電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)電磁環(huán)境的逼真性評(píng)估

柯宏發(fā)，張軍奇，祝冀魯，葛軒（裝備學(xué)院裝備試驗(yàn)系，北京102206）

?

電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)電磁環(huán)境的逼真性評(píng)估

柯宏發(fā)，張軍奇，祝冀魯，葛軒
（裝備學(xué)院裝備試驗(yàn)系，北京102206）

摘要：針對(duì)電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)中近實(shí)戰(zhàn)電磁環(huán)境的構(gòu)建問題，提出了電磁環(huán)境逼真性的矩陣型灰色關(guān)聯(lián)評(píng)估模型。分析了與電磁環(huán)境相關(guān)的電子裝備性能參數(shù)和效能指標(biāo)以及電磁環(huán)境信號(hào)對(duì)電子裝備的作用機(jī)理，構(gòu)建了電磁環(huán)境逼真性評(píng)估的電磁功率密度譜和電磁信號(hào)密度二維指標(biāo)空間，給出了電磁環(huán)境的矩陣表現(xiàn)形式。引入灰色系統(tǒng)理論，建立了基于矩陣型灰色關(guān)聯(lián)分析的電磁環(huán)境逼真性評(píng)估模型。應(yīng)用實(shí)例說明了該模型的有效性和可行性。

關(guān)鍵詞：兵器科學(xué)與技術(shù)；電子裝備；作戰(zhàn)試驗(yàn)；電磁環(huán)境；逼真性；矩陣型灰色關(guān)聯(lián)分析

0 引言

基于信息系統(tǒng)的體系對(duì)抗已成為信息化條件下一種主要的戰(zhàn)爭形態(tài)。電子裝備的信息化、智能化特征及其對(duì)裝備體系的融合特性，對(duì)電子裝備的試驗(yàn)與鑒定提出了新的要求。世界各國越來越重視電子裝備實(shí)戰(zhàn)環(huán)境中的作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定［1］，特別要求在逼真作戰(zhàn)環(huán)境下充分、全面考核電子裝備作戰(zhàn)效能、作戰(zhàn)適用性以及生存能力等，以期在部署前發(fā)現(xiàn)電子裝備實(shí)際作戰(zhàn)方面存在的問題和一些重要缺陷。

緊盯實(shí)戰(zhàn)化需求，構(gòu)建逼真的裝備作戰(zhàn)環(huán)境，特別是電磁環(huán)境，是電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)必須滿足的前提條件，也是作戰(zhàn)試驗(yàn)想定中最為關(guān)鍵的元素之一。只有在滿足電磁環(huán)境模擬逼真性要求條件下得出的電子裝備作戰(zhàn)效能、作戰(zhàn)適用性等評(píng)估結(jié)論才會(huì)有一定的指導(dǎo)意義，不夠逼真的電磁環(huán)境設(shè)計(jì)可能會(huì)毀掉整個(gè)作戰(zhàn)試驗(yàn)。國內(nèi)對(duì)武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)和作戰(zhàn)試驗(yàn)的研究與實(shí)踐起步較晚。近實(shí)戰(zhàn)電磁環(huán)境的構(gòu)建方法與逼真性研究也成為最近幾年的研究熱點(diǎn)［2 -12］。但是，目前很多研究成果僅關(guān)注電磁環(huán)境的整體復(fù)雜性評(píng)估［2 -8］，如唐書娟等［4］從作戰(zhàn)使用的角度提出了基于博弈值的電磁環(huán)境復(fù)雜度評(píng)估方法。趙順愷等［6］提出了一種基于電磁環(huán)境逼真度宏觀相似元和Vague集相似度的評(píng)估方法，陳行勇等［7］探討了戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜性分析和評(píng)估的基本框架結(jié)構(gòu)。這些成果對(duì)具體裝備的實(shí)踐應(yīng)用性不強(qiáng)，因?yàn)橥瑯拥碾姶怒h(huán)境對(duì)于不同的武器裝備，其復(fù)雜程度是不一樣的。如果該裝備對(duì)電磁環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)，則電磁環(huán)境也許就不是很復(fù)雜。如果該裝備的電磁環(huán)境適應(yīng)性不強(qiáng)，則電磁環(huán)境也許就顯得很復(fù)雜。因此，針對(duì)具體電子裝備的作戰(zhàn)試驗(yàn)，討論構(gòu)建近實(shí)戰(zhàn)電磁環(huán)境的逼真性比研究其復(fù)雜性更具有實(shí)際應(yīng)用意義。本文借鑒文獻(xiàn)［9 -12］關(guān)于電磁環(huán)境的二維定量描述方法，將電磁環(huán)境的逼真性評(píng)估問題轉(zhuǎn)化為矩陣的逼近性評(píng)估問題，提出利用電磁環(huán)境特征的矩陣灰色關(guān)聯(lián)度來刻畫電磁環(huán)境逼真性的方法。

