Wpływ silnych impulsów elektromagnetycznych wysokiej częstotliwości generowanych w sposób celowy na proces eksploatacji urządzeń i systemów elektronicznych The impact of strong electromagnetic pulses generated in a targeted manner on the process of opera

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 124. Transport. 2019. " &. & ; ?

(2)

(3) @ &

(4) @ *

(5) )

(6)

(7) . *&);* '94; < &79'6* ELEKTROMAGNETYCZNYCH WYSOKIEJ. +=':9*:3 848:*4; < * '&:'6( CELOWY NA PROCES EKSPLOATACJI 7+`5+8q ';'86* 898#:4 +4; < +is dostarczono, marzec 2019. Streszczenie: &

(8) "

(9)

(10) #

(11)

(12) silnych $ "

(13)

(14)

(15) #

(16) i systemy elektroniczne. Metody klasyfikacji # $.

(17)

(18)

(19)

(20) "

(21) F

(22) /QQ: #

(23)

(24) "

(25) F # Q Wytwarzane

(26) "

(27)

(28) " "# B generowane w spo

(29) Q

(30)

(31) # $

(32)

(33) F

(34)

(35) "

(36) Q %

(37)

(38)

(39) # $.

(40)

(41)

(42) "

(43) # wanego

(44)

(45) "

(46)

(47) Q ^ ##

(48) . "$ #

(49) Q

(50) B.

(51) B

(52)

(53) ( "

(54)

(55) . QQ ;

(56) "

(57)

(58)

(59) #$

(60)

(61) '

(62) . $ Q

(63)

(64) $.

(65) F #,

(66) B

(67) "

(68) #

(69)

(70) F "

(71)

(72)

(73)

(74) # $. Q ?

(75)

(76) . w niniejszym artykule. '

(77) ? eksploatacja, impulsy elektromagnetyczne, system elektroniczny. 1. *'=& Systemy i u#

(78)

(79)

(80)

(81) ystemach telematyki transportu p#.

(82)

(83)

(84)

(85) Q * (unkcjonowanie jest uza

(86)

(87)

(88)

(89)

(90) "

(91) # dane #

(92) . system elektroniczny, $ "

(93)

(94) ch [5, 13, 14, 16]Q `

(95) $ "

(96)

(97) przekroczy dopusz

(98) # "

(99)

(100)

(101) , #

(102)

(103)

(104) . #

(105)

(106) $ (uszkodzenie katastroficzne). W artykule.

(107) 142. ` . przedstawiono z"

(108)

(109) #

(110)

(111)

(112) $ elektromagnetycznych, #

(113) na systemy i u#

(114)

(115)

(116) [2, 3, 7, 8]. Wykorzystanie silnych impulsów elektromagnetycznych

(117)

(118) systemów # $

(119)

(120) (

(121) #

(122) # generatora $: ograniczonej przestrzeni OP, " od ywania silnych elektromagnetycznych

(123)

(124) "# ( Q "

(125) @ F waniem t

(126) @

(127)

(128)

(129) ' . promieniowania –

(130) Q @ "

(131)

(132) "

(133)

(134) @.

(135)

(136)

(137) @ "B O fali wypromieniowanej itd. [7, 24, 26]; czasu T, ' promieniowania silnych impulsów elektromagnetycznych ma# ogra

(138)

(139) # @

(140) "

(141) #

(142) F " (

(143) "#

(144)

(145)

(146) @

(147) @ za"

(148)

(149) pola tylko w danym przedziale czasu 't i na "

(150)

(151) "

(152) 'S;

(153)

(154) V@

(155) '

(156) elektromagnetycznych impulsów o zakresie ,

(157)

(158) , które

(159) # nej przestrzeni o impedancji falowodowej Zf, jednak

(160) "# "# , "B

(161)

(162) - Gz ograniczona; promieniowania wtórnego PW

(163) #"

(164)

(165)

(166) .

(167) # #

(168) , któ

(169) #

(170) F

(171)

(172) ( "

(173)

(174) . *

(175)

(176)

(177)

(178) # F # # B

(179) " "

(180) , który jest proporcjonalny do @ Q V

(181) "#

(182) B innych elementów systemów, #

(183)

(184) " ( "

(185)

(186) , np. systemy

(187) (

(188) @ #e@ #@ Q; odbicia fali elektromagnetycznej OPEM

(189) , pokrycia da@ acji obiektów, balustrad, itd.,

(190) #

(191) .

