基于模糊综合评判法的海战场电磁环境复杂度研究

2013-08-10郑均杰王晓东

舰船电子对抗 2013年3期

郑均杰，王晓东

（解放军92785部队，秦皇岛066200）

0 引言

海战场电磁环境是指到达舰艇编队电子战设备的所有雷达辐射信号的集合。战场电磁环境的特点包括辐射源多、分布密度大、分布范围宽、信号交叠严重等，且信号调制复杂、参数多变快变、信号综合威胁的程度很高。目前，海战场复杂电磁环境的表达主要包括信号数量、信号密度、视频特征等，这种表达方式具有宏观的指导意义，但是复杂性的微观表达不够具体，对复杂性要素的解析不足，时变性表达不明显，无法满足海军舰艇未来作战训练的使用需求，有些情况下甚至会影响部队作战和指挥人员的决策。因此，需要增加和补充另外的参数和表达方式，为定量和定性结合的复杂性分级提供设计依据。

1 海战场电磁环境复杂性分析

现代军事活动和武器装备对电子和信息系统的依赖，是造成战场电磁环境日益复杂的根本原因，围绕掌控战场电磁信息优势而展开的各种技战术应用成为使海战场电磁环境更加激烈和紧张的根本原因。其中，舰载雷达对抗侦察设备对电磁环境复杂性最为敏感，受影响最大，所面临的复杂电磁环境除了具备复杂电磁环境一般特征外，还由于海战场作战主体本身和作战环境的特殊性，使得海战复杂电磁环境具有自身的特征，主要表现为以下几方面[1]。

1.1 目标源特性复杂

水面舰艇相对于岸基武器平台所面临的威胁环境范围更广、种类更多，主要有：

（1）陆（海）基起飞的各型飞机；

（2）中小型的水面舰艇；

（3）从各种平台上发射的导弹；

（4）无人侦察机；

（5）岸基固定和移动站雷达；

（6）各种民用辐射源。

1.2 空间分布密集

海战作战兵力编成大多以编队的方式行动，若从某一传感器观察，电磁环境和威胁目标信号通常来自几个重点方向，随着战斗进程的发展变化，时而交叠、时而分离。复杂电磁环境的这一特征增加了复杂电磁环境下对威胁目标的发现和识别难度。

1.3 时域变化难测

海战场各种类型的辐射源在发射时机、持续时间、扫描方式、电磁兼容等方面存在差异，当共同作用于舰艇对象时，将产生随机多变的不规则信号。复杂电磁环境的这一特征增加了复杂电磁环境下对有用信号的选取识别难度。

1.4 自然环境多变

海洋气候复杂多变，状况不定。海况、陆地和海杂波特性以及异常大气效应都将对威胁信号的发现产生不确定影响，可导致虚警或漏警。

1.5 电磁兼容协调难度大

舰艇、飞机作为海战场上的主要武器装备平台，具有自动化程度高，指挥通信、观测探测、电子对抗、武器控制等多种电子信息装备集聚一体，占用频域宽而自身空间有限的特点。这造成了平台与平台、平台本身各系统间的电磁兼容协调难度增大[2]。

2 模糊综合评判法简介

复杂电磁环境是一个模糊概念，造成电磁环境复杂度度量本身具有一定的模糊性，使一些参数具有难以量化的特性和不完全包容性，所以在电磁环境复杂性度量中，同时对于每一参数因素必须结合装备实际作战使用性能，而且具有确切物理含义的量化模型。模糊综合评判法是一种对受多种因素影响的事物做出全面评价的、十分有效的多因素评价方法，其根据隶属度理论把定性评价转化为定量评价，具有结果清晰、系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决[3]。因此，采取模糊综合评判法能较好地适应这一问题的解决。其基本步骤为：

（1）确定评价要素集，根据问题的性质和达到的目标，分解出问题的不同组成要素，形成影响评价对象的各要素的集合。

（2）确定评语集，通过一定计算和评估方法对各要素的隶属程度进行赋值，得到各要素评价结果；并将电磁环境复杂度定为极其复杂、较复杂、中等复杂、一般复杂和简单5个级别，以便从多个层次反映电磁环境的复杂程度。

（3）确定权重集，由于各要素在整个评价体系中所占的相对重要程度不同，因此要根据各要素重要性大小，采用多轮次的专家调查法，分别赋予一组位于[0，1]间的权重值，以保证评价结果的合理性，并且要保证权重加和为1。

