周 朋
(海軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066000)
通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估方法綜述*
周 朋
(海軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066000)
為解決目前通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估方法種類(lèi)繁多,而單個(gè)評(píng)估方法不足以充分、全面地評(píng)估干擾效果的問(wèn)題,介紹了通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估分類(lèi)、評(píng)估指標(biāo)以及指標(biāo)選取原則,研究現(xiàn)有評(píng)估方法的評(píng)估機(jī)理、評(píng)估流程,根據(jù)不同干擾效果評(píng)估方法的原理依據(jù)、參數(shù)選取、評(píng)估效果等特征,對(duì)現(xiàn)有典型的通信對(duì)抗干擾效果方法進(jìn)行梳理歸類(lèi),提出了通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估研究方向的展望,對(duì)通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。
通信對(duì)抗;干擾效果;綜合評(píng)估方法;評(píng)估體系
通信對(duì)抗干擾是指利用通信對(duì)抗設(shè)備發(fā)射專(zhuān)門(mén)的干擾信號(hào),破壞或擾亂敵方無(wú)線電通信設(shè)備正常工作能力的一種電子干擾[1]。而通信干擾效果的評(píng)估,是許多軍事專(zhuān)家研究的對(duì)象。目前,受技術(shù)水平限制,內(nèi)場(chǎng)仿真試驗(yàn)評(píng)估具有一定的局限性。在外場(chǎng)進(jìn)行通信對(duì)抗試驗(yàn)中,應(yīng)用最廣泛的評(píng)估方法是利用通信的最終結(jié)果直接評(píng)估,這種評(píng)估方法準(zhǔn)確性較高,但很多情況下無(wú)法直接獲得通信結(jié)果,會(huì)對(duì)干擾效果的評(píng)估帶來(lái)一定的困難。因此,通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估向基于客觀評(píng)估方面發(fā)展。針對(duì)上述情況,許多專(zhuān)家提出多種通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估方法[2-5]。本文在前人研究成果基礎(chǔ)上,梳理介紹幾種典型的客觀通信干擾效果評(píng)估方法,簡(jiǎn)要分析通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估發(fā)展方向。
按照評(píng)估方法分類(lèi),通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估方法可分為定性評(píng)估、定量評(píng)估和綜合評(píng)估三種。定性評(píng)估是指由多個(gè)專(zhuān)家組成的專(zhuān)家組根據(jù)通信中的某一特征值對(duì)干擾效果進(jìn)行評(píng)估,人的主觀因素對(duì)判決的準(zhǔn)確性影響較大;定量評(píng)估(也稱(chēng)作客觀評(píng)估)指在試驗(yàn)中以某種手段獲取一定量的實(shí)際數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)根據(jù)某一特征進(jìn)行量化,利用量化指標(biāo)對(duì)干擾效果進(jìn)行評(píng)估,是系統(tǒng)分析研究中經(jīng)常使用的方法;綜合評(píng)估是指利用定量與定性相結(jié)合的方法進(jìn)行通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估。按照通信系統(tǒng)中通信接收方信號(hào)處理流程,通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估分為基于射頻信號(hào)的評(píng)估方法、基于中頻信號(hào)的評(píng)估方法和基于基帶信號(hào)的評(píng)估方法。本文介紹的幾種方法都是基于輸出信號(hào)的定量評(píng)估方法。
通信干擾效果評(píng)估指標(biāo)的選取對(duì)評(píng)估的準(zhǔn)確性起到關(guān)鍵的作用。評(píng)估指標(biāo)的選取要遵循一定的原則[1,6]:系統(tǒng)性、簡(jiǎn)明性、客觀性、時(shí)效性、可測(cè)性、完備性、獨(dú)立性和一致性。根據(jù)上述原則,一些常用的評(píng)估指標(biāo)如下:
(1)干擾功率。被干擾目標(biāo)接收到的干擾信號(hào)與有用信號(hào)功率之比應(yīng)該大于其對(duì)信號(hào)正常接收所必須的信干比。
(2)頻域覆蓋率。干擾信號(hào)的頻率必須與通信信號(hào)的頻率重合,重合程度越高,干擾效果越好。
(3)時(shí)域覆蓋率。通信干擾壓制的時(shí)間占總威脅時(shí)間的比率。
(4)調(diào)制樣式。通過(guò)調(diào)制方式的識(shí)別和調(diào)制參數(shù)的提取,對(duì)干擾效果進(jìn)行評(píng)估。
(5)信息完整度。敵方接收機(jī)接收信息的完整程度。評(píng)價(jià)完整度的指標(biāo)包括誤碼率、誤字率、任務(wù)未完成率等因素。
每種評(píng)估指標(biāo)只能代表通信被干擾的一個(gè)方面,單一的評(píng)估方法不能使通信干擾效果的評(píng)估達(dá)到理想的目的。因此,通信干擾評(píng)估指標(biāo)的組合使用是能夠反映干擾效果評(píng)估質(zhì)量的優(yōu)選方法。
