基于模糊綜合評(píng)判法的海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度研究

鄭均杰，王曉東

（解放軍92785部隊(duì)，秦皇島066200）

0 引 言

海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境是指到達(dá)艦艇編隊(duì)電子戰(zhàn)設(shè)備的所有雷達(dá)輻射信號(hào)的集合。戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的特點(diǎn)包括輻射源多、分布密度大、分布范圍寬、信號(hào)交疊嚴(yán)重等，且信號(hào)調(diào)制復(fù)雜、參數(shù)多變快變、信號(hào)綜合威脅的程度很高。目前，海戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境的表達(dá)主要包括信號(hào)數(shù)量、信號(hào)密度、視頻特征等，這種表達(dá)方式具有宏觀的指導(dǎo)意義，但是復(fù)雜性的微觀表達(dá)不夠具體，對(duì)復(fù)雜性要素的解析不足，時(shí)變性表達(dá)不明顯，無法滿足海軍艦艇未來作戰(zhàn)訓(xùn)練的使用需求，有些情況下甚至?xí)绊懖筷?duì)作戰(zhàn)和指揮人員的決策。因此，需要增加和補(bǔ)充另外的參數(shù)和表達(dá)方式，為定量和定性結(jié)合的復(fù)雜性分級(jí)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜性分析

現(xiàn)代軍事活動(dòng)和武器裝備對(duì)電子和信息系統(tǒng)的依賴，是造成戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境日益復(fù)雜的根本原因，圍繞掌控戰(zhàn)場(chǎng)電磁信息優(yōu)勢(shì)而展開的各種技戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用成為使海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境更加激烈和緊張的根本原因。其中，艦載雷達(dá)對(duì)抗偵察設(shè)備對(duì)電磁環(huán)境復(fù)雜性最為敏感，受影響最大，所面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境除了具備復(fù)雜電磁環(huán)境一般特征外，還由于海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)主體本身和作戰(zhàn)環(huán)境的特殊性，使得海戰(zhàn)復(fù)雜電磁環(huán)境具有自身的特征，主要表現(xiàn)為以下幾方面[1]。

1.1 目標(biāo)源特性復(fù)雜

水面艦艇相對(duì)于岸基武器平臺(tái)所面臨的威脅環(huán)境范圍更廣、種類更多，主要有：

（1）陸（海）基起飛的各型飛機(jī)；

（2）中小型的水面艦艇；

（3）從各種平臺(tái)上發(fā)射的導(dǎo)彈；

（4）無人偵察機(jī)；

（5）岸基固定和移動(dòng)站雷達(dá)；

（6）各種民用輻射源。

1.2 空間分布密集

海戰(zhàn)作戰(zhàn)兵力編成大多以編隊(duì)的方式行動(dòng)，若從某一傳感器觀察，電磁環(huán)境和威脅目標(biāo)信號(hào)通常來自幾個(gè)重點(diǎn)方向，隨著戰(zhàn)斗進(jìn)程的發(fā)展變化，時(shí)而交疊、時(shí)而分離。復(fù)雜電磁環(huán)境的這一特征增加了復(fù)雜電磁環(huán)境下對(duì)威脅目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和識(shí)別難度。

1.3 時(shí)域變化難測(cè)

海戰(zhàn)場(chǎng)各種類型的輻射源在發(fā)射時(shí)機(jī)、持續(xù)時(shí)間、掃描方式、電磁兼容等方面存在差異，當(dāng)共同作用于艦艇對(duì)象時(shí)，將產(chǎn)生隨機(jī)多變的不規(guī)則信號(hào)。復(fù)雜電磁環(huán)境的這一特征增加了復(fù)雜電磁環(huán)境下對(duì)有用信號(hào)的選取識(shí)別難度。

1.4 自然環(huán)境多變

海洋氣候復(fù)雜多變，狀況不定。海況、陸地和海雜波特性以及異常大氣效應(yīng)都將對(duì)威脅信號(hào)的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生不確定影響，可導(dǎo)致虛警或漏警。

1.5 電磁兼容協(xié)調(diào)難度大

艦艇、飛機(jī)作為海戰(zhàn)場(chǎng)上的主要武器裝備平臺(tái)，具有自動(dòng)化程度高，指揮通信、觀測(cè)探測(cè)、電子對(duì)抗、武器控制等多種電子信息裝備集聚一體，占用頻域?qū)挾陨砜臻g有限的特點(diǎn)。這造成了平臺(tái)與平臺(tái)、平臺(tái)本身各系統(tǒng)間的電磁兼容協(xié)調(diào)難度增大[2]。

2 模糊綜合評(píng)判法簡(jiǎn)介

復(fù)雜電磁環(huán)境是一個(gè)模糊概念，造成電磁環(huán)境復(fù)雜度度量本身具有一定的模糊性，使一些參數(shù)具有難以量化的特性和不完全包容性，所以在電磁環(huán)境復(fù)雜性度量中，同時(shí)對(duì)于每一參數(shù)因素必須結(jié)合裝備實(shí)際作戰(zhàn)使用性能，而且具有確切物理含義的量化模型。模糊綜合評(píng)判法是一種對(duì)受多種因素影響的事物做出全面評(píng)價(jià)的、十分有效的多因素評(píng)價(jià)方法，其根據(jù)隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決[3]。因此，采取模糊綜合評(píng)判法能較好地適應(yīng)這一問題的解決。其基本步驟為：

