电磁防护技术发展综述与展望

电磁防护技术发展综述与展望

王方 

中国民用航空中南地区空中交通管理局海南分局  

海南省海口市571126

摘要：目前，我国的信息技术有了很大进展，电磁防护技术也越来越先进。电子通信设备现已被应用于社会的方方面面。但是,由于它们在工作时往往会产生一定的电磁辐射,因而可能会造成数据泄漏,进而造成不必要的损失。本文首先分析典型前门防护技术发展现状，其次探讨电磁防护技术展望，为电子信息装备在复杂电磁环境下的电磁防护加固设计提供了支撑。

关键词：电磁防护；强电磁环境；限幅器技术

引言

电磁空间作为独立于陆、海、空、天之外的第五维空间，是一切电子信息系统赖以工作并发挥效能的基础物理空间。随着信息技术高速发展，上至国家各项重大公共基础设施及其背后的物理信息网络，如电力系统、交通系统、通信系统等，下至单个电子设备，如雷达、手机、电脑等，无一不是依赖于电磁空间开展工作的。因此，维护电磁空间的安全与稳定直接关系到整个国家的安全与稳定。电磁防护已然成为一项关乎国家安全的重大基础性问题，具有重要的学术研究价值和巨大的工程应用前景。

1典型前门防护技术发展现状

1.1频域滤波

滤波器是一种选频装置，可以选择特定频率或频段的信号通过，而极大衰减其他频率成分，适合用于抗带外电磁干扰和电磁毁伤。滤波器的设计理论已经非常成熟，包括巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波等理论可以直接用于设计不同需求的滤波器电路结构。滤波器在抗强电磁毁伤方面的作用主要是衰减工作带外的电磁能量。对于带外的窄带高功率微波，滤波器可以提供极大的衰减，从而阻止能量进入后端电路。而对于超宽带的宽谱电磁脉冲，滤波器可以抑制带外部分的能量，从而减小攻击信号进入后端电路的总能量。

1.2无人装备系统级强电磁防护实现流程

从技术角度而言，无人装备的强电磁杀伤是可防可控的，但难点在于如何以尽量小的综合成本对无人装备进行科学合理的防护，解决“欠防护”的同时避免“过度防护”。结合实际工作，无人装备系统级强电磁防护可采取如下思路：以无人装备中的模块为防护对象，以模块端口耦合小于效应阈值为防护目标，以降低耦合途径效率为防护手段，考虑多类型约束进行防护优化设计，进而开展防护集成与整系统验证。

1.3制载波

载波调制是说红信号极有可能被信息设备内部元器件工作时产生的振荡波形调制,而后通过相连导体被发射到外部,从而造成电磁泄漏。一般来讲,这种调制类型分为直接调制和交调两种情况。直接调制是指当红信号在传输过程中遇到一种较强的载波信号(如黑信号),它会发生波形调制,红信号会掺杂在其中,从而发生泄漏。在这种情况下,电磁泄漏的输出功率谱强度与红信号功率谱强度和载波功率谱强度乘积成正比。因此,即使红信号的强度很弱,只要载波(黑信号)强度足够强,就能捕捉到有价值的信息。在交调情况下,红信号附着于某一周期的黑信号,并且作用于某非线性元器件,进而发生调制,从而导致电磁泄漏。这种泄漏通常存在于电磁泄漏的二次发射当中,其发射强度有可能超过一次发射强度,因而使有用信息泄漏的风险进一步增大。

