的应用价值。
电池内锂离子运动三维影像出炉