趙嚴(yán)冰 袁興鵬

（中國人民解放軍91336部隊(duì) 秦皇島 066326）

1 引言

隨著電子對抗作戰(zhàn)對象綜合水平的不斷提高以及電子裝備的大量應(yīng)用，海戰(zhàn)場電磁環(huán)境日益復(fù)雜，海戰(zhàn)場電磁環(huán)境對艦載雷達(dá)對抗偵察裝備的截獲、測量、分選、電磁威脅目標(biāo)的識別產(chǎn)生了較大影響。對于靶場新裝備試驗(yàn)來說，就是需要根據(jù)裝備試驗(yàn)的實(shí)際特點(diǎn)，遵循裝備具體戰(zhàn)場應(yīng)用情況和可能面臨的電磁環(huán)境，分步驟、分層次地構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境，以達(dá)到檢驗(yàn)被試裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)以及作戰(zhàn)能力的目的[1]。但試驗(yàn)考核的重要基礎(chǔ)是要能夠?qū)υ囼?yàn)電磁環(huán)境進(jìn)行量化，即選擇度量參數(shù)并確定其數(shù)量級，從而為裝備試驗(yàn)客觀性、直觀性的定量分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

復(fù)雜性是復(fù)雜電磁環(huán)境最本質(zhì)的特性[1]，是一個(gè)相對抽象的概念。本文在分析艦載雷達(dá)對抗偵察裝備所面臨電磁環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有試驗(yàn)電磁環(huán)境分級方法的不足，以試驗(yàn)電磁環(huán)境應(yīng)力可變?yōu)橐罁?jù)，提出了一種新的試驗(yàn)電磁環(huán)境量化分級方法；該方法以被試裝備為參照點(diǎn)，突出電磁環(huán)境交織性、多變性、多樣性、密集性和對抗性特點(diǎn)[2]，通過建立電磁環(huán)境復(fù)雜度評價(jià)體系，對試驗(yàn)電磁環(huán)境進(jìn)行分析和度量。

2 艦載雷達(dá)對抗偵察裝備試驗(yàn)電磁環(huán)境量化分級需求分析

實(shí)際使用條件下，艦載雷達(dá)對抗偵察裝備所面臨復(fù)雜電磁環(huán)境的主要來源包括：己方裝備、敵方裝備、民用設(shè)備、自然電磁信號和輻射傳播環(huán)境[1]。由于海上作戰(zhàn)環(huán)境的特殊性，構(gòu)成艦載雷達(dá)對抗偵察裝備電磁環(huán)境復(fù)雜性的主要要素包括四個(gè)方面：輻射源個(gè)體的差異性，雷達(dá)對抗信號環(huán)境的密集性，各種電子干擾的對抗性和自然環(huán)境及傳輸?shù)牟淮_定性。最終形成的海戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境是多種要素共同作用的結(jié)果[3]。

裝備試驗(yàn)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，為了滿足各類各型裝備試驗(yàn)鑒定的需求，對復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建有特殊的需求，主要是構(gòu)設(shè)條件定量已知，構(gòu)設(shè)過程可調(diào)可控，構(gòu)設(shè)樣本分層分級。試驗(yàn)電磁環(huán)境構(gòu)建應(yīng)在電磁環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，通過信息收集匯總和規(guī)劃計(jì)算，獲取試驗(yàn)的電磁環(huán)境參數(shù)和規(guī)模[4]，為試驗(yàn)提供客觀的數(shù)據(jù)支持，體現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的主觀性。當(dāng)前雷達(dá)對抗偵察裝備試驗(yàn)中采用的電磁環(huán)境分級描述方法是一種單一屬性的分級方法，只考慮了電磁環(huán)境在時(shí)、頻、空、能四域的資源占用情況，雖然具有一定的宏觀指導(dǎo)意義，但是復(fù)雜性的微觀表達(dá)不具體，復(fù)雜性要素的解析不足，構(gòu)成要素內(nèi)涵準(zhǔn)確性不夠，時(shí)變性的表達(dá)不明顯，試驗(yàn)對象的屬性表現(xiàn)不突出，需要增加和補(bǔ)充其它描述指標(biāo)，并同步優(yōu)化電磁環(huán)境的分級評估方法。

