一种容忍模糊参数的用频干扰分析方法*

许宏泉

（海装武汉局驻武汉地区第四军事代表室 武汉 430205）

1 引言

用频干扰分析技术是保障作战过程中装备用频顺畅进行、用频业务有序开展的基础［1］。能够对装备的主频点与备用频点等频谱资源的潜在受扰情况、用频质量与效能等用频要素进行分析，从时、空、频、能等各方面建立频谱资源优化使用的约束条件，从而为战前用频规划、频率资源指配与协调提供线索、建议与支撑［2］。

以电磁场理论、天线理论等为基础，目前业界对电磁干扰的机理已经理解得比较透彻，掌握了相关理论模型［3］。然而，要将这些模型推广应用至工程上，对实际发生的用频干扰进行分析，还欠缺一些必要的中间环节。其中一个重要环节，就是输入参数的模糊性问题。

北京航空航天大学于90年代初开发的一套针对飞机的电磁兼容预测软件BHEMCAP［4］。大连舰院的司南［5］针对舰艇电磁环境的特点，对舰艇电磁兼容性问题进行了宽泛而简要的介绍，夏惠诚等［6］面对国际通用电磁兼容预测法在实践中难以实现的弊端，提出了一种易于实现的综合预测分析法；武汉海军工程大学的朱强华等人［7］结合一定的战术背景（如航渡、防空反导等），为电磁干扰预测和舰载电子设备的最优化使用研究指出了一种新的思路；李立芳等人［8］对舰艇无线电通信设备干扰判决条件与评估流程进行了讨论；西安工业大学的赵欣楠和程光伟［9］对地面雷达系统间的电磁兼容预测方法进行了探讨。毕季明等人［10］参照舰船电磁兼容处理原则，生成舰船电磁兼容战术辅助决策表；大连舰院的马野与贾春［11］提出了武器协同使用的流程。但在用频参数缺失或模糊的情况下，如何构建相应的算法和模型进行用频干扰分析，就成为一个亟待研究解决的课题。回顾相关文献，目前尚不存在针对参数模糊性的用频干扰分析研究工作。本文将围绕适应模糊化参数的用频干扰分析展开研究。

2 适应模糊化参数的用频干扰分析方法

2.1 用频干扰分析算法框架

用频干扰分析算法流程共分为时间筛选、频率筛选、幅度筛选、发射机-接收机修正、天线修正、传播修正等若干阶段。其中，时间筛选、频率筛选是快速筛选阶段，利用发射机和接收机的频率、带宽等工作参数作为必要条件进行快速扫描；幅度筛选则在计算发射机发射/接收机响应幅度时非常粗略的考虑频率、距离、增益等因素的影响。接下来则通过一系列的修正计算，将更细致地对干扰裕量进行必要修正，获得比较接近实际情况的分析结果。

以上即是目前业界提出的用频干扰分析的主流算法框架。本文将在这一算法框架流程的基础上开展研究，针对频率筛选和幅度筛选两个阶段，讨论当系统所掌握的频谱参数存在模糊甚至缺失现象时如何进行干扰分析，建立适应模糊化输入参数的干扰分析算法。

2.2 频率筛选阶段说明

在该阶段的处理流程之初添加一个完整性判断步骤，对发射机、接收机的工作频率与带宽fT、fR、BT、BR的完整性进行判断，具体处理流程如下。

1）若fT或fR未知，属于核心参数缺失，无法进行频率筛选，则跳过正常判断步骤，以“不能排除干扰、留待后续分析”的状态结束本阶段。

2）若fT或fR仅知晓大致范围，属于核心参数模糊，则忽略带宽的完整性，直接进行模糊频率筛选。

3）若fT与fR已知，但BT或 BR未知，属于部分参数缺失，只能进行不完整的频率筛选，不能保证获得确切的结论。

4）若fT与fR已知，且BT与 BR已知，则频率参数完整，按照正常步骤进行判断。

2.2.1 模糊频率筛选模型

当仅仅知晓发射机工作频率fT或接收机工作频率fR的大致范围时，直接根据频率的取值范围（也就是工作频段）进行判断。根据发射机、接收机频率不同的模糊性，又可进一步细分为如下三种情况。

1）发射机仅知频段、接收机固定频点

发射机频率模糊、接收机频率清楚时，鉴于置信度情况，此时仅仅关注发射机基波对接收机基波/杂波的干扰。设接收机的工作频率为fR；发射机的工作频段为FT=（fT，min，fT，max）。