2.1基于調(diào)制識(shí)別理論的通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估
調(diào)制是用待傳送信號(hào)去控制某個(gè)高頻信號(hào)的幅度、相位、頻率等參量變化的過(guò)程,即用一個(gè)信號(hào)去裝載另一信號(hào)[7]。調(diào)制的基本方法有三種:幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。利用調(diào)制識(shí)別理論進(jìn)行通信干擾效果評(píng)估流程如圖1所示?;谡{(diào)試識(shí)別理論干擾效果評(píng)估的基本思想:利用調(diào)制識(shí)別理論選取的特征值作為干擾效果評(píng)估的特征值,利用調(diào)制識(shí)別的難易程度評(píng)估干擾效果。
圖1 通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估流程
通信信號(hào)的基本特征值有3種,幅度、頻率和相位。這三個(gè)特征值也是通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別技術(shù)的最基本特征參數(shù),而干擾效果特征值的選取也是以這三個(gè)特征值為基礎(chǔ)的。
在通信干擾效果評(píng)估中,以包絡(luò)為基準(zhǔn)的特征值可以有效識(shí)別AM、FM、SSB和DSB通信信號(hào)。本文以瞬時(shí)信號(hào)包絡(luò)為例,簡(jiǎn)要介紹特征值的選取。
假設(shè)通信接收信號(hào)為:
對(duì)于信號(hào)S(n)和噪聲N(n)的復(fù)信號(hào)可以表示為:
(接排)則其包絡(luò)的表達(dá)式為:
包絡(luò)的變化帶來(lái)信號(hào)干擾程度的變化,包絡(luò)的變化程度代表了信號(hào)識(shí)別的難度。因此,可以用包絡(luò)的變化強(qiáng)度來(lái)評(píng)估通信信號(hào)的干擾效果。接收方接收信號(hào)包絡(luò)的瞬時(shí)方差為:
因此,可用接收信號(hào)包絡(luò)的瞬時(shí)方差作為評(píng)估干擾效果的特征值對(duì)干擾效果進(jìn)行評(píng)估。
基于調(diào)制方式識(shí)別理論的干擾效果評(píng)估,特征參數(shù)的提取和選擇非常重要。理想情況下,經(jīng)過(guò)提取和選擇所得到的特征矢量對(duì)不同調(diào)制類(lèi)型的信號(hào)有較好的評(píng)估結(jié)果。然而,在實(shí)際問(wèn)題中卻常常不容易找到那些最重要的特征。這使得特征提取和選擇的任務(wù)復(fù)雜化,從而成為干擾效果評(píng)估系統(tǒng)中最困難的任務(wù)之一。
2.2基于小波理論的通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估
小波作為一門(mén)新興的學(xué)科,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到許多領(lǐng)域。小波的主要特點(diǎn)是它能提供一個(gè)信號(hào)局部化的頻域信息,將各種交織在一起的不同頻率組成的混合信號(hào)分解成不同頻率的塊信號(hào),對(duì)不同的時(shí)間和頻率有不同的解釋[1]。小波分析優(yōu)于傅里葉分析的地方在于,它的時(shí)間域與頻率域同時(shí)具有良好的局部化特征,即在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率,在高頻部分具有較低的頻率分辨率和較高的時(shí)間分辨率。這種特性使小波變換具有對(duì)信號(hào)的適應(yīng)能力。
常用的基于小波理論的識(shí)別方法有基于Haar小波的調(diào)制識(shí)別[8]、類(lèi)Haar小波與數(shù)字信號(hào)調(diào)制識(shí)別[9]、基于Moelet小波的調(diào)制識(shí)別?;谛〔ɡ碚撻_(kāi)展通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估一般包括如下步驟[1]:
(1)通過(guò)小波變換獲取該信號(hào)的小波系數(shù);
(2)通過(guò)小波系數(shù)計(jì)算干擾效果評(píng)估特征值;
(3)根據(jù)一定的門(mén)限值,對(duì)干擾效果進(jìn)行判決,大于門(mén)限值時(shí),認(rèn)為干擾效果有效。
這里,小波和特征值的選取都需要遵循一定的條件,文獻(xiàn)[1]中已詳細(xì)解析,本文不再贅述。
雖然小波理論近年來(lái)被廣泛于語(yǔ)音信號(hào)的增強(qiáng)、去噪等方面,并取得很大的成果,但針對(duì)語(yǔ)音信號(hào)干擾效果的評(píng)估與小波變化特性的研究還處于起步階段。小波理論運(yùn)用到語(yǔ)音信號(hào)的評(píng)估領(lǐng)域,作為一種新的理論還需時(shí)間和實(shí)踐的驗(yàn)證。
2.3基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能而建立的一種信息處理系統(tǒng)[10]。它由大量的神經(jīng)元構(gòu)成,每個(gè)神經(jīng)元都具有獨(dú)立處理信息的能力。神經(jīng)元對(duì)輸入信息進(jìn)行加權(quán)求和,并在激勵(lì)函數(shù)的作用下輸出信息,通過(guò)目標(biāo)輸出和自身輸出之間的誤差,不斷調(diào)整輸入?yún)?shù)與神經(jīng)元之間的連接權(quán)值,直到誤差達(dá)到要求的精度為止。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)特的非線性映射功能能夠解決許多復(fù)雜問(wèn)題,應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊。