1 電磁環(huán)境對(duì)電子裝備的影響機(jī)理

1. 1 與電磁環(huán)境相關(guān)的電子裝備系統(tǒng)參數(shù)

在電子裝備的作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定活動(dòng)中，必須研究電磁環(huán)境對(duì)電子裝備作戰(zhàn)使用的“支撐”和“限制”兩個(gè)方面的作用，從而充分利用電磁環(huán)境的有利條件，回避及克服不利的電磁環(huán)境因素，使得電子裝備在戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境中充分發(fā)揮其作戰(zhàn)效能及作戰(zhàn)適用性能。電子裝備基于用頻特征可分為發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，電磁環(huán)境影響發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的技術(shù)性能。與電磁環(huán)境有關(guān)的電子裝備系統(tǒng)發(fā)射參數(shù)和接收參數(shù)［13］有：

1）工作頻率（段）和帶寬；

2）電波極化方式及相應(yīng)的天線型式；

3）信號(hào)體制與格式及信息處理方案；

4）發(fā)射機(jī)輸出功率；

5）接收機(jī)靈敏度與信噪比；

6）系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間。

另外，戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境對(duì)發(fā)射參數(shù)的影響十分有限，可能體現(xiàn)在發(fā)射特性的變化上，電磁環(huán)境主要對(duì)接收特性造成嚴(yán)重的影響。

1. 2 與電磁環(huán)境有關(guān)的電子裝備效能指標(biāo)

電子裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能、作戰(zhàn)效能隨電波傳播環(huán)境的時(shí)空特性可能有較大的變化，這并不是電子裝備設(shè)計(jì)的平均技術(shù)參數(shù)都能照顧到的。為了有效地發(fā)揮其作戰(zhàn)效能和作戰(zhàn)適用性，必須全面深入地掌握其傳播信道的特性。目前，各國國防軍事部門都將作戰(zhàn)環(huán)境列為武器系統(tǒng)的組成部分，因而電波傳播環(huán)境當(dāng)然也是其重要組成部分。在電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)過程中，要充分評(píng)估裝備的作戰(zhàn)效能和作戰(zhàn)適用性，必須對(duì)傳播效應(yīng)、裝備對(duì)電磁環(huán)境的適應(yīng)能力等進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而根據(jù)電磁傳播環(huán)境的特征構(gòu)建逼真的近實(shí)戰(zhàn)電磁環(huán)境。電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)中涉及電磁環(huán)境的評(píng)估指標(biāo)大概有以下3種：

1）作用距離與覆蓋空域。根據(jù)作戰(zhàn)使用要求的覆蓋范圍（低空、高空或地下，區(qū)域性或全球性），選定工作頻段和相應(yīng)的信道模式，以及信道模式下的電磁環(huán)境變化規(guī)律，用信噪比和接收機(jī)靈敏度所要求的最小接收功率估算裝備可以達(dá)到的平均最大作用距離。

2）對(duì)裝備特定功能的影響。各種特定功能電子裝備的特征信息，幾乎都受到電磁環(huán)境電波傳播的影響，從而使得裝備的系統(tǒng)性能受到影響。特別是隨著電子裝備硬件設(shè)備技術(shù)性能的提高，這種影響將更為突出。部分電子裝備受電磁環(huán)境的影響指標(biāo)如表1所示。

3）可通時(shí)間概率與可靠性。空間媒質(zhì)信道通常是隨機(jī)時(shí)變信道，接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的幅度和相位特性一般為隨機(jī)變化過程，應(yīng)分別考察其短、中、長期的統(tǒng)計(jì)特性，即概率分布及其平均值或中值的變化。同時(shí)，為保證高可靠性的電子裝備作戰(zhàn)使用性能，要求電子裝備在設(shè)計(jì)與使用過程中留有足夠的潛力，要立足于大概率的小電平，并考慮最壞的電磁環(huán)境對(duì)其作戰(zhàn)使用的影響。

