Диссертация (1335837), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Источникамиоэлектромагнитных помехоестественного происхожденияявляются:омолнии, геомагнитныеобури,оэлектростатическиеоразряды. Анализсуществующихоматериаловопоказывает,очтоовоэтойообластиов основном проработаны физика воздействия,ометоды оценки и соответствующиеометоды защиты.2. Источникамиоэлектромагнитныхпомехоискусственногопроисхожде-нияоявляются: ЭМИовысотного ядерногоовзрыва,оизлученияоРЛСои РПС, индустриальные помехиоЛЭП, КСЖД, высоковольтныеоустановки ЭМИоЯВ, генераторы сверхширокополосного иомикроволнового излучения, технические средстваонамеренного силового воздействия. Анализоих показал,очто:- излученияоРЛСои РПС,оиндустриальные помехи ЛЭП, КСЖДотакже восновном проработаны физика воздействия,ометодыооценкиои соответствующиеметоды защиты;- ЭМИ высотного ядерногоовзрыва, высоковольтные установкиоЭМИЯВ,огенераторысверхширокополосногоиомикроволновогоизлуче-ния,отехнические средстваонамеренного силовогоовоздействия постоянно осовершенствуютсяосоучетомосовременных достиженийонауки, отехникиои современных требований по электромагнитнойобезопасности.ЭМИ ВЯВ имеетокрутой фронт (единицы наносекунд) большие размерызоновоздействия полей на поверхностиоЗемли и в воздухео(сотни – тысячи километров),онаводит большие амплитуды импульсов напряженияои тока в технических системахо(сотни киловольтонаометр).оЭкспериментальныеоданные натуральныховзрывов свидетельствуютоо выходеоизострояосистем связиои энерго-41снабженияонаорасстоянияхоото100одо 2000окмоотоэпицентраовзрыва.оОсновные сведения по параметрам ЭМИоВЯВоизложены в стандартеоМЭК61000-2-9, поотокамои напряжениямовоМЭК 61000-2-10.3.
Методы оценкиоустойчивости информационных систем иотребования ксредствам защитыоих от существующих генераторовоСШП ЭМИоиоперспективныхразработокодолжны разрабатываться,оисходя изоследующихопараметровоЭМП:- напряженность электрическогоополя водиапазоне от 1 до 200 кВ/м;- длительность фронта импульса – от 100 до 500 пс;- длительность импульса – от сотен пикосекунд до единиц наносекунд;- частота повторения импульсов – от 0,1 до 1000 Гц.4. Микроволновое излучение - электромагнитное излучение наносекунднойи микросекундной длительности в узкой полосе частот, расположенной между500 МГц – 10 ГГц.
Пиковая мощность в антенне от 10 кВт до 20 ГВт, энергия навыходе генератора от 100 Дж до 20 кДж, напряженность электрического поля от 1кВ/м до 100 кВ/м, частота повторения импульсов до 1 кГц, несущая частота от 1до 15 ГГц.5. Параметры электромагнитных факторов являются основой для разработки методов расчета воздействия, стандартов, методов и средств воспроизведения,испытаний и защиты.6. Проблема защиты информационных систем и объектов от действия мощных электромагнитных помехофундаментальна, актуальна, сложнаои многогранна.
Базируетсяос однойстороны наофундаментальных исследованияхОфизикиявления,омеханизмововзаимодействия полейос объектами, а с другой стороны наоимеющихся возможностях методов воспроизведения,оиспытаний и существующихосредств защиты.1.2Особенности воздействия СК ЭМИ на элементы и узлы БЦВККак отмечалось выше,оважной особенностьюоСК ЭМИ являетсяопотен-42циальная эффективность иховоздействия на радиоэлектроннуюоаппаратуру. Широкополосность иовысокая частота повторенияоСК ЭМИ делаютоэтот вид электромагнитногоовоздействиязначительнееоопаснее воздействияоэлектромагнит-ного импульсаоядерного взрыва.Особенностью СК ЭМИоявляется ихомалая длительностьо(от десятков - сотенопикосекунд до единицонаносекунд дляопервых полупериодовоимпульсов пооуровню 0,5 от амплитуды),осоизмеримая с длительностьюорабочих сигналовэлектроннойоаппаратурыои сетей передачиоданных структурно-сложных систем.Основнаяоспектральная плотность находится вополосеочастот от сотен мегагерцдооединиц гигагерц [225, 149].
Высокая скважность обеспечиваетобольшие значения импульсных напряженностейопри низких уровняхосредней мощности(<о1 Дж) и энергопотребленияоисточника. В лабораторныхогенераторах СК ЭМИонавыходеогенератора формируютсяопериодически повторяющиеся видеоимпульсыположительной или отрицательной полярности (рисунок 1.3а) [272, 273].а)б)Рисунок 1.3 - а) Типовая форма импульса на выходе генератора.б) Форма импульса на нагрузке сетевого интерфейса при емкостной инжекцииФизической средой передачиоструктурно-сложных систем,окак правило,является витая пара,опредставляющая собой систему сораспределенными параметрами: емкостью иоиндуктивностью.