(192) ( "

(193)

(194) Q. + Q {Q %

(195)

(196) "

(197)

(198)

(199)

(200) #

(201) @ . elektroniczne i obiekty

(202) " .

(203) W

(204) "

(205)

(206) "

(207)

(208) …. 143. Na podstawie

(209) $

(210) B@

(211) w sposób celowy sztuczne silne pole elektromagnetyczne z zakresu wysokich # negatywnie na funkcjonowanie systemów elektronicznychQ )

(212) @ # $. i systemów elektron

(213) B

(214)

(215)

(216)

(217)

(218) F #

(219) agnetycznych [1, 10, 14, 18]. Dotychczas autor dokona analiz

(220)

(221) -

(222) " ych systemów, ich poszczególnych podsystemów np. energetycznych, zasilania, sterowania, systemów $. i nawigacji. `

(223) #

(224)

(225) "

(226)

(227)

(228) silnych $ "

(229)

(230) Q "

(231)

(232)

(233) oddzia

(234)

(235) elektro"

(236)

(237) $

(238) #

(239) . systemy telematyki trans "

(240)

(241)

(242)

(243)

(244) o-eksploatacyjne [15, 19, 20].. 2. +'= :5+);*4 SILNEGO POLA ELEKTROMAGNETYCZNEGO V "

(245) silnego pola elektromagnetycznego m

(246) (

(247) B F

(248) # "B ' a "

(249) # dane #

(250) lub system elektronicznyQ "

(251)

(252)

(253) B unieszkodliwiB #

(254) . i

(255)

(256)

(257) $

(258) #

(259) . i eksploatacyjno-

(260)

(261) [4, 6, 25, 29].

(262) lub

(263)

(264) # $.

(265)

(266) ,

(267) # F tach transportowych

(268) zakresy "

(269) F – #. – impulsowe pole wysokiej mocy (czas trwania impulsu W

(270) { :@ B

(271)

(272) "

(273) .

(274)

(275) (rys. 2), zakres # – "

(276) ( #"@ . pojedynczych GHz, czas trwania impulsów kilka mikro sekund.. Rys. 2. Impuls elektromagnetyczny

(277)

(278) #" W gdzie: W1 ¢ W2; L1 ¢ L2 - "B

(279) #".

(280) 144. ` . Procedura (

(281)

(282)

(283) silnych impulsów elektromagnetycznych (

(284) #

(285)

(286) : a)

(287) – "

(288) @

(289) @

(290) @ ". ustawienia generatora silnych impulsów od atakowanego obiektu itd., b)

(291)

(292) @ na które

(293)

(294) Q

(295) (

(296)

(297) #

(298) . drodze propagacji fali elektromagnetycznej do obiektu transportowegoQ ; . budowlane, z którego wykonano bu

(299) @

(300) #e techniczne i ochrony przed impulsem elektromagnetycznym w obiekcie(ach), liczby otworów budowlanych – okna, drzwi itd. (rys. 3).. Rys. 3. Strefa ochrony nr 3 przed

(301) m silnych impulsów elektromagnetycznych #F $ i systemów elektronicznych

(302)

(303) transportowym – sterowania ruchem kolejowym. W przypadku " obiektów transportowych, gdzie #

(304) .

(305)

(306) i przeznaczeniu

(307) # B

(308) pomieszcze$, #

(309)

(310) #

(311) i systemy elektroniczne [9, 11, 12, 17]Q ? F strzenie w obiektach transportowych, w których s#

(312)

(313)

(314) F cyjne, teleinformatyczne lub magistrale transmisyjne elektronicznych systemów bezpie$ powinny B

(315)

(316) Q x

(317) B F nowane@ / : "

(318) i prowadz B w metalowych rurQ &

(319)

(320)

(321) ! - *od

(322) #

(323) i systemy elektronic

(324)

(325) "

(326) #$

(327)

(328) @

(329) F

(330)

(331)

(332)

(333)

(334) ( Q ?

(335)

(336) F nych w dany #

(337) i systemie elektronicznym

(338) . N B. osobno dla " #

(339) – systemu,

(340) " # $

(341) F wania w obiekcie transportowym. &B

(342)

(343)

(344) silnego impulsu *od

(345)

(346) /{: *od ¢ 0, 1 ². (1). &

(347)

(348)

(349) silnych impulsów elektromagnetycznych *od . zmienny dla

(350) wariantów powierzchni chronionych obiektów transportowych:.