3 艦載雷達(dá)對抗偵察裝備試驗(yàn)電磁環(huán)境量化分級方法

3.1 電磁環(huán)境量化分級的基本原則

文獻(xiàn)[5]通過計(jì)算頻譜占用度（FO）、時(shí)間占有度（TO）和空間覆蓋率（SO）給出了電磁環(huán)境的等級。但是對于艦載雷達(dá)對抗偵察裝備試驗(yàn)電磁環(huán)境的分級，其適用性還不能滿足要求。電磁環(huán)境作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，其復(fù)雜性是多方面客觀因素彼此交織共同構(gòu)成的，因此單一屬性的度量不能全面表達(dá)電磁環(huán)境的本質(zhì)特征。在這方面局部氣象實(shí)況的度量具有一定的借鑒意義，在對局部氣象實(shí)況進(jìn)行分級度量時(shí)，采用了多要素多物理量的描述，每一個(gè)要素根據(jù)一定物理量的變化范圍，進(jìn)行了定量分級，這些要素分級方法可共同描述一年的四季變化和一天的早中晚特征。沒有度量標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)雜性是很難被理解的，因此試驗(yàn)電磁環(huán)境量化分級應(yīng)遵循以下基本原則：一是分級結(jié)果具有一定的直觀性；二是分級過程符合電磁環(huán)境的本質(zhì)特征；三是分級方法技術(shù)上可行，操作性強(qiáng)[6]。

3.2 電磁環(huán)境量化分級的層次結(jié)構(gòu)及模型

多屬性多層次結(jié)構(gòu)是復(fù)雜系統(tǒng)的主要表現(xiàn)之一，綜合考慮艦載雷達(dá)對抗偵察裝備試驗(yàn)電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)需求，以及電磁環(huán)境各因素對電磁環(huán)境復(fù)雜性形成的機(jī)理，電磁環(huán)境量化分級的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電磁環(huán)境量化分級的層次結(jié)構(gòu)

如圖1所示，電磁環(huán)境量化分級的層次結(jié)構(gòu)包括三層，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜問題的逐層分解。同時(shí)根據(jù)評價(jià)內(nèi)容的歸屬性，一是從電磁信號角度進(jìn)行分級描述，包括兩個(gè)屬性，這里定義稱為宏觀屬性和微觀屬性；二是從電磁實(shí)體角度進(jìn)行分級描述，包括兩個(gè)屬性，這里定義稱為個(gè)體屬性和集群屬性；三是從電磁防護(hù)角度進(jìn)行分級描述，包括一個(gè)屬性，這里定義稱為擾動(dòng)屬性。量化分級結(jié)果用以下模型表示

式（1）中C1～C5分別表示各屬性的量化分級結(jié)果，五個(gè)屬性共同構(gòu)成艦載雷達(dá)對抗偵察裝備試驗(yàn)電磁環(huán)境分級度量體系E。

式（1）中Ci＝fi（Ci1，Ci2，…，Cij），其中fi表示各屬性的聚合模型，Ci1表示各屬性所包含下層指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果，i表示各屬性序號，共五項(xiàng)。

fi的計(jì)算模型根據(jù)上下層指標(biāo)以及同級指標(biāo)間的邏輯關(guān)系采用了兩種計(jì)算方法：“或”關(guān)系，加權(quán)和，體現(xiàn)權(quán)重大指標(biāo)對評價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)；“與”關(guān)系，加權(quán)積，體現(xiàn)短板指標(biāo)對評價(jià)結(jié)果的影響[7]。如下式所示

式（2）中wij為對應(yīng)Cij的權(quán)重，權(quán)重是根據(jù)模糊層次分析法中關(guān)于建立模糊互補(bǔ)判斷矩陣權(quán)重的計(jì)算方法[7]結(jié)合專家打分來確定的。

Cij的計(jì)算也分為兩種情況，對于定量指標(biāo)的量化是依據(jù)具體型號被試裝備的指標(biāo)和先驗(yàn)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，選擇“被試對象”指標(biāo)體系中某些關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的指標(biāo)參量，將其融入到指標(biāo)度量標(biāo)準(zhǔn)中，確保對于每一指標(biāo)都具有確切物理含義的量化模型。如引入“被試對象”的工作頻率范圍作為與頻域相關(guān)指標(biāo)參數(shù)的歸一化參量，通過不同的歸一化函數(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)指標(biāo)參數(shù)的去量綱和定量賦值。由于指標(biāo)量化結(jié)合“被試對象”的實(shí)際指標(biāo)限制條件，即電磁環(huán)境的直接受體實(shí)際能力限制，體現(xiàn)了復(fù)雜度評估的對象性。對定性指標(biāo)的量化主要是結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，制定分類的量化標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行灰色的模糊量化[8]，如信號類型的量化。

3.3 電磁環(huán)境量化分級的指標(biāo)設(shè)計(jì)