在應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前,要確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值。對(duì)于通信干擾效果評(píng)估,就是確定影響干擾效果的主要因素。通??梢园凑找韵聨讉€(gè)原則來(lái)確定主要影響因素[11]:
(1)獨(dú)立性,即因素之間應(yīng)該不是重疊的,甚至應(yīng)該是不相關(guān)的;
(2)明確性,因素的含義必須清楚;
(3)可測(cè)性,即因素具體實(shí)現(xiàn)上的可操作性;
(4)可定量化,適合計(jì)算、仿真。
在實(shí)際應(yīng)用中,要先建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)(樣本集)反復(fù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,獲得知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),得到網(wǎng)絡(luò)參數(shù),并存儲(chǔ)下來(lái),確定網(wǎng)絡(luò)模型。具體訓(xùn)練算法流程如圖2所示。
圖2 通信對(duì)抗效果評(píng)估訓(xùn)練算法流程
文獻(xiàn)[11]選取接收機(jī)靈敏度、干擾信號(hào)功率、干擾信號(hào)瞄頻精度3個(gè)因素的數(shù)值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,選取報(bào)文錯(cuò)組率作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出,較好地得到了干擾效果的評(píng)估結(jié)果。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性特性為通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估提供了一種新的途徑和措施,但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練需要大量的數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出,實(shí)際數(shù)據(jù)的獲取可能成為制約該方法使用的主要因素。
2.4其他通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估方法
除上述介紹的典型通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估方法外,國(guó)內(nèi)一些學(xué)者也提出了利用其他有效算法進(jìn)行干擾效果評(píng)估的方法。它們各自指標(biāo)選取不盡相同,針對(duì)現(xiàn)有方法存在的不足從不同方面提出解決問(wèn)題的改進(jìn)辦法,對(duì)通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估的研究起到了一定的促進(jìn)作用。
根據(jù)評(píng)估指標(biāo)的關(guān)聯(lián)特性,岑新龍等提出基于灰色關(guān)聯(lián)分析的通信干擾效果評(píng)估方法[6],建立了干擾效果評(píng)估指標(biāo)。在灰色關(guān)聯(lián)分析的基礎(chǔ)上,將
指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)與權(quán)值相結(jié)合,提出了通信干擾綜合評(píng)估模型。以權(quán)重的形式體現(xiàn)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)整體的影響程度,克服以往權(quán)重賦值主觀性較強(qiáng)的局限,最終以關(guān)聯(lián)度為定量指標(biāo)來(lái)對(duì)通信干擾效果進(jìn)行比較分析。
針對(duì)難于獲取發(fā)送方的原始數(shù)據(jù)從而不能進(jìn)行誤碼率計(jì)算的問(wèn)題,張會(huì)等提出基于眼圖分析的數(shù)字通信干擾效果方法[12],即通過(guò)濾波器觀察接收端的基帶信號(hào)波形,從而估計(jì)和調(diào)整系統(tǒng)性能的一種方法。眼張開(kāi)的大小表示失真的程度,眼圖特征的變化與誤碼率密切相關(guān)。利用誤碼率與眼圖參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,給出了基于眼圖分析的數(shù)字通信干擾效果方法。
在通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估方面,還有陸萬(wàn)宏等提出的一種基于干擾可信賴(lài)度的通信干擾效果評(píng)估方法[13],以及付立提出的基于MVDR譜的語(yǔ)音通信干擾效果評(píng)估方法[11]。
3.1建立內(nèi)外場(chǎng)相結(jié)合的干擾效果評(píng)估體系
隨著通信對(duì)抗技術(shù)的不斷發(fā)展,電子戰(zhàn)規(guī)模不斷升級(jí)。未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境將日趨復(fù)雜化,單一指標(biāo)有時(shí)無(wú)法有效完成對(duì)通信對(duì)抗干擾效果的評(píng)估。目前,大多數(shù)評(píng)估方法是在特定環(huán)境下對(duì)干擾效果進(jìn)行評(píng)估,且都是針對(duì)外場(chǎng)實(shí)測(cè)環(huán)境,并利用通信效果直接評(píng)估。雖然這類(lèi)方法準(zhǔn)確性較高,但對(duì)通信達(dá)成效果的依賴(lài)性較大,對(duì)通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估方向的發(fā)展具有一定的制約作用。因此,建立一種合理、科學(xué)的評(píng)估體系顯得尤為重要。