1. 3 電磁環(huán)境信號(hào)的分類與作用機(jī)理

對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行分類與描述，是研究電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)電磁環(huán)境構(gòu)建的技術(shù)基礎(chǔ)和客觀需求。目前很多文獻(xiàn)將電磁環(huán)境分為“重度復(fù)雜”、“中度復(fù)雜”或“輕度復(fù)雜”，這是對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的一種整體態(tài)勢(shì)描述與分級(jí)，并不是實(shí)質(zhì)上的電磁環(huán)境分級(jí)，通過這種描述也不能準(zhǔn)確地評(píng)估電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)所構(gòu)建電磁環(huán)境的逼真程度。準(zhǔn)確地說，電磁環(huán)境影響的是電子裝備本身戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，從而導(dǎo)致電子裝備作戰(zhàn)效能的下降。作戰(zhàn)試驗(yàn)的研究對(duì)象是處于電磁環(huán)境中的電子裝備，構(gòu)建的電磁環(huán)境只是試驗(yàn)條件。所以，根據(jù)敵我雙方電子裝備密集部署和電子戰(zhàn)裝備激烈對(duì)抗形成電磁環(huán)境這種機(jī)理特點(diǎn)，把電磁環(huán)境主要分為非對(duì)抗性電磁環(huán)境和對(duì)抗性干擾電磁環(huán)境，如圖1所示。該分類側(cè)重于電磁環(huán)境的功能，更適合于電磁環(huán)境的逼真性評(píng)估。為了分析作戰(zhàn)試驗(yàn)中電磁環(huán)境對(duì)被試電子裝備的影響，進(jìn)一步將非對(duì)抗性電磁環(huán)境分為背景電磁信號(hào)環(huán)境和用頻裝備互擾電磁輻射信號(hào)環(huán)境。

表1 電子裝備受電磁環(huán)境的影響指標(biāo)Tab. 1 Indexes of electromagnetic environment affecting on electronic equipment

圖1 電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)的電磁環(huán)境分類Fig. 1 Classification of electromagnetic environments in electronic equipment operational tests

由圖1可以看出，此處電磁環(huán)境分類的依據(jù)首先是受影響的電子裝備工作信號(hào)體制和樣式，然后是背景環(huán)境的電磁輻射信號(hào)類型?；陔娮友b備的工作體制信號(hào)，該電子裝備工作時(shí)間、工作場(chǎng)所、工作頻段內(nèi)的背景噪聲信號(hào)、與工作信號(hào)同體制、不同體制的民用設(shè)備輻射信號(hào)、各種電磁干擾信號(hào)以及靜電、雷電等各種瞬態(tài)輻射信號(hào)、各種用頻裝備的自擾互擾電磁輻射信號(hào)、敵我雙方的電子對(duì)抗電磁輻射信號(hào)，均看成影響該電子裝備性能的電磁環(huán)境，其中民用電子設(shè)備的電磁輻射信號(hào)和自然電磁輻射信號(hào)可以統(tǒng)稱為背景電磁輻射信號(hào)。

在未來信息化戰(zhàn)場(chǎng)上，電子裝備都是成系統(tǒng)、成體系地進(jìn)行作戰(zhàn)。電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)涉及到多種電子裝備，敵我雙方電子裝備相互對(duì)抗而形成電磁環(huán)境，如圖2所示。被試用頻裝備面臨的電磁環(huán)境為背景電磁輻射信號(hào)、各種用頻裝備的自擾互擾電磁輻射信號(hào)、敵我雙方的電子對(duì)抗電磁輻射信號(hào)。需要指出的是，本文討論電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)所構(gòu)建的電磁環(huán)境，電磁輻射信號(hào)局限于被試用頻電子裝備的同一工作頻段、工作時(shí)間、工作場(chǎng)所內(nèi)。

圖2 基于電子裝備對(duì)抗的電磁環(huán)境形成機(jī)理Fig. 2 Forming mechanism of electromagnetic environment based on electronic equipment countermeasure

2 作戰(zhàn)試驗(yàn)電磁環(huán)境的特征參數(shù)選擇

電子對(duì)抗最基本的干擾樣式就是壓制和欺騙二大類。在圖1所示的電磁環(huán)境分類中，雖然干擾信號(hào)種類和數(shù)量多種多樣，但對(duì)于基于噪聲描述的電磁環(huán)境，電子裝備受到電磁環(huán)境的影響效果必定體現(xiàn)在三個(gè)方面：1）破壞或降低電子裝備探測(cè)目標(biāo)的能力，這是壓制干擾的效果，可以用信噪比來定量描述；2）給電子裝備制造虛假目標(biāo)，以假亂真，這是欺騙干擾的效果，可以用假目標(biāo)的數(shù)量來定量描述；3）既有壓制干擾效果，又有欺騙干擾效果，也就是前兩種干擾效果的組合，一些先進(jìn)的干擾裝置同時(shí)可以產(chǎn)生這兩種效果。