（1）確定評(píng)價(jià)要素集，根據(jù)問題的性質(zhì)和達(dá)到的目標(biāo)，分解出問題的不同組成要素，形成影響評(píng)價(jià)對(duì)象的各要素的集合。

（2）確定評(píng)語(yǔ)集，通過一定計(jì)算和評(píng)估方法對(duì)各要素的隸屬程度進(jìn)行賦值，得到各要素評(píng)價(jià)結(jié)果；并將電磁環(huán)境復(fù)雜度定為極其復(fù)雜、較復(fù)雜、中等復(fù)雜、一般復(fù)雜和簡(jiǎn)單5個(gè)級(jí)別，以便從多個(gè)層次反映電磁環(huán)境的復(fù)雜程度。

（3）確定權(quán)重集，由于各要素在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中所占的相對(duì)重要程度不同，因此要根據(jù)各要素重要性大小，采用多輪次的專家調(diào)查法，分別賦予一組位于[0，1]間的權(quán)重值，以保證評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性，并且要保證權(quán)重加和為1。

（4）進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，將各要素評(píng)價(jià)結(jié)果與各要素權(quán)重進(jìn)行乘積。

3 海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度模糊評(píng)價(jià)模型

為了度量海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度，充分考慮構(gòu)成復(fù)雜電磁環(huán)境的各類核心要素，在不關(guān)注相互作用的前提下，研究獨(dú)立改變各要素對(duì)電磁環(huán)境復(fù)雜性的貢獻(xiàn)，因此引入信號(hào)環(huán)境密度、雷達(dá)源數(shù)量、空間覆蓋率、頻譜占有率、工作體制分布、信號(hào)強(qiáng)度分布來度量環(huán)境對(duì)武器平臺(tái)作戰(zhàn)資源的影響，建立如下結(jié)構(gòu)模型[4]：

（1）信號(hào)環(huán)境密度，是指在一定的時(shí)間和頻率范圍內(nèi)，海戰(zhàn)場(chǎng)電磁脈沖信號(hào)的數(shù)量，用以度量電磁輻射源的總量。

（2）雷達(dá)源數(shù)量，是指在一定時(shí)間和頻率范圍內(nèi)，武器平臺(tái)有效接收范圍內(nèi)電磁輻射源數(shù)量，用以反映海戰(zhàn)場(chǎng)上作戰(zhàn)平臺(tái)總數(shù)，并在一定程度上決定了信號(hào)密度的大小。

（3）頻譜占用度，是指在一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)，電磁信號(hào)功率密度譜的平均值超過指定的電磁環(huán)境門限所占有的頻帶與作戰(zhàn)用頻范圍的比值，用以度量輻射源工作頻率的占用程度。

（4）空間覆蓋率，是指在一定的時(shí)間和頻率范圍內(nèi)，各類輻射源空間方位分布與接收范圍的百分比，用以度量輻射源空間方位的占用程度。

（5）工作體制分布，是指在一定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)，各類輻射源中不同體制目標(biāo)信號(hào)的比例，用以度量輻射信號(hào)特征復(fù)雜性的程度。

根據(jù)第41次《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》的數(shù)據(jù)顯示，到2017年12月，我國(guó)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到7.72億，網(wǎng)民中使用手機(jī)上網(wǎng)人群的占比由2016年的95.1%提升至如今的97.5%，其中20～30歲的人群占30%。這個(gè)年齡階段大部分都是青年大學(xué)生，而青年大學(xué)生是一個(gè)特別重要的群體，他們是社會(huì)主義的建設(shè)者，是新時(shí)代的接班人。大學(xué)生對(duì)我國(guó)文化的自信程度和價(jià)值取向直接關(guān)系到我國(guó)未來的發(fā)展。

（6）信號(hào)強(qiáng)度分布，是指將武器平臺(tái)作為電磁信號(hào)接收點(diǎn)，在該點(diǎn)電磁輻射信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)大小及其變化分布，用以度量輻射源信號(hào)強(qiáng)弱復(fù)雜性的程度。

圖1 海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度指標(biāo)結(jié)構(gòu)圖

確立海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度計(jì)算模型：

式中：Wi為各要素的加權(quán)系數(shù)；Ui為各要素的度量值，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)確定，最后結(jié)果保留兩位有效數(shù)字取整。

4 海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度模糊評(píng)價(jià)方法

4.1 確定各要素計(jì)算模型

信號(hào)環(huán)境密度U1計(jì)算模型：

式中：Wi為信號(hào)環(huán)境密度統(tǒng)計(jì)值；W 為武器平臺(tái)實(shí)際指標(biāo)的對(duì)應(yīng)值；k為閥值系數(shù)。