(351) W

(352) "

(353)

(354) "

(355)

(356) …. 145. *od = 1 dla powierzchni, gdzie brak jest # $ i systemów elektronicznych – np. dla powierzchni: "ej (Pg), ruchu (Pr) i pomocniczej (Pp) "" . transportowego –

(357) B

(358)

(359) [1, 3, 8]; dla *od = 0 dla powierzchni transportowych, gdzie

(360)

(361) #

(362) . #

(363) i systemy elektroniczne – np. powierzchnie: e (Pu) i podstawowe (Ppd) wykorzystywane #" . /

(364) : kablowych – stosujemy

(365)

(366) silnym impulsem pola elektromagnetycznego [4, 10, 15]. `

(367)

(368) transportowy

(369)

(370) # (

(371)

(372) ktu widzenia

(373)

(374) $ – tzw. infrastruktura krytyczna. W

(375)

(376) #B B.

(377)

(378) *od = 0 dla powierzchni (Pc). Przenikanie $ # $

(379)

(380)

(381) . przez nadajnik silnych impulsów elektromagnetycznych w.cz. przedstawiono na rysunku 4.. Rys. 4Q

(382)

(383) $ # $.

(384)

(385)

(386) . nadajnik silnych impulsów elektromagnetycznych w.cz.. 3. MODELE PROCESU EKSPLOATACJI 7+`5+8q I SYSTEMÓW Z U*+9=54848 SILNYCH +#)6 8q 898#:48; +4; < Modele procesu eksploatacji systemów i # $

(387)

(388)

(389) F mach telematyki transportu oraz

(390) "

(391)

(392) Q "

(393)

(394) . silnych celowo generowanych $ "

(395)

(396) "#

(397) ich.

(398) 146. ` . funkcjonowania w warunkach rzeczywist" . F skanie z

(399) #j

(400) B $ lokalizacji rozpatrywanych # $ systemów elektronicznych

(401)

(402)

(403) F nych

(404) # a) w

(405)

(406)

(407) silnych impul # Q &

(408)

(409)

(410)

(411) F magnetyczne. U#

(412) .

(413)

(414)

(415) # warunek kompatybilno

(416)

(417) .

(418)

(419) [5, 13, 21, 23]; b) w okresie czasu gdzie w sposób celowy zostaje wytworzony silny impuls elektroma"

(420)

(421) @

(422) # $ . elektronicznych. ) $

(423)

(424)

(425)

(426)

(427) @ F

(428) B@

(429) B. B "

(430) , #.

(431) #

(432) i system

(433)

(434) tych obiektów. %

(435) F nych impulsów na to w jakim stanie technicznym

(436) # F ne systemy –

(437)

(438) @ "

(439) $

(440) $F stwa [13, 22, 27, 28]. Przeprowadz# naliz funkcjonowania # $ i systemów elektronicznych stoso

(441)

(442) "

(443)

(444) silnych $ F gnetycznych@

(445) B # @

(446) F

(447) -eksploatacyjnym, tak jak przedstawia to rysunek 5. Model procesu eksploat # $.

(448)

(449) #

(450) M = SE, RE, FR!. (2). gdzie: SE –

(451)

(452) # $.

(453)

(454)

(455) #

(456) – SPZ –

(457)

(458)

(459) @ )B –

(460)

(461) $Q RE – zbiór par o elementach,

(462) (# , np. ze stanu SPZ do stanu SB, FR – zbiór funkcji,

(463)

(464) +E liczb rzeczywistych dodatnich, tj. R+.. a).

(465) W

(466) "

(467)

(468) "

(469)

(470) …. 147. b). c). d). Rys. 5. Wybrane modele transportowych # $.

(471)

(472) F

(473)

(474) "

(475)

(476) : :

(477)

(478) @. b)

(479)

(480) na drodze propagacji przez przeszkody budowlane, c)

(481)

(482) na drodze propagacji fali – zastosowanie filtrów, d)

(483)

(484) na drodze propagacji – zastosowanie ekranów, gdzie: d – sB "

(485) @ Ô –

(486) (

(487) # @ " F lach transmisyjnych, itd., / -

(488)

(489) "

(490) @

(491) (

(492) Q ": opracowanie

(493) ..

