舰艇电磁兼容管理控制辅助决策方法研究

倪丛云

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)



舰艇电磁兼容管理控制辅助决策方法研究

倪丛云

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)

针对舰艇电子武器装备的电磁兼容管理现状，提出了舰艇电磁兼容控制方法的辅助决策原则与过程，用图论的方法仿真了舰艇电磁兼容辅助决策。

电子设备；电磁兼容；辅助决策；图论

0 引 言

舰载电子设备数量越来越多，本舰电子武器设备及编队作战时电子武器装备之间的电磁兼容问题也越来越严重，为有效克服潜在的影响，顺利完成作战使命，必须控制本舰电子设备间和编队舰艇武器系统间的电磁干扰，实现全船、战区电磁兼容。

1 舰艇电磁兼容

现代舰艇装备了多种先进电子设备与系统，作战系统中提供了雷达预警、电子战、跟踪和制导、武器系统控制指挥与决策、通信、数据传输处理、敌我识别、导航、水下探测、气象等技术手段，对应的电子设备所产生、接收、传送、处理、贮存的电信号中含有大量信息，且众多电子系统集中装备在狭窄的空间内，使得密度日趋增大。为了保证各种电子设备和武器系统正常工作，顺利完成作战使命，必须控制设备间的电磁干扰，实行电磁兼容管理控制[1]。

1.1 舰艇电磁兼容性控制

电磁干扰可能造成设备功能指标降低、误动作、误爆、误燃、辐射危险、电磁暴露与电磁泄密。

电磁兼容性控制技术分为控制策略与控制技术，主要有传输通道抑制、空间分离(空域管理)、时间分隔(时域管理)、频域管理及电气隔离等。舰艇电磁兼容主要采用电磁干扰控制技术，尽可能消除干扰，通过组织管理措施减少不可避免的危害。具体的方法有：

(1) 抑制干扰源，降低干扰强度；

(2) 提高受干扰设备的抗干扰能力；

(3) 增加传输干扰途径的衰减，减少相互耦合。

舰船总体设计阶段对舰上电子、武器装备天线安装位置进行调整优化，并对关键部位采取屏蔽、绝缘隔离等措施，通过多种抗干扰接收技术等措施提高各设备的抗干扰能力；对电磁干扰危害的管理主要是针对采用干扰控制方法无法消除的干扰，根据各电子、武器装备的功能特性，合理调度其使用时机、使用方法，对产生全舰安全问题和强干扰问题的设备的工作频率、发射功率、发射时机和发射方向进行优化决策、统一管理、合理调度，从而有效防止或降低电子设备通过射频信号的耦合引起的设备或系统间的电磁干扰[2]。

干扰管理主要在舰艇服役过程中使用，是靠条例和舰员操作来实现的，即如何通过管理控制的手段实现相互干扰的电子、武器装备之间兼容工作，涉及到技术、战术的综合优化决策问题，本文试图通过计算机辅助决策的办法找出一条有效解决途径。

1.2 舰艇电子武器设备电磁兼容矩阵方案

根据舰载电子设备及武器系统的基本情况，可以列出一个电磁兼容的矩阵表，根据专业知识和经验在纵横交汇点上填入可能造成干扰的干扰等级：严重、轻微与基本不干扰。设计师必须权衡系统设备的功率、灵敏度、空间、时间和频谱等要求，使彼此之间的干扰减到最小，以系统和集中的方式使用电磁兼容技术，并通过全舰电磁兼容管理决策，使电磁兼容达到最佳状态[3]。

2 舰艇电磁兼容辅助决策研究

舰艇通过装备电磁兼容管理系统，从技术上提供了解决舰艇电磁兼容的手段，电磁兼容管理决策层次高、责任大，对作战指挥甚至战斗胜负影响很大。目前在技术上能对单舰设备进行电磁管理，但在战术使用上仍缺少辅助决策指挥的方法与手段。

2.1 舰艇电磁兼容辅助决策原则

电磁兼容辅助决策原则是将战术与电磁兼容技术相结合，作战需求上设备使用危急程度高者优先，使用效能高者优先，使用时间短者优先，影响其他电子设备小者优先。同时，还要根据战术条令和战场态势确定电子设备的使用顺序。

2.2 舰艇电磁兼容辅助决策过程

2.2.1 任务设定

在战术中，作战任务不同，其使用原则就不一样。主要分析3种任务：航渡、反舰和反导防空。这3个设定包括了舰艇的日常行为、进攻行为和防御行为，具有很强的代表性，尤其是后2个设定，直接关系到舰艇作战任务是否完成、本方力量能否幸存。根据上述战术背景，以电磁兼容矩阵表为基础，确定电子设备的使用优先级序列。

2.2.2 干扰决策

干扰决策的过程就是分析每个电子、武器设备的多个工作状态，如电子战有加滤波器和不加滤波器状态，雷达有工作在全频段和工作在保护频段状态等等，这些电子武器设备的所有工作状态形成一个大的集合，再根据作战任务需求，找出其中互不干扰的子集合，即实现了电磁兼容的辅助决策。