討論電磁環(huán)境對(duì)電子裝備性能的影響，通常更多的是指信號(hào)接收裝備，單純的電子干擾裝備本身受電磁環(huán)境的影響較小。對(duì)于信號(hào)接收裝備，雖然接收到的信號(hào)強(qiáng)度是一個(gè)重要參數(shù)，但卻不是決定其信號(hào)接收解調(diào)能力的唯一重要參數(shù)。真正決定其信號(hào)接收解調(diào)能力的有意義參數(shù)是接收到的信噪比，它代表了接收機(jī)上通常以功率或能量表示的信號(hào)強(qiáng)度與伴隨該信號(hào)噪聲量的比值。

噪聲來源于多個(gè)噪聲源，既有電子裝備內(nèi)部的，也有電子裝備外部的，其形式也不盡相同。在電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)過程中，在某個(gè)測(cè)試頻率點(diǎn)上對(duì)用頻裝備信號(hào)、干擾輻射源信號(hào)、電磁環(huán)境信號(hào)進(jìn)行有效區(qū)分是很困難的。由于電子戰(zhàn)中的有意干擾信號(hào)可以被認(rèn)為是一種噪聲信號(hào)，并且決定接收機(jī)信號(hào)接收解調(diào)能力的參數(shù)是接收到的信噪比，考察其信號(hào)接收解調(diào)能力，通常正確的觀念是，把感興趣信號(hào)之外的所有信號(hào)都看作是噪聲。當(dāng)然該噪聲包括了背景電磁輻射信號(hào)、各種用頻裝備的自擾互擾電磁輻射信號(hào)、敵我雙方的電子對(duì)抗電磁輻射信號(hào)。因此，可以用電子裝備接收到的信噪比和假目標(biāo)數(shù)量作為二維指標(biāo)空間，來定量描述作戰(zhàn)試驗(yàn)中影響電子裝備的電磁環(huán)境。

將信噪比和假目標(biāo)數(shù)量等效到電子裝備接收天線口面處，分別對(duì)應(yīng)于電磁功率密度譜P（r0，t0）和電磁信號(hào)密度m0（即為每秒欺騙干擾信號(hào)數(shù)量），其中

式中：r0表示用頻裝備的地理位置；t0表示場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試時(shí)間；n為測(cè)試頻率點(diǎn)個(gè)數(shù)。需要說明的是，（1）式中的∑不表示求和的意思，該表達(dá)式的含義類似于模糊數(shù)學(xué)中模糊數(shù)的表示。

對(duì)于背景電磁環(huán)境，其電磁環(huán)境只需要用功率密度譜就能夠定量描述，可以看作是干擾環(huán)境的一種特例。因此，本文討論電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)電磁環(huán)境的構(gòu)建逼真程度，基于被試裝備接收天線口面處的電磁功率密度譜和電磁信號(hào)密度構(gòu)建二維指標(biāo)空間｛P（r0，t0），m0｝，利用該指標(biāo)空間定量描述所構(gòu)建的電磁環(huán)境，并作為環(huán)境特征參數(shù)進(jìn)行后續(xù)的逼真性分析。需要注意的是，這個(gè)二維指標(biāo)空間所描述的電磁環(huán)境只是被試裝備接收天線口面處的一個(gè)地理位置點(diǎn)的電磁環(huán)境，是被試裝備所處戰(zhàn)場(chǎng)的整體電磁環(huán)境的等效，從本質(zhì)上來說，也只有這個(gè)等效環(huán)境影響到被試裝備作戰(zhàn)效能的發(fā)揮和作戰(zhàn)適用性。對(duì)應(yīng)于電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)過程的不同階段，電磁環(huán)境也是隨之動(dòng)態(tài)變化的。根據(jù)上述電磁環(huán)境的二維指標(biāo)空間描述方法，可以將整個(gè)作戰(zhàn)試驗(yàn)過程的電磁環(huán)境描述為

式中：符號(hào)∑的含義同（1）式；k表示電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)子階段的數(shù)量。