(494) 148. ` . %

(495) silnych impulsów elektromagnetycznych na transportowe systemy elektroniczne (TSE) i # nia, "#

(496)

(497) B

(498) – rys. 6: 1. system. #

(499)

(500)

(501) nie reaguj#

(502)

(503)

(504)

(505) .

(506)

(507) – po $ @

(508)

(509)

(510) $@ . #

(511)

(512)

(513)

(514) @

(515) [13, 23, 25, 27], 2. . #

(516)

(517)

(518)

(519)

(520) #

(521)

(522) . filtry pasywne lub aktywne, 3. w #

(523)

(524) ów # $ elektronicznych ze stanu

(525)

(526)

(527)

(528) –

(529)

(530)

(531) "

(532)

(533) " , 4. w #

(534) silnego

(535) "

(536)

(537) "

(538) "

(539) ie transportowym powoduje uszkodzenie system # $

(540)

(541) – @. system niezdatny.. Rys. 6. Relacje # #

(542) . systemach

(543) "

(544)

(545) silnych za$ "

(546)

(547) ": o

(548)

(549) .. 4. PODSUMOWANIE &

(550)

(551)

(552) #

(553)

(554)

(555) -

(556) # F

(557)

(558) @ #

(559)

(560)

(561)

(562)

(563) F "

(564)

(565) Q +

(566) nym usytuowaniu w obiektach

(567) Q :

(568) "

(569) " F "

(570)

(571) "

(572) Q &

(573) (

(574) . #

(575) "

(576) # "

(577) #" [19, 21, 22]. @ . :

(578)

(579) (

(580) #

(581)

(582)

(583) "Q. `

(584) #

(585)

(586) '

(587) F.

(588) W

(589) "

(590)

(591) "

(592)

(593) …. 149. "

(594)

(595) @

(596)

(597)

(598) #

(599)

(600) .

(601)

(602) ,

(603) #

(604)

(605)

(606) "

(607)

(608) [1, 13, 15, 18, 24]. &

(609)

(610)

(611)

(612) " . #$

(613)

(614)

(615) #

(616)

(617)

(618) #F dzenia i systemy elektroniczne.. Bibliografia 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.. 18.. 19.. 20. 21.. Charoy A.: V

(619) #

(620)

(621)

(622) . WNT, Warszawa 1999. Badyor, M. P., In’kov, Yu. M.: Electromagnetic compatibility of a traction power supply system and infrastructure elements in areas with high traffic, Russian Electrical Engineering, 85(8), 488-492, 2014. Niknejad A. M.: Electromagnetics for High-Speed Analog and Digital Communication Circuits, Cambridge University Press, 2007. Lheurette E. (eds.): Metamaterials and Wave Control, ISTE and Wiley, 2013. `Q@ `Q@ + $ ;Q: Basics of maintaining electronic transport systems, Publishing House of Radom University of Technology, Radom, 2011. Chen S., Ho T., Mao, B.: Maintenance schedule optimisation for a railway power supply system, International Journal of Production Research, 51(16), 4896-4910, 2013. Corsi, S., Voltage Control and Protection in Electrical Power Systems, Springer-Verlag, 2015. @ !Q@ @ !Q,)($@ !Q: HPM pulses – disturbances and systems interaction – basic issues, "#

(623)

(624) @ {{@ {{-14, 2015. @ Q ) (

(625) (

(626) (

(627)

(628) . using video monitoring services. In: „Communication in Computer and Information Science”, editor: J. Mikulski, vol. 471. Springer, Berlin Hedelberg 2015. pp. 59-68. Ott H. W.: ! $. elektronicznych. WNT, Warszawa 1979. `Q@ )Q

(629)

(630) (

(631) ( "

(632) ic interferences on computer information systems. Neural Computing & Applications 2012. DOI:10.1007/s00521-012-1165-1. `Q@ ) " !Q *

(633) (

(634)

(635)

(636) ( Q. Diagnostyka, Vol. 17, No. 1, 2016. pp. 49-55. `Q

(637)

(638)

(639) Q

(640) ?