雷達(dá)信號(hào)部數(shù)U2的計(jì)算模型：

式中：Ni為雷達(dá)信號(hào)部數(shù)值；N為武器平臺(tái)實(shí)際指標(biāo)的對(duì)應(yīng)值；k為閥值系數(shù)。

頻譜占用度U3計(jì)算模型：

式中：Ti為信號(hào)超過門限電平值以上的時(shí)間；T為檢測(cè)時(shí)間。

空間覆蓋率U4計(jì)算模型：

式中：Li為接收范圍內(nèi)輻射源方位樣本數(shù)的總和；L為武器平臺(tái)有效方位樣本點(diǎn)數(shù)。

工作體制分布比U5計(jì)算模型：

式中：Ni為雷達(dá)信號(hào)部數(shù)中特殊信號(hào)的數(shù)量值；N為雷達(dá)信號(hào)部數(shù)值；k為閥值系數(shù)。

信號(hào)強(qiáng)度分布比U6計(jì)算模型：

式中：Bo為接收到的信號(hào)瞬時(shí)最大幅度差；B為武器平臺(tái)實(shí)際可接收的動(dòng)態(tài)范圍。

4.2 確立各要素系統(tǒng)

信號(hào)環(huán)境密度U1系數(shù)如表1所示，雷達(dá)信號(hào)部數(shù)U2系數(shù)如表2所示，頻譜占用度U3系數(shù)如表3所示，空間覆蓋率U4系數(shù)如表4所示，工作體制分布比U5系數(shù)如表5所示，信號(hào)強(qiáng)度分布比U6系數(shù)如表6所示，各要素的權(quán)值如表7所示。

表1 信號(hào)環(huán)境密度U1系數(shù)表

表2 雷達(dá)信號(hào)部數(shù)U2系數(shù)表

表3 頻譜占用度U3系數(shù)表

表4 空間覆蓋率U4系數(shù)表

表5 工作體制分布比U5系數(shù)表

表6 信號(hào)強(qiáng)度分布比U6系數(shù)表

表7 各要素權(quán)值

4.3 建立海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度U系數(shù)表

根據(jù)海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度計(jì)算模型得出U值，并且電磁環(huán)境復(fù)雜度按照五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，一級(jí)為簡(jiǎn)單，二級(jí)為一般復(fù)雜，三級(jí)為中度復(fù)雜，四級(jí)為較復(fù)雜，五級(jí)為極其復(fù)雜。

表8 海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度U系數(shù)表

5 應(yīng)用實(shí)例

例：海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境構(gòu)建為某近海海域，架設(shè)雷達(dá)部數(shù)45部，其中特殊體制雷達(dá)20部，信號(hào)密度為30萬(wàn)脈沖／s，頻率占用率40%；某型艦船雷達(dá)對(duì)抗偵察設(shè)備工作頻率范圍2～18GHz，方位覆蓋范圍360°，角度分辨力為2°，其信號(hào)密度適應(yīng)指標(biāo)為20萬(wàn)脈沖／s，雷達(dá)部數(shù)適應(yīng)指標(biāo)為60部，可適應(yīng)的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍60dB，假設(shè)雷達(dá)信號(hào)瞬時(shí)最大幅度差為25dB，則根據(jù)公式（1）～（7）及表1～8得出：

信號(hào)環(huán)境密度U1＝0.73，為較復(fù)雜；

雷達(dá)信號(hào)部數(shù)U2＝0.68，為較復(fù)雜；

頻譜占用度U3＝0.4，為中度復(fù)雜；

空間覆蓋率U4＝0.35，為一般復(fù)雜；

工作體制分布比U5＝0.56，為中度復(fù)雜；

信號(hào)強(qiáng)度分布比U6＝0.41，為較復(fù)雜。

最后得出海戰(zhàn)場(chǎng)相對(duì)于武器平臺(tái)接收機(jī)的復(fù)雜度U＝57為中度復(fù)雜。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文選取了信號(hào)環(huán)境密度、雷達(dá)源數(shù)量、空間覆蓋率、頻譜占有率、工作體制分布、信號(hào)強(qiáng)度分布6個(gè)要素作為海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度的評(píng)價(jià)要素，并運(yùn)用模糊評(píng)判綜合評(píng)價(jià)法給出了海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度度量模型和評(píng)價(jià)方法，歸結(jié)起來，該方法有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可依據(jù)不同的海上武器平臺(tái)和復(fù)雜變化的海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境得出相應(yīng)的海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度。

（2）對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度進(jìn)行了量化，在合適條件下摸清武器裝備在電磁環(huán)境復(fù)雜度按照五級(jí)評(píng)價(jià)下的技戰(zhàn)術(shù)性能

實(shí)例及結(jié)果證明：該模型和方法操作簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)合理，具有應(yīng)用價(jià)值。下一步工作重點(diǎn)，是在該模型基礎(chǔ)上對(duì)海上武器裝備平臺(tái)各技戰(zhàn)術(shù)性能進(jìn)行微觀分析，完善模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度更加精確的量化。

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