3 電磁環(huán)境構(gòu)建的逼真性評(píng)估模型

3. 1 電磁環(huán)境的逼真性評(píng)估思路

根據(jù)（2）式，假設(shè)電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)所構(gòu)建電磁環(huán)境可以基于k個(gè)子階段進(jìn)行描述，則電磁環(huán)境的二維指標(biāo)空間描述方法可以轉(zhuǎn)化為下述矩陣形式

又假設(shè)被試電子裝備未來作戰(zhàn)所處電磁環(huán)境的矩陣形式為

于是，電磁環(huán)境的逼真性評(píng)估問題轉(zhuǎn)化為矩陣Xi和X0的逼近性評(píng)估問題。電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)中電磁環(huán)境的構(gòu)建是一種模擬、仿真行為。模擬逼真程度的評(píng)估要求決定了矩陣Xi和X0的逼近性，應(yīng)該包括兩個(gè)方面的涵義：一是矩陣Xi和X0的相似程度，一般用距離的倒數(shù)來表示，表示二者之間相同或共同程度的一種度量；二是矩陣Xi和X0的貼近程度，表示矩陣Xi和X0中元素相比的正確程度。相似度僅能衡量兩個(gè)矩陣要素折線幾何形狀上的相似程度，無法度量要素相比的正確程度。貼近度衡量兩個(gè)矩陣要素折線在空間的接近程度，無法處理兩個(gè)矩陣要素相比時(shí)局部與整體間的復(fù)雜關(guān)系［14］。因此，應(yīng)該利用相似度和貼近度綜合衡量矩陣Xi和X0的逼近性。文獻(xiàn)［15］提出的矩陣型灰色關(guān)聯(lián)分析技術(shù)提供了一條新思路。

3. 2 電磁環(huán)境矩陣的初值化處理

由電磁環(huán)境的矩陣描述形式可以看出，其第一行電磁功率密度譜和第二行電磁信號(hào)密度的量綱不一樣，而且其數(shù)值量級(jí)也可能相差較大，在進(jìn)行矩陣型灰色關(guān)聯(lián)分析之前，必須進(jìn)行電磁環(huán)境矩陣的無量綱化等預(yù)處理。另外，灰色系統(tǒng)認(rèn)為，所有灰色序列均能通過某種變換減弱其隨機(jī)性和擾動(dòng)沖擊，凸顯其內(nèi)在的變化規(guī)律。本文選擇初值化算子對(duì)電磁環(huán)境矩陣進(jìn)行預(yù)處理。

式中：h =1，2；j =1，2，…，k.

3. 3 電磁環(huán)境矩陣的灰關(guān)聯(lián)分析模型

設(shè)被試電子裝備的標(biāo)準(zhǔn)電磁環(huán)境矩陣X0經(jīng)過初值化處理記為X0=（a）2×k，特征參數(shù)電磁功率密度譜或電磁信號(hào)密度在三維空間的坐標(biāo)為（h，j，a）（h =1，2；j =1，2，…，k）；作戰(zhàn)試驗(yàn)中構(gòu)建的電磁環(huán)境矩陣Xl（l = 1，2，…，L）經(jīng)過初值化處理記為Xl=（a）2×k，電磁功率密度譜或電磁信號(hào)密度在三維空間的坐標(biāo)為（h，j，a）。于是，根據(jù)歐幾里得距離公式，可以得到（h，j）處構(gòu)建環(huán)境特征參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境特征參數(shù)之間的距離為

分別為三極極大距離和三極極小距離。極大距離和極小距離反映了整個(gè)系統(tǒng)對(duì)單個(gè)特征參數(shù)關(guān)聯(lián)程度的影響，體現(xiàn)了系統(tǒng)論的整體性觀點(diǎn)。

本節(jié)基于一般關(guān)聯(lián)度的基本思想，根據(jù)構(gòu)建環(huán)境特征參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境特征參數(shù)之間的極大和極小距離來定義參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，于是所構(gòu)建電磁環(huán)境對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣為

式中：ξ為分辨系數(shù)，通常取ξ=0. 5.