內(nèi)場(chǎng)仿真與外場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的干擾效果評(píng)估體系正成為一個(gè)熱門(mén)的研究方向,即將大量的試驗(yàn)在內(nèi)場(chǎng)仿真試驗(yàn)室中進(jìn)行,外場(chǎng)試驗(yàn)主要用于內(nèi)場(chǎng)仿真試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證以及內(nèi)場(chǎng)無(wú)法完成的試驗(yàn)。內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果為外場(chǎng)試驗(yàn)提供技術(shù)支持,外場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果為內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)提供校驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。這樣,既能利用外場(chǎng)的實(shí)際效果,又具有內(nèi)場(chǎng)環(huán)境的保密性強(qiáng)、可操作好的優(yōu)點(diǎn)。
3.2建立通信對(duì)抗干擾效果綜合評(píng)估方法
目前,多種新研通信干擾裝備都具有多功能、綜合干擾的特點(diǎn),即可以對(duì)同一個(gè)通信信號(hào)的不同因素進(jìn)行干擾,又能夠同時(shí)干擾多個(gè)信號(hào)。而無(wú)論采取何種方法或者利用哪些評(píng)估指標(biāo)都會(huì)存在某些問(wèn)題或缺陷,單個(gè)評(píng)估方法不足以充分、全面地評(píng)估干擾效果。因此,需要利用綜合評(píng)估的方法對(duì)通信對(duì)抗干擾效果進(jìn)行綜合評(píng)估,即多個(gè)綜合算法對(duì)多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行客觀、科學(xué)的評(píng)估,根據(jù)不同干擾裝備的特點(diǎn),選取不同的指標(biāo),進(jìn)行綜合的評(píng)估,以達(dá)到較好的評(píng)估效果。評(píng)估指標(biāo)的選取可按照第1節(jié)描述的原則。
隨著通信對(duì)抗方向的發(fā)展,對(duì)通信對(duì)抗效果評(píng)估的要求也越來(lái)越迫切。本文對(duì)通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析,針對(duì)不同評(píng)估方法的特征,對(duì)現(xiàn)有典型通信對(duì)抗干擾效果方法進(jìn)行梳理歸類(lèi)。針對(duì)單一的評(píng)估方法不能全面有效地評(píng)估通信對(duì)抗干擾效果,建議使用評(píng)估指標(biāo)組合使用的方法對(duì)通信干擾效果進(jìn)行評(píng)估。同時(shí),提出重點(diǎn)研究建立通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估體系和通信對(duì)抗干擾效果綜合評(píng)估方法研究方向的發(fā)展展望,這對(duì)通信對(duì)抗干擾效果評(píng)估發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。
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周 朋(1989—),男,碩士,助理工程師,主要研究方向?yàn)橥ㄐ叛b備試驗(yàn)。
Overview on Communication Countermeasure Jamming Effect Assessment Method
ZHOU Peng
(PLA Navy Unit 91404, Qinhuangdao Hebei 066000,China)
In order to solve the problem of diverse communication countermeasure jamming effect assessment methods and inadequate assessment countermeasure jamming by single assessment method ,the communication jamming effect assessment type, assessment index and strategy for index selection are described, the assessment theory and mechanics of existing assessment methods, According to the principle, parameter selection, assessment effect of different jamming effect assessment methods, the existing typical communication jamming effect assessment methods are combed and classified,the future research direction for communication jamming effect assessment also suggested. And all this would be of certain significance to the development of communication jamming effect assessment.
communication countermeasure;jamming effect;general assessment method;assessment system
TN912.3
A
1002-0802(2016)-08-01029-05
10.3969/j.issn.1002-0802.2016.08.014
2016-04-22;
2016-07-25
date:2016-04-22;Revised date:2016-07-25