В результате переходныхопроцессов,происходящих при инжекцииоСК ЭМИ в кабельо(витую пару категории 5,) сформированный наовыходе генератора импульс приобретаетоформу затухающей си-43нусоиды приоизмерении на нагрузке сетевогооинтерфейса. Это объясняетсятем,очто кабель представляетособой колебательный контур сохарактерными емкостью и индуктивностью.оВследствиеоэтого на входосетевого интерфейса поступает импульс большейодлительности, модулированный различными частотами.оНа рисунке 1.3а показанаоисходная форма импульса наовыходе генератора, анаорисунке 1.3б форма импульснойопомехи на нагрузке сетевого интерфейсаоприемкостном способе инжекции.Анализосовременных бортовых цифровыховычислительных комплексовпоказал,очто БЦВК характеризуютсяоследующими особенностями:1. БЦВКоимеют минимальные массогабаритныеохарактеристики.2.
Наблюдается неуклонная тенденция повышения показателей надежностиои качестваоотдельных элементовои узлов БЦВК. Например, для современнойаппаратурыогеостационарных искусственных спутниковоЗемли срок службыдолженосоставлять 15-17 лет.3. БЦВК характеризуются сложными алгоритмамиофункционирования.4. БЦВК подвергаются широкомуоспектру воздействия дестабилизирующихфакторов.оВ общем случае БЦВКодолжны функционировать в условияховоздействия на них, динамическиоизменяемых в зависимостиоот траектории движенияилиоявлений окружающей среды;оэлектрических, магнитных,оэлектромагнитныхополей; непрерывногоои импульсногооионизирующегооизлученияо(ИИ); широкогооспектра механических и климатическиховоздействий.5.
В состав бортовых системовходят как цифровые устройствао(устройстваавтоматики, телеметрии, цифровойообработки сигналов иот.п.), такои аналоговыеи гибридныеоустройства (устройства электропитания, приемо-передающие устройства, устройстваонавигации, усилительные и измерительныеоустройства и .д.),которыеоработают в широкомоинтервале частот (отоединиц Гц до ГГц), напряженийо(от десятых долей вольтодо киловольт) и токов (от мАодо сотен ампер).6. В конструкторско-технологическом планеоБЦВК имеют широкий спектрреализаций,окоторые базируются наоразличных принципах конструирования: моносхемном;офункционально-блочном; функционально-модульном; функциональ-44но-узловом.оВсвязисжесткимиотребованиямикмассогабарит-нымохарактеристикам, аотакжеоналичием различныхотипов устройствовоБЦВКширокооприменяютсяопоследниеинтегральныхотехнологий,окоторые,достиженияинтегральныхоигибридно-восвоюочередь,оспособствуютускоре-ниюоосвоения технических достиженийов области создания перспективных радиотехнических средств.7.
Широкий спектр дестабилизирующихофакторов иовысокие требованияокнадежностиприводятокнеобходимостииспользоватьоспециальныесхем-ные,оконструкторские иотехнологические решения,освязанные сообеспечениемэлектрических,оэлектромагнитных, тепловых,оаэродинамических, надежностныхиодругих характеристик БЦВК.Обеспечение устойчивости БЦВКок электромагнитным излучениям наосхемотехническом уровне осуществляетсяоза счет: гальваническойоразвязки поцепям питания и заземления;оустранения сквозных токовов полупроводниковыхприборах;овключения в силовые кабельные цепиопитания газовых разрядниковиоспециальных фильтров; введения дляоотдельных элементов специальных схемозащиты от перегрузок поотоку и напряжению иот.д.8.
Реализация БЦВК соминимальными массогабаритными характеристиками восовокупности с достижениями микроминиатюризацииоприводит к теснойовзаимосвязи физических процессов (электрических,оэлектромагнитных, аэродинамических, тепловых, механических,орадиационных и т.д.), протекающиховсхемах и конструкцияхоБЦВК.9. СоточкиозренияооценкиовоздействияонаоэлементыоиоузлыоБЦВК ЭМИмогут бытьоразбиты на отдельные составляющие. Этоообусловлено следующимипричинами: ограниченнымивозможностямисуществующихометодовоценкивоздействия ЭМИона БЦВК в целом; различием требований коБЦВК по защищенности отовоздействия ЭМИ; отсутствием в подавляющем большинствеослучаев гальванической связимежду всемиоэлементами БЦВК.4510.