（4）进行综合评价，将各要素评价结果与各要素权重进行乘积。

3 海战场电磁环境复杂度模糊评价模型

为了度量海战场电磁环境复杂度，充分考虑构成复杂电磁环境的各类核心要素，在不关注相互作用的前提下，研究独立改变各要素对电磁环境复杂性的贡献，因此引入信号环境密度、雷达源数量、空间覆盖率、频谱占有率、工作体制分布、信号强度分布来度量环境对武器平台作战资源的影响，建立如下结构模型[4]：

（1）信号环境密度，是指在一定的时间和频率范围内，海战场电磁脉冲信号的数量，用以度量电磁辐射源的总量。

（2）雷达源数量，是指在一定时间和频率范围内，武器平台有效接收范围内电磁辐射源数量，用以反映海战场上作战平台总数，并在一定程度上决定了信号密度的大小。

（3）频谱占用度，是指在一定时间和空间范围内，电磁信号功率密度谱的平均值超过指定的电磁环境门限所占有的频带与作战用频范围的比值，用以度量辐射源工作频率的占用程度。

（4）空间覆盖率，是指在一定的时间和频率范围内，各类辐射源空间方位分布与接收范围的百分比，用以度量辐射源空间方位的占用程度。

（5）工作体制分布，是指在一定的时间和空间范围内，各类辐射源中不同体制目标信号的比例，用以度量辐射信号特征复杂性的程度。

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（6）信号强度分布，是指将武器平台作为电磁信号接收点，在该点电磁辐射信号的场强大小及其变化分布，用以度量辐射源信号强弱复杂性的程度。

图1 海战场电磁环境复杂度指标结构图

确立海战场电磁环境复杂度计算模型：

式中：Wi为各要素的加权系数；Ui为各要素的度量值，根据专家经验确定，最后结果保留两位有效数字取整。

4 海战场电磁环境复杂度模糊评价方法

4.1 确定各要素计算模型

信号环境密度U1计算模型：

式中：Wi为信号环境密度统计值；W 为武器平台实际指标的对应值；k为阀值系数。

雷达信号部数U2的计算模型：

式中：Ni为雷达信号部数值；N为武器平台实际指标的对应值；k为阀值系数。

频谱占用度U3计算模型：

式中：Ti为信号超过门限电平值以上的时间；T为检测时间。

空间覆盖率U4计算模型：

式中：Li为接收范围内辐射源方位样本数的总和；L为武器平台有效方位样本点数。

工作体制分布比U5计算模型：

式中：Ni为雷达信号部数中特殊信号的数量值；N为雷达信号部数值；k为阀值系数。

信号强度分布比U6计算模型：

式中：Bo为接收到的信号瞬时最大幅度差；B为武器平台实际可接收的动态范围。

4.2 确立各要素系统

信号环境密度U1系数如表1所示，雷达信号部数U2系数如表2所示，频谱占用度U3系数如表3所示，空间覆盖率U4系数如表4所示，工作体制分布比U5系数如表5所示，信号强度分布比U6系数如表6所示，各要素的权值如表7所示。

表1 信号环境密度U1系数表

表2 雷达信号部数U2系数表

表3 频谱占用度U3系数表

表4 空间覆盖率U4系数表

表5 工作体制分布比U5系数表

表6 信号强度分布比U6系数表

表7 各要素权值

4.3 建立海战场电磁环境复杂度U系数表

根据海战场电磁环境复杂度计算模型得出U值，并且电磁环境复杂度按照五级标准进行评价，一级为简单，二级为一般复杂，三级为中度复杂，四级为较复杂，五级为极其复杂。

表8 海战场电磁环境复杂度U系数表

5 应用实例

例：海战场环境构建为某近海海域，架设雷达部数45部，其中特殊体制雷达20部，信号密度为30万脉冲／s，频率占用率40%；某型舰船雷达对抗侦察设备工作频率范围2～18GHz，方位覆盖范围360°，角度分辨力为2°，其信号密度适应指标为20万脉冲／s，雷达部数适应指标为60部，可适应的信号动态范围60dB，假设雷达信号瞬时最大幅度差为25dB，则根据公式（1）～（7）及表1～8得出：

信号环境密度U1＝0.73，为较复杂；

雷达信号部数U2＝0.68，为较复杂；

频谱占用度U3＝0.4，为中度复杂；

空间覆盖率U4＝0.35，为一般复杂；

工作体制分布比U5＝0.56，为中度复杂；

信号强度分布比U6＝0.41，为较复杂。

最后得出海战场相对于武器平台接收机的复杂度U＝57为中度复杂。