2.3 图论算法

图论中的图形通常用来描述某些事物之间的某种特定关系，用点代表事物，用连接2点的线表示相应2个事物间具有这种关系。

2.3.1 图论相关概念

图论中的“图”只是表达一些确定的事物之间的联系的一个数学系统。一个有序二元组(V，E)称为一个图，记为G= (V，E)，其中V称为G的顶点集，V≠Φ， 其元素称为点；E称为G的边集，其元素称为边，它连接V中的2个点，如果这2个点是有序的，则称为有向边。如果V是有限非空点集，则称G为有限图或n阶图。 如果E的每一条边都是无向边， 则称G为无向图(如图1)；如果E的每一条边都是有向边，则称G为有向图(如图2)；否则称为混合图。

图1 无向图

图2 有向图

这里只讨论有限简单图，即：(1) 顶点个数是有限的；(2) 任意一条边有且只有2个不同的点与它相互关联；(3) 若是无向图， 则任意2个顶点最多只有一条边与之相联结；(4) 若是有向图， 则任意2个顶点最多只有2条边与之相联结。当2个顶点有2条边与之相联结时，这2条边的方向相反。

设图G= (V，E)，I⊂V，如果I中任意2个顶点在G中都不相邻， 则称I是G的一个独立集。若G的一个独立集中，任意添加一个点后不再是独立集，则称此独立点集是G的一个极大独立集。顶点数最多的独立集，称为G的最大独立集。

2.3.2 极大独立集求解

求取图G的极大独立集的方法有多种，这里采用数学代数式的解法。

设有n个命题变元P1，P2，…，Pn，则形如Q1∧Q2∧…∧Qn的命题公式称为由命题变元P1，P2，…，Pn所产生的极小项。

并作命题表达式:

(1)

当图G的顶点数较少时，求图的极大独立集有以下步骤:

(1) 对于图G的所有边，建立逻辑表达式；

(2) 根据德·摩根律写出逻辑表达式；

(3) 根据逻辑运算法则化简上面逻辑表达式为最简的析取范式；

(4) 写出所有极大独立集。

当图G的顶点数较多时，算法1 有一定的局限性，需用另一种递归算法求得。

2.4 算法说明

将电磁兼容干扰矩阵中的各电子、武器设备及其各种工作状态作为图G的顶点，任意2点存在电磁干扰时，将该2点连线，得到完整的图G，求出图G的所有极大独立集，再在其中寻找符合任务设定要求的极大独立集，即为所需要的辅助决策结果。

算法步骤为：

(1) 确定顶点

在航渡任务中，需要使用的设备有雷达、电子战、导航雷达、甚高频(VHF)/超高频(UHF)台、高频(HF)台、Ku卫通，各设备的工作状态分别如下：

电子战={正常，匿影，匿影、接滤波器}={s0，s1，s2}；

导航雷达 ={正常}= {r0}；

VHF/UHF台 ={正常}= {c0}；

HF台 ={正常}= {h0}；

Ku卫通 ={正常}={k0}；

(2) 画出干扰图

同一设备的各个工作状态之间关系为互斥的，可认为是互相干扰的。

G= (V，E)，V= {s0，s1，s2，r0，c0，h0，k0}，E={e0，e1，e2，e3，e4，e5},其中e0=s0s1，e1=s0s2，e2=s1s2，e3=s0r0，e4=s0k0，e5=s1k0。

(3) 求出所有极大独立集

按极大独立集求解的算法求出干扰图的所有极大独立集：{s0，c0，h0}，{s1，c0，h0}，{s2，r0，c0，h0，k0}，{s1，r0，c0，h0}。

(4) 得到辅助决策

根据所求出的干扰图的所有极大独立集，再对照作战任务需求，可得出辅助决策为{s2，r0，c0，h0，k0}，即：

雷达电子战={匿影、接滤波器}={s2}；

导航雷达 ={正常}= {r0}；

VHF/UHF台 ={正常}= {c0}；

HF台 ={正常}= {h0}；

Ku卫通 ={正常}={k0}。

通过舰艇电磁兼容管理系统发出相关指令，即可完成舰艇电磁兼容管理控制。

2.5 舰艇电磁兼容辅助决策仿真

根据上节辅助决策算法，进行了软件仿真，仿真软件流程如图3所示。

图3 软件仿真流程

3 结束语

本文以图论方法来解决舰艇电磁兼容辅助决策的研究，找出了一种舰艇电子设备电磁兼容管理控制的有效途径，该辅助决策方法给出了舰艇电子设备充分发挥战斗力战术的流程，减轻了舰艇指挥员的工作压力。舰艇电磁兼容辅助决策方法可在电磁兼容管理系统中实现，但如何在实战中有效地使用，仍有一些难题需要研究。

[1] 倪丛云.舰载雷达的电磁兼容设计[J].舰船电子对抗，2002,25(1)：40-42.

[2] 梁瑞麟.舰船电子设备的电磁兼容性技术实践[J].舰船电子对抗，2004,27(6)：43-46.

[3] 王强，黄暄.舰船电磁环境对电子对抗系统作战性能的影响[J].舰船科学技术，2007,29(3)：87-90.

Research into Assistant Decision-making Methods of Electromagnetic Compatibility Management and Control for Warship

NI Cong-yun

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Aiming at the electromagnetic compatibility management actuality of electronic weapon equipments in the warship,this article puts forward the assistant decision-making rules and course of electromagnetic compatibility control method for ship,simulates the assistant decision-making of electromagnetic compatibility for ship by means of chart theory.

electronic equipment;electromagnetic compatibility;assistant decision-making;chart theory

2015-04-09

TN97

A

CN32-1413(2015)02-0015-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.02.005