各屬性下層指標(biāo)選擇主要針對艦載雷達(dá)對抗偵察電磁環(huán)境基本特點(diǎn)，以及對裝備的影響機(jī)理效果，考慮了三個(gè)方面因素，一是要突出整體目標(biāo)性，所有評價(jià)指標(biāo)作為有機(jī)整體的一部分，個(gè)別指標(biāo)的評價(jià)屬性要與整體目標(biāo)相適應(yīng)；二是要突出重點(diǎn)問題，評價(jià)指標(biāo)不是越多越好，需要以能求得解決特定問題的最佳方案為重點(diǎn)；三是便于運(yùn)用科學(xué)的計(jì)量方法，在許多復(fù)雜的情況下，必須要有精確可靠的數(shù)字、資料，以作為科學(xué)決斷的依據(jù)[9]。

3.3.1 宏觀屬性

宏觀屬性是從宏觀整體的角度來考慮電磁環(huán)境對“電磁環(huán)境受體”的影響。電磁環(huán)境的各種變化狀態(tài)，都可以歸結(jié)為電磁信號在空間、時(shí)間、頻譜和功率上的分布和變化，它反映了電磁環(huán)境的基本物理屬性。確定的分級評價(jià)指標(biāo)如圖2所示。

圖2 宏觀屬性分級評價(jià)

為了實(shí)現(xiàn)各分級評價(jià)指標(biāo)的量化，引入了被試裝備相關(guān)指標(biāo)，如動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度指標(biāo)，用于對電磁信號強(qiáng)度歸一化；工作頻率范圍指標(biāo)用于對頻率占用度歸一化；脈沖流密度指標(biāo)用于對電磁信號密度歸一化；空間覆蓋范圍指標(biāo)用于對空間占用度歸一化。

3.3.2 微觀屬性

微觀屬性主要針對宏觀屬性度量“四域”變化復(fù)雜的不足，用于精細(xì)化、差異化分級，重點(diǎn)體現(xiàn)電磁環(huán)境的動(dòng)態(tài)、多變、密集和交迭的分布特點(diǎn)。微觀屬性指標(biāo)需要根據(jù)關(guān)聯(lián)性原則進(jìn)行合理選取，減少指標(biāo)冗余。

根據(jù)關(guān)聯(lián)性原則，圖3中共有十種關(guān)聯(lián)性組合，所有關(guān)聯(lián)組合存在以下幾種情況：

3 微觀屬性分級評價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)性選擇示意圖

1）不構(gòu)成關(guān)聯(lián)，如C13，C14的自相關(guān)；

2）構(gòu)成關(guān)聯(lián)關(guān)系，但關(guān)聯(lián)關(guān)系含義不具備獨(dú)立性，如C11，C12和C13與C14的關(guān)聯(lián)，與C14的含義基本一致，可以理解為多種關(guān)聯(lián)與某一個(gè)屬性已有指標(biāo)對應(yīng)；

3）構(gòu)成關(guān)聯(lián)關(guān)系，但關(guān)聯(lián)關(guān)系含義與其他指標(biāo)含義接近或相互包含，如C11與C12的關(guān)聯(lián)與C21（或C22）的含義接近，可以理解為多種關(guān)聯(lián)與多個(gè)已有指標(biāo)對應(yīng)；

4）構(gòu)成關(guān)聯(lián)關(guān)系，含義獨(dú)立性和完整性好，具有典型代表意義，如C21。

對各種組合進(jìn)行綜合篩選，確定的分級評價(jià)指標(biāo)如圖4所示[4]。

圖4 微觀屬性分級評價(jià)

為了實(shí)現(xiàn)各分級評價(jià)指標(biāo)的量化，引入了被試裝備同一方位分辨單元內(nèi)適應(yīng)的雷達(dá)輻射源數(shù)量、工作頻率范圍，空間覆蓋范圍和適應(yīng)脈沖流密度等定量指標(biāo)。

3.3.3 個(gè)體屬性

個(gè)體屬性主要針對構(gòu)成電磁環(huán)境實(shí)體的復(fù)雜性因素，從電磁環(huán)境實(shí)體的差別性角度描述電磁環(huán)境的復(fù)雜性，可將實(shí)際電磁環(huán)境中的實(shí)體輻射源視為一個(gè)廣義集合，記為RP（s），其輻射源總數(shù)N。

式（3）中，si為輻射源的差別標(biāo)志值，ni為標(biāo)志值為si的輻射源的數(shù)量，k為標(biāo)志值的總數(shù)。

描述輻射源實(shí)體的標(biāo)志值有多種，包括數(shù)量、分布、屬性、類型、狀態(tài)等，從實(shí)體的個(gè)體角度包括類型樣式、狀態(tài)模式以及威脅特征；從實(shí)體的總體分布角度包括信號數(shù)量和體制分布等[10]。差別標(biāo)志值越多，復(fù)雜性越強(qiáng)，綜合分析，確定的分級評價(jià)指標(biāo)如圖5所示。