(641) "

(642) - Humanistyczny, Radom2015. `Q )

(643)

(644) Q `

(645) ( %x^ x@ |/:|{Q Q ~-31. Rosinski A., Dabrowski T.: Modelling reliability of uninterruptible power supply units. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability, Vol.15, No. 4, 2013. + $ ;Q Modelowanie procesu eksploatacji systemów telematyki transportu. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2015. Rychlicki M., Kasprzyk Z.: Increasing performance of SMS based information systems. In: „Proceedings of the Ninth International Conference Dependability and Complex Systems DepCoSRELCOMEX”, given as the monographic publishing series – „Advances in intelligent systems and computing”, Vol. 286. Springer, 2014. pp. 373-382. ) " !Q@ `Q@ + $ ;Q

(646) ( ( ( " ==? Õ

(647)

(648)

(649) F cess. In: J. Mikulski (ed.) Telematics – support for transport, given as the monographic publishing series – „Communications in Computer and Information Science”, Vol. 471. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2014. pp. 69-79. ) " !Q@ `Q@ + $ ;Q * ( –exploitation evaluation of electronic transport systems used in the railway environment with consideration of electromagnetic interference. IET Intelligent Transport Systems 2016,vol. 10, issue 9, 2016, pp. 587–593. ) " !Q@ `Q@ + $ ;Q ?

(650)

(651) gnetic interference. Diagnostyka, vol. 16, no. 1 (2015). pp. 19-22. ) " !Q@ + $ ;Q@ Q +

(652) (

(653) " . EGNOS. In W. Zamojski, J. Mazurkiewicz, J. Sugier, T. Walkowiak, J. Kacprzyk (eds) New results in.

(654) 150. 22.. 23.. 24. 25. 26. 27.. 28. 29.. ` . dependability and computer systems, given as the monographic publishing series – „Advances in intelligent and soft computing”, Vol. 224. Springer, 2013. pp. 353-364. Stawowy M., Dziula P.: Comparison of uncertainty multilayer models of impact of teleinformation devices reliability on information quality. In: “Proceedings of the European Safety and Reliability Conference ESREL 2015”, editors: L. Podofillini, B. Sudret, B. Stojadinovic, E. Zio, W. Kröger. CRC Press/Balkema, 2015. pp. 2685-2691. Kornaszewski M., Chrzan M., Olczykowski Z.: Implementation of new solutions of intelligent transport systems in railway transport in Poland, in Communications in Computer and Information Science, 282-292, Springer, 2017. Kuchta M., `Q: Electromagnetic terrorism — threats in buildings, Biuletyn WAT, LXIV(2), 135-147, 2015. Lheurette, E. (ed.): Metamaterials and Wave Control, ISTE and Wiley, 2013. Loeffler C., Spears E.: Uninterruptible power supply system, in Data Center Handbook, Hwaiyu Geng, P. E. (ed.), 495-521, John Wiley & Sons, 2015. `Q, Rosinski A.: Selected issues regarding the reliability-operational assessment of electronic transport systems with regard to electromagnetic interference, Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability, 19(3), 375-381, 2017. $ T., Wojciechowski J.@ Z.: Rail Transport Infrastructure on the Example of Level Crossing System. International Journal of Engineering & Technology(UAE), 7 (4.3), 228-231, 2018. $ ?Q@ $ ;Q: New Telematic Solutions for Improving Safety in Inland Navigation. In: Mikulski J. (eds) Smart Solutions in Today’s Transport, TST 2017, Communications in Computer and Information Science, vol 715, Springer, Cham 2017.. THE IMPACT OF STRONG ELECTROMAGNETIC PULSES GENERATED IN A TARGETED MANNER ON THE PROCESS OF OPERATION OF ELECTRONIC DEVICES AND SYSTEMS Summary: The article presents the basic issues related to the influence of electromagnetic interference on electronic devices used in transport telematics systems. Classification methods for electronic devices and systems in the aspect of interference of strong high frequency (HF) electromagnetic pulses depend on technical parameters of the interfering signals. Generated, strong electromagnetic pulses in this frequency range may be generated purposefully – as intended signals, e.g. to disable electronic devices and systems used in vast transportation areas. Currently, designers and users of electronic devices and systems do not include the possibility of accumulated interference of strong electromagnetic pulses during operation. Current standard and acts do not provide any requirements determining e.g. resistance and susceptibility to high frequency electromagnetic waves. The author recommends including the selected technical solutions and safety indices in operation. Results and calculations presented in the paper prove that it is possible to defend against the threat upon occurrence of strong electromagnetic pulses, already during the design stage of devices and systems. Keywords: operation, electromagnetic pulses, electronic system.

(655)