假設(shè)（h，j）處的關(guān)聯(lián)系數(shù)權(quán)重為whj，關(guān)聯(lián)系數(shù)的權(quán)重矩陣為

并有

對(duì)灰關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行聚焦，得到作戰(zhàn)試驗(yàn)所構(gòu)建電磁環(huán)境相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的逼真程度為

4 電磁環(huán)境的逼真性評(píng)估實(shí)例

某型通信對(duì)抗裝備（包括通信偵察、通信測(cè)向、通信干擾分系統(tǒng)）的作戰(zhàn)試驗(yàn)，試驗(yàn)過程是對(duì)抗雙方偵察、干擾相互博弈的一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。這個(gè)過程可以分解為靜默、頻段偵察、重點(diǎn)偵察、測(cè)向、干擾等若干個(gè)階段，每個(gè)階段對(duì)抗雙方使用不同的通信對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)，致使不同階段的電磁環(huán)境也是不同的。

該作戰(zhàn)試驗(yàn)中的電磁環(huán)境包括戰(zhàn)場(chǎng)背景信號(hào)、作戰(zhàn)對(duì)手的典型干擾信號(hào)及其干擾戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用，作戰(zhàn)想定中電磁環(huán)境的構(gòu)建要求對(duì)應(yīng)上述不同的階段，基于情報(bào)支持、按照“最嚴(yán)酷原則”找出作戰(zhàn)對(duì)手干擾信號(hào)的邊界值，這是本文逼真性分析中的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。在作戰(zhàn)試驗(yàn)實(shí)施過程中，利用背景信號(hào)模擬器、實(shí)體電臺(tái)、通信信號(hào)模擬器構(gòu)建作戰(zhàn)試驗(yàn)不同階段的電磁環(huán)境，電波監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)作戰(zhàn)試驗(yàn)電磁環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄通信偵察裝備接收天線處的電磁功率密度譜和電磁信號(hào)密度。作戰(zhàn)試驗(yàn)不同階段所構(gòu)建電磁環(huán)境與作戰(zhàn)想定要求電磁環(huán)境的電磁功率密度譜和電磁信號(hào)密度如表2所示。

表2 電磁環(huán)境描述參數(shù)值Tab. 2 Parameter values of electromagnetic environment

又假設(shè)作戰(zhàn)試驗(yàn)中背景電磁環(huán)境的平均場(chǎng)強(qiáng)值為-100 dBm，則有作戰(zhàn)想定電磁環(huán)境要求的矩陣形式為

作戰(zhàn)試驗(yàn)所構(gòu)建電磁環(huán)境的矩陣形式為

4.1 矩陣灰色關(guān)聯(lián)定量分析

將（13）式、（14）式進(jìn)行初值化處理后表示為

根據(jù)（6）式～（8）式，則有

本例中取分辨系數(shù)ξ=0. 5，可以求得構(gòu)建電磁環(huán)境對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣為

假設(shè)各個(gè)灰關(guān)聯(lián)系數(shù)的相對(duì)重要性相同，則有等權(quán)權(quán)重矩陣為

從而得到作戰(zhàn)試驗(yàn)所構(gòu)建電磁環(huán)境相對(duì)于作戰(zhàn)想定要求環(huán)境的逼真程度為

由（9）式可知，灰色關(guān)聯(lián)度r的取值范圍為［ξ/（1 +ξ），1］.本例中，當(dāng)ξ= 0. 5時(shí)，r的取值范圍為［0. 333 3，1］.構(gòu)建電磁環(huán)境相對(duì)于作戰(zhàn)想定要求環(huán)境的逼真程度的定量分析結(jié)果表明，構(gòu)建電磁環(huán)境相對(duì)于作戰(zhàn)想定要求環(huán)境的相似性和接近性的綜合效果不理想。

4. 2 方法的有效性分析

基于定性分析方法，利用MATLAB中surf命令畫出作戰(zhàn)想定要求和作戰(zhàn)試驗(yàn)構(gòu)建的電磁環(huán)境矩陣初值化處理后對(duì)應(yīng)的曲面如圖3和圖4所示。直觀地看，作戰(zhàn)試驗(yàn)構(gòu)建電磁環(huán)境對(duì)應(yīng)的曲面與作戰(zhàn)想定要求電磁環(huán)境對(duì)應(yīng)的曲面具有較大的差異，吻合性不是很理想。也就是說，作戰(zhàn)試驗(yàn)所構(gòu)建電磁環(huán)境相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境的逼真性不理想。

由于（9）式的局限性，灰色關(guān)聯(lián)度r的取值范圍為［0. 333 3，1］，從理論上看，其取值范圍［0，1］更符合實(shí)際工程背景，而且在對(duì)多種電磁環(huán)境的逼真性進(jìn)行評(píng)估比較時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)分辨率不足的問題。

圖3 作戰(zhàn)想定電磁環(huán)境描述曲面Fig. 3 Describing surface of electromagnetic environment in operational scenario