2电磁防护技术展望

2.1前后门一体防护

根据电磁波的传播耦合特征，强电磁攻击进入电子设备的潜在耦合通道可分为前门耦合通道和后门耦合通道两类。其中，前门耦合通道主要泛指电子设备与外界交互的所有信号通道，包括射频信号通道、光电窗口、传感器等。通常，对于某一特定的设备，其信号通道是相对明确的，故而前门防护的对象比较明确。但是，由于前门耦合通道要兼顾电子设备的工作信号收发，如何在隔绝强电磁攻击的同时尽量消除对工作信号的影响是前门防护的核心难点所在。目前典型的防护手段包括：能量选择自适应电磁防护罩、限幅器等。与前门耦合通道的定义相互补，后门耦合通道则泛指电子设备所有可产生电磁耦合的非信号通道，包括非金属的机壳、机壳上的孔缝、外接线缆、玻璃视窗、可视化屏幕等。从单纯的技术手段来说，后门防护要相对简单，由于其不需要兼顾射频信号的收发，故而直接采用吸波材料或金属材料隔绝一切电磁信号即可，典型手段包括：屏蔽、吸波、滤波、接地等。但是，考虑到后门耦合通道分布广泛、潜在漏洞多，如何准确定位所有的潜在后门耦合通道是实际工程应用的难点所在。

2.2以技术突破支撑提升无人装备强电磁防护能力

在单项防护技术上，一方面，可结合新材料、新结构和新工艺发展进一步提升技术性能。例如：采用新型半导体器件和微纳加工工艺实现能量选择表面，在超宽带范围内获得低插损和高防护性能；利用微波导阵列思路设计透光屏蔽材料，在不降低透光性能的前提下显著提升防护能力；通过构建三维结构、改性及复合等途径，获得轻质、柔性、良好力学性能、耐腐蚀的宽频带高屏效屏蔽材料等。另一方面，可开展电磁防护天线、非线性电参数防护功能材料等新形态防护技术研究，丰富强电磁防护装置形态。以电磁防护天线为例，通过场致增益可变与场致结构可变的方式提升天线电磁防护能力，使其具备性能好、成本低、增重少以及加改装难度小等特点，以便在无人装备前门防护应用中具备独特优势。在系统级防护技术上，可利用电磁拓扑理论和最恶劣系统响应原则，实现无人装备后门耦合规律准确量化与高效分析；采用测算一体化及贝叶斯网络分层推理等方法，实现无人装备多效应阈值的可靠获取；构建单项防护技术性能数据库，结合优化理论突破多约束条件下系统防护优化设计技术。

2.3信息隐蔽处理

信息隐蔽处理是对有用信息加密处理后再进行隐藏,不仅保护了信息安全,而且使得有用信息不易被捕获到。红信号在传输过程中首先利用密码技术对其加密,而后应用信息隐藏技术寻其载波将红信号隐藏,这样有用信息在表现上是与载波信号相一致的,从而做到了敏感信号的安全传输。针对信息隐藏处理,必须要保证以下两点基本要求。一是要确保所嵌入载波中的信息具备一定的隐蔽特性,即保证嵌入载波中的信息不会对载波造成明显的降质影响;二是要确保所嵌入的信息具备一定的鲁棒性,能够抵御外来的攻击。

2.4多域联合防护

多域联合防护的核心思想是从电磁波的时域、空域、频域、能域、极化域、编码域等多个维度出发，基于多域交叉的电磁防护方法，隔绝除工作信号之外的一切电磁信号进入电子设备内部。因此，多域联合防护从理论上来讲也是一种完备的电磁防护技术体系。典型地，针对电子设备的射频前端，多域联合防护就是要同时兼顾能量域的强电磁防护和信息域的电磁干扰抑制，通过“能量域+信息域”的双重防护，隔绝所有的外部强电磁能量攻击和干扰电磁信号，从而保证电子设备在复杂强电磁环境下生存和有效工作。

结语

针对复杂电磁对抗环境中电子信息装备面临的强电磁环境威胁以及防护加固需求，对强电磁防护技术的发展现状进行了综述，并从系统级防护方面对强电磁防护技术进行了展望。对未来电磁防护技术进行了展望，为了最大程度的提升信息化设备的电磁防护能力，需要统筹多种防护手段，建立系统级综合防护体系。从前后门一体防护、场路一体防护、多域联合防护三个角度对强电磁防护进行了展望，为电子信息装备在复杂电磁环境下的电磁防护加固设计提供了支撑。

参考文献

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