圖5 個(gè)體屬性分級評價(jià)

為了實(shí)現(xiàn)各分級評價(jià)指標(biāo)的量化，引入了被試裝備可適應(yīng)的雷達(dá)輻射源數(shù)量指標(biāo)總數(shù)，適應(yīng)信號體制類型和威脅信號分級的定性指標(biāo)。

3.3.4 集群屬性

集群屬性主要針對海上作戰(zhàn)兵力編成，具有明顯的集群特征；集群配置的信號環(huán)境，具有一定的方位分布、頻段分布、相同的運(yùn)動(dòng)變化特征和有限的信號密度，在一定對抗距離上，可以描述為從某一點(diǎn)上發(fā)出的雷達(dá)信號流，體現(xiàn)對抗的方向和對抗的層次。反映電磁環(huán)境的屬性上，就是電磁環(huán)境信號及威脅信號通常來自幾個(gè)重點(diǎn)方向，并隨著戰(zhàn)斗進(jìn)程的變化，在空間分布上產(chǎn)生聚集和分離的動(dòng)態(tài)變化，造成局部的電磁環(huán)境復(fù)雜性升級或退化。集群的配置是動(dòng)態(tài)的和相對模糊的，表征集群屬性的要素有方位（或方位區(qū)域）、分布和輻射源部數(shù)，確定的分級指標(biāo)如圖6所示。

圖6 集群屬性分級評價(jià)

為了實(shí)現(xiàn)各分級評價(jià)指標(biāo)的量化，引入了被試裝備可適應(yīng)的雷達(dá)輻射源數(shù)量指標(biāo)總數(shù)，適應(yīng)信號體制類型、空間覆蓋范圍和方位分辨單元等定量指標(biāo)。

3.3.5 擾動(dòng)屬性

擾動(dòng)屬性主要針對電磁環(huán)境中的干擾因素。在雷達(dá)對抗偵察電磁環(huán)境中不僅存在各類雷達(dá)輻射源信號，還存在一些非雷達(dá)輻射源信號或是有意和無意干擾信號，其規(guī)律性與雷達(dá)輻射源信號不同，具有一定的偶發(fā)性和對抗性，可以分為離散干擾（如脈沖干擾）和連續(xù)干擾（如噪聲干擾）；雷達(dá)對抗偵察系統(tǒng)可接收不可識別，對于雷達(dá)對抗偵察的接收處理是一種純擾亂因素，但對戰(zhàn)場電磁信號感知的影響是非常明顯的，由于它的非規(guī)律性，主要從其影響的機(jī)理出發(fā)進(jìn)行選擇。確定的分級指標(biāo)如圖7所示。

圖7 擾動(dòng)屬性分級評價(jià)

為了實(shí)現(xiàn)各分級評價(jià)指標(biāo)的量化，引入了被試裝備對象可適應(yīng)的脈沖流密度和動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)，并采用主觀法進(jìn)行定性的分檔分級。

3.4 電磁環(huán)境量化分級的評估類型

根據(jù)試驗(yàn)電磁環(huán)境的分級需求定義了五級度量分類，如表1所示：

表1 電磁環(huán)境分級表

評估等級分類充分考慮了各指標(biāo)計(jì)算結(jié)果的分布特性與復(fù)雜性概念的內(nèi)在聯(lián)系，針對不同屬性，參考不同準(zhǔn)則，包括均勻、比例、正態(tài)和就近等準(zhǔn)則[8]，給出不同的分級區(qū)間分布，并且區(qū)間分布在低區(qū)間較為精細(xì)，在高區(qū)間較為粗略。電磁環(huán)境的復(fù)雜度評估結(jié)果具有時(shí)變性的特點(diǎn)，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)評估、歷史數(shù)據(jù)評估和綜合數(shù)據(jù)評估[7]。三個(gè)方面結(jié)果分別適用于不同的條件場合，便于試驗(yàn)結(jié)果的分析。