圖4 作戰(zhàn)試驗(yàn)構(gòu)建電磁環(huán)境描述曲面Fig. 4 Describing surface of electromagnetic environment constructed in operational test

綜上所述，本例的定量分析結(jié)果與定性分析結(jié)果很一致?；诰仃嚮疑P(guān)聯(lián)度的定量分析結(jié)果能較好地反映作戰(zhàn)試驗(yàn)所構(gòu)建電磁環(huán)境相對(duì)于作戰(zhàn)想定要求環(huán)境的逼真程度，本文提出的逼真性評(píng)估方法是有效、可行的。在實(shí)際作戰(zhàn)試驗(yàn)過程中，定量分析結(jié)果與定性分析結(jié)果相結(jié)合，更有力地說明所構(gòu)建電磁環(huán)境的逼真程度。

5 結(jié)論

近實(shí)戰(zhàn)電磁環(huán)境的構(gòu)建及其逼真性評(píng)估是電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)的一個(gè)難點(diǎn)。由于認(rèn)知的局限性，所構(gòu)建電磁環(huán)境系統(tǒng)表現(xiàn)出灰色系統(tǒng)的特征。本文建立了基于電磁功率密度譜和電磁信號(hào)密度的電磁環(huán)境二維矩陣描述，提出了電磁環(huán)境逼真性的矩陣型灰色關(guān)聯(lián)評(píng)估模型。仿真實(shí)例說明該模型有效可行。提出的有關(guān)思路和方法已運(yùn)用于相關(guān)研究任務(wù)中，初步表明理論上的合理性與技術(shù)上的可行性。下一步將其運(yùn)用于電子裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)實(shí)踐，并就灰色關(guān)聯(lián)度取值范圍對(duì)該方法進(jìn)行修正和深化。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］ 王凱，趙定海，閆耀東，等.武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2012. WANG Kai，ZHAO Ding-hai，YAN Yao-dong，et al. Operational test of weapon and equipment［M］. Beijing：National Defense Industry Press，2012.（in Chinese）

［2］ 肖凱寧，賈立印，雷斌，等.武器裝備電磁環(huán)境適應(yīng)性分析方法研究［J］.通信對(duì)抗，2010（2）：48 -52. XIAO Kai-ning，JIA Li-yin，LEI Bin，et al. Research on weaponry electromagnetic environmental effects analysis［J］. Communication Countermeasure，2010（2）：48 -52.（in Chinese）

［3］ 戎建剛，唐莽，王鑫，等.戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境的逼真構(gòu)建方法［J］.航天電子對(duì)抗，2014，30（1）：24 -28. RONG Jian-gang，TANG Mang，WANG Xin，et al. Realistic constructing method of complicated electromagnetic environment in battlefield［J］. Aerospace Electronic Warfare，2014，30（1）：24 -28.（in Chinese）

［4］ 唐書娟，彭芳，吳嵐，等.基于博弈值的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜度評(píng)估方法［J］.電光與控制，2013，20（12）：14 -17. TANG Shu-juan，PENG Fang，WU Lan，et al. Complexity evaluation of battlefield electromagnetic environment based on value of game［J］. Electronics Optics & Control，2013，20（12）：14 -17.（in Chinese）

［5］ 崔積豐.試驗(yàn)電磁環(huán)境復(fù)雜等級(jí)量化方法研究［J］.艦船電子對(duì)抗，2014，37（1）：32 -35. CUI Ji-feng. Research into quantization method of test electromagnetic environment complexity grade［J］. Shipboard Electronic Countermeasure，2014，37（1）：32 -35.（in Chinese）

［6］ 趙順愷，李修和，沈陽，等.基于Vague集相似度的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)逼真度評(píng)估［J］.火力與指揮控制，2015，40（12）：106 -110. ZHAO Shun-kai，LI Xiu-he，SHEN Yang，et al. Vague set similarity theory-based method for evaluating battlefield electromagnetic environment construction fidelity［J］. Fire Control & Command Control，2015，40（12）：106 -110.（in Chinese）

［7］ 陳行勇，張殿宗.戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜性層次與評(píng)估模型研究［J］.電子信息對(duì)抗技術(shù)，2012，27（6）：54 -57. CHEN Hang-yong，ZHANG Dian-zong. Complexity hierarchy and evaluation model of battlefield electromagnetic environment［J］. E-lectronic Information Countermeasure Technology，2012，27（6）：54 -57.（in Chinese）