如果 fR∈FT，即 fT，min≤fR≤fT，max，则需要考虑基波干扰；

如果 fR∉FT，即 fR＜fT，minor fR＞fT，max，则可以排除基波干扰。

2）发射机固定频点、接收机仅知频段

发射机频率清楚、接收机频率模糊时，鉴于置信度情况，此时仅仅关注发射机基波/杂波对接收机基波的干扰。设发射机的工作频率为fT；接收机的工作频段为FR=（fR，min，fR，max）。

如果 fT∈FR，即 fR，min≤fT≤fR，max，则需要考虑基波干扰；

如果 fT∉FR，即 fT＜fR，minor fT＞fR，max，则可以排除基波干扰。

3）发射机、接收机均仅知频段

发射机频率模糊、接收机频率也模糊时，由于置信度太低，此时仅仅关注发射机基波对接收机基波的干扰。设发射机的工作频段为FT=（fT，min，fT，max）；接收机的工作频段为 FR=（fR，min，fR，max）。要判断发射机基波信号是否可能造成接收机基带响应，只需要判断发射机的工作频段与接收机的工作频段是否存在交叠。模型如下：

如果FR∩FT≠∅，则需要考虑基波干扰，并记录二者的交集作为干扰嫌疑频段；

如果FR∩FT=∅，则可以排除基波干扰。

1.2.2 不完整频率筛选模型

当发射机、接收机的工作频率fT与fR已知，但其带宽BT或BR未知时，由于作为配套参数的带宽缺失，对频率筛选工作的准确性造成影响；但由于频率筛选属于快速粗略的筛选，不需要过于精细，此时可假设装备的带宽参数值相近，根据已知的接收机带宽进行判断。根据发射机、接收机带宽不同的缺失情况，可进一步细分为如下三种情况：

1）发射机带宽未知、接收机带宽已知

如果 ||fT-fR＜Nmax×BR，则需要考虑基波干扰；

如果 ||fT-fR＞Nmax×BR，则可以排除基波干扰。

2）发射机带宽已知、接收机带宽未知

如果 ||fT-fR＜Nmax×BT，则需要考虑基波干扰；

如果 ||fT-fR＞Nmax×BT，则可以排除基波干扰。

3）发射机、接收机带宽均未知

由于带宽完全未知，无法进行干扰判断。

1.3 幅度筛选阶段说明

幅度筛选阶段所涉及到的频谱参数有发射机工作频率fT，发射机基波幅度PT（fT），接收机工作频率fR，接收机基波敏感度门限PR（fR）；发射天线设计频率，发射天线主瓣增益，接收天线设计频率，接收天线主瓣增益GR( f ，P0)，发射接收天线之间的直线距离d。在该阶段的处理流程中添加完整性判断步骤，对各项频谱参数的完整性进行判断，具体处理流程如下：

1）本阶段的核心参数是与能量相关的发射机幅度PT、接收机敏感度门限PR、发射天线主瓣增益GT( f ，P0)、接收天线主瓣增益GR( f ，P0)。若这些核心参数有任意一项缺失，都无法进行干扰裕量计算，也就无法进行幅度筛选，后续的一系列修正操作也丧失了基础。则跳过本阶段及后续阶段，以“干扰情况不明”的状态结束整个干扰分析算法。

2）若以上核心参数仅知晓大致范围，属于核心参数模糊，进行模糊幅度筛选。

3）若模糊幅度筛选或理想幅度筛选无法排除干扰，则还要基于收发天线距离d、装备频率fT、fR与天线设计频率本阶段的衰减修正。若距离或频率等配套参数缺失，以至于无法计算衰减，则保留干扰裕量值，以“不能排除干扰、留待后续分析”的状态结束本阶段。

4）若模糊幅度筛选或理想幅度筛选无法排除干扰，而配套参数模糊，则进行模糊幅度修正。

2.3.1 模糊幅度筛选模型

当与能量相关的发射机幅度PT、接收机敏感度门限PR、发射天线主瓣增益GT(f，P0)、接收天线主瓣增益GR(f，P0)等核心参数仅知晓大致取值范围时，根据参数的取值范围获得干扰裕量值的取值范围，并根据干扰裕量的范围进行初步的干扰判断。具体模型如下：

设发射机功率幅度范围 PT=（PT，min，PT，max），接收机敏感度门限范围 PR=（PR，min，PR，max），发射天线主瓣增益 GT=（GT，min，GT，max），接收天线主瓣增益GR=（GR，min，GR，max）。根据理想情况下干扰裕量的计算方式：