3.5 試驗(yàn)應(yīng)用舉例

裝備試驗(yàn)中的復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建方法和手段主要有基于外場的全實(shí)物模擬、實(shí)物與半實(shí)物混合模擬，基于內(nèi)場微波暗室等室內(nèi)設(shè)施的半實(shí)物仿真。外場試驗(yàn)電磁環(huán)境構(gòu)建受氣象水文和地理?xiàng)l件影響較大，并需要建立完善的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括電子設(shè)備的位置、類別、數(shù)量、性能參數(shù)、技術(shù)體制、信號特征和電磁敏感參數(shù)等[1]，同時(shí)還需具備電磁環(huán)境監(jiān)測手段，準(zhǔn)確預(yù)測和實(shí)時(shí)評估具有一定難度?，F(xiàn)代海上局部戰(zhàn)爭面臨的電磁環(huán)境是十分復(fù)雜而且瞬息萬變的，因此基于半實(shí)物仿真技術(shù)來提供一個(gè)復(fù)雜、逼真、動(dòng)態(tài)的電磁環(huán)境，是一個(gè)效費(fèi)比較高的實(shí)現(xiàn)方法，有助于試驗(yàn)的順利實(shí)施和有效度量。

以下以基于內(nèi)場微波暗室的半實(shí)物仿真構(gòu)建手段，進(jìn)行電磁環(huán)境量化分級方法的應(yīng)用和分析。試驗(yàn)針對兩型艦載雷達(dá)對抗偵察裝備，在電磁環(huán)境分析與建?；A(chǔ)上，構(gòu)設(shè)多個(gè)電磁環(huán)境態(tài)勢樣本，樣本量覆蓋各屬性的五個(gè)復(fù)雜度等級，記為｛S1，S2，…，S｝，以電磁環(huán)境態(tài)勢樣本S1和S2為例，通過模型的計(jì)算，對于艦載雷達(dá)對抗偵察裝備R1的分級評價(jià)結(jié)果如表2：

表2 雷達(dá)對抗偵察裝備R1電磁環(huán)境分級表

通過以上數(shù)據(jù)表的分析，可以看出：

1）對不同試驗(yàn)對象，基于其本身的作戰(zhàn)能力指標(biāo)值，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相同電磁環(huán)境相對復(fù)雜度的比較，體現(xiàn)了電磁環(huán)境復(fù)雜度的對象屬性；比如對于電磁環(huán)境S1，由于兩型偵察裝備R1和R2的指標(biāo)和性能不同，量化分級結(jié)果有所不同。

2）對相同試驗(yàn)對象，可實(shí)現(xiàn)電磁環(huán)境復(fù)雜度的比較，比如對于偵察裝備R1，電磁環(huán)境S1的宏觀屬性評價(jià)為0.42，電磁環(huán)境S2的宏觀屬性評價(jià)為0.55，均屬于中度復(fù)雜（Ⅲ級），但相對來講，電磁環(huán)境S2比電磁環(huán)境S1在某些細(xì)微方面更復(fù)雜些。

3）對相同試驗(yàn)對象，可實(shí)現(xiàn)電磁環(huán)境不同屬性的差別程度比較，比如對于偵察裝備R2，電磁環(huán)境態(tài)勢S1和S2，其個(gè)體屬性相同，但其他屬性卻完全不同，這使得量化分級評價(jià)具有了很強(qiáng)的實(shí)際意義，使試驗(yàn)因素水平的綜合設(shè)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果的分析預(yù)測具有了更強(qiáng)的目標(biāo)性，也提高了試驗(yàn)過程的可控性，提升了試驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用效能。

4 結(jié)語

由于艦載雷達(dá)對抗偵察裝備本身的使用特點(diǎn)以及海上電磁信號的傳輸特點(diǎn)，導(dǎo)致海戰(zhàn)場環(huán)境中大量的電磁信號較容易進(jìn)入偵察接收系統(tǒng)，具備電磁環(huán)境“敏感”性的特點(diǎn)。因此對其試驗(yàn)電磁環(huán)境的分級方法研究，與雷達(dá)、通信等裝備試驗(yàn)有所不同。目前，國內(nèi)尚無明確的面向雷達(dá)對抗偵察裝備試驗(yàn)的電磁環(huán)境分級方法和標(biāo)準(zhǔn)；本文針對艦載雷達(dá)對抗偵察裝備這一具體的電磁環(huán)境受體，結(jié)合試驗(yàn)需求，提出了一種基于多屬性的試驗(yàn)電磁環(huán)境分級方法，該方法在一定程度上彌補(bǔ)了以往研究的不足，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，可為試驗(yàn)提供電磁環(huán)境度量標(biāo)準(zhǔn)，提高試驗(yàn)要素及水平的確定性，同時(shí)也是開展雷達(dá)對抗偵察裝備電磁環(huán)境適應(yīng)能力試驗(yàn)研究的重要基礎(chǔ)[11]，并可拓展應(yīng)用于雷達(dá)對抗偵察裝備的研制和部隊(duì)訓(xùn)練領(lǐng)域。

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