［8］ 王志剛，王芳，趙志強(qiáng).戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境客觀復(fù)雜性分析與評(píng)估［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2010，38（3）：19 -25. WANG Zhi-gang，WANG Fang，ZHAO Zhi-qiang. Analysis and evaluation for external complexity of battlefield electromagnetic environment［J］. Modern Defence Technology，2010，38（3）：19 -25.（in Chinese）

［9］ 戎建剛，王鑫，魏建寧.威脅電磁環(huán)境的分級(jí)方法［J］.航天電子對(duì)抗，2013，29（6）：33 -36. RONG Jian-gang，WANG Xin，WEI Jian-ning. Study on classification criteria of threat electromagnetic environment［J］. Aerospace Electronic Warfare，2013，29（6）：33 -36.（in Chinese）

［10］ 戎建剛，王鑫，張衡，等.復(fù)雜電磁環(huán)境的指標(biāo)體系［J］.航天電子對(duì)抗，2013，29（3）：54 -57. RONG Jian-gang，WANG Xin，ZHANG Heng，et al. Study on index system of complex electromagnetic environment［J］. Aerospace Electronic Warfare，2013，29（3）：54 -57.（in Chinese）

［11］ 戎建剛，黃和國，王鑫，等.威脅電磁環(huán)境的定量描述方法［J］.航天電子對(duì)抗，2013，29（4）：18 -21. RONG Jian-gang，HUANG He-guo，WANG Xin，et al. Study on quantitative description of threaten electromagnetic environment ［J］. Aerospace Electronic Warfare，2013，29（4）：18 - 21. （in Chinese）

［12］ 汪連棟，胡明明，高磊，等.電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)研究初探［J］.航天電子對(duì)抗，2013，29（5）：23 -25，50. WANG Lian-dong，HU Ming-ming，GAO Lei，et al. Preliminary research of complex electromagnetic environment effects on electronics and information system［J］. Aerospace Electronic Warfare，2013，29（5）：23 -25，50.（in Chinese）

［13］ 劉興，藍(lán)羽石.網(wǎng)絡(luò)中心化聯(lián)合作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)能力及其計(jì)算［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2013. LIU Xing，LAN Yu-shi. Operational capability and its calculation of network centricity joint operational system［M］. Beijing：National Defense Industry Press，2013.（in Chinese）

［14］ 劉思峰，謝乃明，F(xiàn)ORREST Jefery.基于相似性和接近性視角的新型灰色關(guān)聯(lián)分析模型［J］.系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2010，30（5）：881 -887. LIU Si-feng，XIE Nai-ming，F(xiàn)ORREST Jefery. On new models of grey incidence analysis based on visual angle of similarity and nearness［J］. Systems Engineering-Theory & Practice，2010，30（5）：881 -887.（in Chinese）

［15］ 張可.矩陣型灰色關(guān)聯(lián)分析建模技術(shù)研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2010. ZHANG Ke. Research on degree of grey incidences modeling technology for matrix data［D］. Nanjing：Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，2010.（in Chinese）

Fidelity Evaluation of Electromagnetic Environment in Operational Tests of Electronic Equipment

KE Hong-fa，ZHANG Jun-qi，ZHU Ji-lu，GE Xuan
（Department of Equipment Test，Equipment Academy，Beijing 102206，China）

Abstract：A fidelity evaluation model of electromagnetic environment based on matrix grey relational analysis is proposed for constructing a realistic electromagnetic environment in operational tests of electronic equipment. The performance and effectiveness parameters relative to electromagnetic environment for electronic equipment are introduced. And the mechanism of action of electromagnetic environment on electronic equipment is analyzed. Two- dimension index space based on the density spectrum of electromagnetic power and the density of electromagnetic signal for fidelity evaluation of electromagnetic environment is constructed. A matrix expression model of electromagnetic environment is presented. A fidelity evaluation model of electromagnetic environment based on the matrix grey relational analysis is proposed by using the grey system theory. An example is used to show the validity and practicability of the proposed model.

Key words：ordance science and technology；electronic equipment；operational test；electromagnetic environment；fidelity；matrix grey relational analysis

中圖分類號(hào)：TN97

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-1093（2016）04-0756-07

DOI：10. 3969/ j. issn. 1000-1093. 2016. 04. 026

收稿日期：2015-08-05

基金項(xiàng)目：軍隊(duì)科研計(jì)劃項(xiàng)目（2014年）

作者簡介：柯宏發(fā)（1969—），男，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail：kehongfa2004@163. com