若暂时忽略传播衰减L，可知在模糊能量因素下的干扰裕量的取值边界为

由于传播衰减L会进一步降低干扰裕量值，故可根据以下条件进行干扰判断：

如果IMmax＜0，则可排除干扰；

如果IMmax＞0，则不能排除干扰，还需进一步判断。

2.3.2 模糊幅度修正模型

当收发天线距离d、装备频率fT、fR与天线设计频率等配套参数仅知晓大致取值范围时，类似于模糊幅度筛选模型，根据参数的取值范围进行计算与判断。

在模糊的距离与频率条件下，仍根据自由空间传播模型，对电磁波传播衰减量的范围进行估计：

根据传播衰减，对干扰裕量边界值进行修正：

3 实验结果与分析

3.1 频率筛选模型实验

下面针对频率筛选模型的实例进行说明：已知某发射机装备工作频率取值范围为850MHz～900MHz，带宽为1MHz；某接收机装备工作频率取值范围为 890MHz～910MHz，带宽为 100kHz。对该发射机装备与接收机装备进行同频干扰分析筛选。

第一步，参数录入。采集发射机装备、接收机装备的工作频率和带宽参数值。

第二步，参数检查。对发射机装备和接收机装备的工作频率与带宽参数的完整性进行判断：将工作频率视为核心参数，将带宽视为普通参数。

第三步，模型选择。由于前一步的参数完整性检查结论为“核心参数模糊”，故选用“模糊频率筛选模型”进行同频干扰分析筛选。

第四步，分析筛选。根据所选定的干扰分析模型，对发射机装备和接收机装备的工作频率与带宽参数进行运算处理，判断该两个装备是否有可能发生同频干扰。

根据“模糊频率筛选模型”，判断 fR，min≤fT，max且 fT，min≤fR，max是否成立。由于 fR，min=890MHz ＜900MHz=fT，max，而且 fT，min=850MHz ＜ 910MHz=fR，max，故上式成立，存在同频干扰嫌疑。得出的结论是，发射机装备和接收机装备之间存在同频干扰嫌疑。

3.2 幅度筛选模型实验

下面针对幅度筛选模型的实例进行说明：已知某发射机装备功率幅度的取值范围为（60，90），接收机敏感度门限的取值范围为（90，110），发射天线主瓣增益的取值范围为（20，30），接收天线主瓣增益的取值范围为（20，35），发射机装备的z工作频率fT的取值范围为（850MHz，900MHz），接收机装备的工作频率fR的取值范围为（890MHz，910MHz），对该发射机装备与接收机装备进行同频干扰分析筛选。此处由于仅体现幅度筛选模型的主要流程，故不考虑天线设计频率检查修正。

第一步，参数录入。采集发射机装备的功率幅度数值，接收机装备的敏感度门限数值，以及二者的天线主板增益和工作频率数值。

第二步，核心参数检查。对录入的核心参数的完整性进行判断：将发射机功率幅度，接收机敏感度门限以及二者天线主瓣增益视为核心参数，工作频率视为配套参数。经检查，均知晓的是其取值范围，因此，核心参数完整性检查结论为“核心参数模糊”。

第三步，模型选择。由于前一步的参数完整性检查结论为“核心参数模糊”，故选用“模糊幅度筛选模型”进行同频干扰分析筛选。

第四步，分析筛选。根据所选定的干扰分析模型，对核心参数进行运算处理，判断两个装备是否有可能发生同频干扰：

由于发射机装备功率幅度的取值范围为（60，90），接收机敏感度门限的取值范围为（90，110），发射天线主瓣增益的取值范围为（20，30），接收天线主瓣增益的取值范围为（20，35）。

根据“模糊幅度筛选模型”，判断是否大于0，=65＞0，存在同频干扰嫌疑。由于结论是“存在同频干扰嫌疑”，故选择进一步分析，采用幅度修正模型。

第五步，配套参数检查。将发射机装备与接收装备的工作频率视为配套参数，检查其完整性。经检查，均知晓的是其取值范围，因此，配套参数完整性检查结论为“配套参数模糊”。

第六步，模型选择。由于前一步的参数完整性检查结论为“配套参数模糊”，故选用“模糊幅度修正模型”进行同频干扰幅度修正。

第七步，幅度修正。根据所选定的干扰分析模型，对配套参数进行运算处理，判断两个装备是否有可能发生同频干扰：

经计算电磁波传播衰减量L的取值范围为（10，20），干扰裕量修正后最大值=55＞0，存在同频干扰嫌疑。得出的结论是，发射机装备和接收机装备之间存在同频干扰嫌疑。

4 结语

本文根据海战场复杂电磁环境与激烈电子对抗作战条件下跨平台协同作战的战术技术要求和特点，充分考虑输入参数可能存在缺失和不够准确的实际状况，提出了输入参数完整性检查机制，给出了能够容忍模糊输入参数的干扰分析算法和模型。该方法能够适应输入参数不完整、不准确等现实情况，在用频干扰分析工作的理论模型与工程化实现之间建立起一座桥梁，较好地支撑了用频干扰分析技术的发展与实用化。