В общем случае воздействующими факторамиона элементы иузлыоБЦВК при воздействии ЭМИ являются:о-оэлектромагнитныеополя, воздействующие наоэлементы и узлы БЦВК;-оэлектромагнитные поля, проникающиеочерез экранированныееоповерхности узлов и подсистем БЦВК;-ЭМП,озаносимыеимпульснымитокамиоссиловыхкабельныхкоммуникацийовнутрь экранированных подсистем БЦВК;-оимпульсные напряжения иотоки, наводимые воцепях «жила-экран»кабелейоивоздействующиенаизоляциюооборудованияиаппаратуры,имеющихогальваническую связь сосиловыми кабельными коммуникациями;-оимпульсные напряжения иотоки, наводимые вомежстоечных кабеляхЭМП, проникающими черезонеоднородности экранов.Таким образом, воздействия СКоЭМИ могут осуществлятьсяопо следующим каналам: электромагнитнымополем; по линиям связи;опо цепям питания;металлоконструкциям;озаземлению.11.Технологическое оборудование БЦВК,окак правило, выполняетсяонамикросхемах, имеющих вообщем случае достаточно низкуюоустойчивость к воздействиюоимпульсных токовои напряжений,оа в совокупности с межстоечнымисоединительными линиями критичнаок воздействующимоЭМИ.Импульсные напряжения,овозникающие воовнутренних сетях технологическихопотребителей, в большинстве случаев неопредставляет опасности для самихокабельных линий и электрооборудования,оно могут представлятьоопасностьдля технологических потребителейо(выпрямительные устройства, стабилизаторыи т.п.)оили снижать ихопомехоустойчивость.
По этойопричине эти эффектыдолжныобыть также количественно иокачественно учтены дляокаждой конкретной системы.12. С точки зрения путей воздействия ЭМИ на БЦВК ее подсистемы можноразделить на две группы:- неэкранированные исполнительныеоили измерительные элементыоикабельные системы;46- экранированные узлы.13. В результате воздействия ЭМИ на элементы БЦВК могут иметь местооследующие повреждения иоотказы:- нарушениеофункционирования отдельных подсистем илиовсей системы вцелом в результате ложных срабатыванийоимпульсных схемово входныхоиовыходныхоцепях блоков аппаратуры;-овыходизострояпультов,ощитовиз-заопробояизоляцииовходныхилиовыходныхоэлементовоэтих блоков;- выход изостроя источниковопитания БЦВКов результате пробоя изоляциитрансформаторов воовходных цепях блоковопитания, что приводит котказу аппаратуры автоматики, связанныхос данным блоком питания;-ополнаяпотеряработоспособностиотдельныхоподсистемБЦВКврезультате пробояоизоляции и выхода изостроя кабелей [84, 130].В отдельных случаях разрушениеов результате перегрузки поотоку защитныхразрядников,оустановленныхвовходныхоцепяхоборудова-ния,оприводитоконарушению работыоБЦВК.оВ зависимостиоотоуровня воздействияополейоЭМИ воБЦВК могут возникать какосочетания типовых отказовоэлементов, так и все типовыеоотказы одновременно.Кроме того, при воздействии ЭМИонаосовременные БЦВК, какопоказывают экспериментальные исследования, наблюдаютсяоне только физическое разрушениеоэлементной базы бортовогоокомплекса,оа еще ионарушение целостностиинформации, передаваемойопо каналам связиои обрабатываемой бортовымиовычислительнымиомашинами.Одна из особенностей распространенияопериодически повторяющихся импульсных помех, создаваемыхов кабеле (витойопаре) в результатеовоздействияЭМИ, заключается в том, что, несмотряона симметричность витыхопар, часть помехопроникает в цепиосетевого адаптера иоБЦВМ через шинуовзаимодействия.Какоизвестно,ов идеально симметричной витойопаре помехи, наведенные вопроводах пары, взаимно уничтожаются.оПри воздействии внешней гармоническойоэлектромагнитной помехи такогооподавления вполне достаточно.оПри воздейст-47вии СК ЭМИопри общей невысокой энергетикеоимеет место высокая амплитудаопомехового импульса, в результатеочего некая результирующая помеха остаетсяои проникает далее [228].Ввиду того, чтоосреди работ [23, 25, 26, 61, 82-85, 137, 169, 197] отечественных специалистов достаточноошироко освещеновопрос пересчета воздействующих СК ЭМИ в токиои напряжения, создаваемые волиниях связи, водиссертационной работе автор рассматриваетопараметры периодически повторяющихсяоимпульсных помех непосредственно наонагрузке сетевого интерфейса.Обзор работ вопредыдущих разделах и предварительные исследования [6062] показали,очто при воздействии СКоЭМИ на кабель (витуюопару) с использованием емкостной или индуктивной связи достигаетсяонаибольшее количествоодеструктивных эффектов по уничтожению,оискажению иоблокированию информации, передаваемойопо бортовой кабельной сети.Воздействияопо цепям электропитания маловероятны,очто объясняетсясложной схемойовоздействия и необходимостью учета множестваофакторовоработы активного сетевого оборудования,отакихокак применение защитныхофильтров питания, защитаов блоке питания активногоосетевого оборудования, уровнисрабатывания «интеллектуальной» защитыооборудования, критические уровниоработы элементной базыоустройства [189, 215, 219, 220, 250, 252, 259, 265].Воздействию наофизическую среду Ethernet, какоправило, используемую вбортовыхвычислительныхокомплексах, сверхкоротких электромагнитныхоим-пульсов до настоящегоовремени практически неоуделялось должного внимания, всвязи сочем, в работе этимовопросы уделено особоеовнимание.Механизм формирования ошибокопри передаче данныхооснован натом,очтомодельISO/OSIописывающаяовзаимодействиесистемовсетиосостоитоиз семиоуровней.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
