管 飛 寧云暉 李 超 彭 博

（1.江蘇自動(dòng)化研究所 連云港 222061）（2.中國(guó)人民解放軍91977部隊(duì) 北京 100036）

1 引言

信息化條件下，隨著科技的進(jìn)步及各類電子信息裝備的大量運(yùn)用，現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境日趨復(fù)雜［1］。種種跡象表明，復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)裝備的作戰(zhàn)效能造成了不同程度的影響。在此背景下，電磁環(huán)境分級(jí)逐漸成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外電磁環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外電磁環(huán)境分級(jí)的相關(guān)研究已取得較大的進(jìn)展。文獻(xiàn)［2～4］根據(jù)電磁環(huán)境的組成及特點(diǎn)，從宏觀角度對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行分級(jí)，文獻(xiàn)［5］和［6］分別基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和改進(jìn)的AHP 算法對(duì)權(quán)重確定算法進(jìn)行改進(jìn)，這些所提方法均可客觀地反映電磁環(huán)境的復(fù)雜性，但由于電磁環(huán)境的影響具有很強(qiáng)的針對(duì)性，從宏觀角度進(jìn)行分級(jí)的方法無(wú)法準(zhǔn)確反映電磁環(huán)境對(duì)雷達(dá)偵察接收機(jī)的影響。文獻(xiàn)［7］提出一種基于S-ELSM 變換的電磁環(huán)境復(fù)雜度評(píng)估方法，該方法可以通過(guò)較短時(shí)間的訓(xùn)練達(dá)到評(píng)估電磁環(huán)境的復(fù)雜度的目的，但其因需要大量的訓(xùn)練集導(dǎo)致操作性不強(qiáng)。文獻(xiàn)［8～9］綜合考慮了各種影響因素，提出了多屬性的電磁環(huán)境分級(jí)方法，其分級(jí)結(jié)果由多個(gè)屬性從不同層面描述電磁環(huán)境的復(fù)雜度，但因缺乏統(tǒng)一描述指標(biāo)導(dǎo)致分級(jí)結(jié)果不具有直觀性。

以上方法雖可達(dá)到電磁環(huán)境復(fù)雜度評(píng)估的目的，但均不適用于雷達(dá)偵察接收機(jī)電磁環(huán)境評(píng)估。針對(duì)上述問(wèn)題，本文在分析雷達(dá)偵察接收機(jī)電磁環(huán)境的基礎(chǔ)上，根據(jù)其性能指標(biāo)受影響程度，提出了一種基于電磁環(huán)境效應(yīng)的電磁環(huán)境復(fù)雜度分級(jí)方法。

2 電磁環(huán)境分析

電磁環(huán)境指一定區(qū)域內(nèi)所有電磁現(xiàn)象的總和［10］，其所反映的是具體事物與周邊的電磁關(guān)系，體現(xiàn)的是作戰(zhàn)裝備在執(zhí)行任務(wù)時(shí)可能遇到的各種輻射源信號(hào)的分布狀況。多種電磁信號(hào)在一定的空域、時(shí)域、頻域和能量域上同時(shí)存在，既影響了作戰(zhàn)裝備的工作性能，也給指揮人員的決策行動(dòng)造成了干擾，甚至有可能直接決定戰(zhàn)爭(zhēng)的成敗。

當(dāng)代雷達(dá)偵察接收機(jī)面臨的電磁環(huán)境是以雷達(dá)信號(hào)為主體的更為密集復(fù)雜的電磁信號(hào)環(huán)境。根據(jù)信號(hào)來(lái)源不同，可將雷達(dá)偵察接收機(jī)面臨的電磁環(huán)境分為人為電磁輻射和自然電磁輻射兩大類，而人為電磁輻射又可分為有意電磁輻射和無(wú)意電磁輻射。信息化條件下，雷達(dá)偵察接收機(jī)不僅面臨有體制繁多的雷達(dá)信號(hào)，還有導(dǎo)航信號(hào)、光電信號(hào)、通信信號(hào)等干擾信號(hào)，甚至可能面臨反偵察干擾信號(hào)。這些干擾信號(hào)或有意或無(wú)意地都對(duì)雷達(dá)偵察接收機(jī)的性能造成一定的影響。

雷達(dá)偵察接收機(jī)所面臨電磁環(huán)境的特點(diǎn)可以從空、時(shí)、頻、能四個(gè)角度進(jìn)行描述?？沼蛏希捎趹?zhàn)爭(zhēng)的需要，現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)各類輻射源廣泛分布于海、陸、空、天四維空間，電磁信號(hào)在整個(gè)作戰(zhàn)空間呈立體多向、縱橫交錯(cuò)分布。時(shí)域上，電磁態(tài)勢(shì)瞬息萬(wàn)變，不同種類的輻射源信號(hào)之間的相互作用還將產(chǎn)生隨機(jī)多變的不規(guī)則信號(hào)。頻域上，作戰(zhàn)區(qū)域頻譜占用度大，各種裝備用頻范圍幾乎覆蓋從短波到毫米波的廣闊空間。能量域上，電磁環(huán)境能量密度呈不均勻分布，能量密度大的地方雷達(dá)偵察接收機(jī)性能受影響程度嚴(yán)重。

3 復(fù)雜電磁環(huán)境分級(jí)思路

現(xiàn)有電磁環(huán)境復(fù)雜度分級(jí)的方法主要可以歸為兩類：一類是從宏觀角度對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行分級(jí)，通過(guò)分析電磁環(huán)境的時(shí)域、頻域、空域、能域特征，根據(jù)其時(shí)間占有度、頻譜占用度、空間覆蓋率和電磁信號(hào)能量密度進(jìn)行分級(jí)；另一類則根據(jù)設(shè)備的電磁環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行分級(jí)［11～12］，從設(shè)備出發(fā)，考慮其對(duì)電磁環(huán)境的“感受”，根據(jù)設(shè)備性能在電磁環(huán)境中的受影響程度來(lái)確定電磁環(huán)境的復(fù)雜度等級(jí)。

這兩種方法雖然均能夠從各自的角度對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行描述及復(fù)雜度分級(jí)，但是對(duì)于雷達(dá)偵察接收機(jī)而言，不考慮設(shè)備性能，而從客觀角度進(jìn)行分級(jí)的方法并不適合。因?yàn)槿舨捎么朔N方法進(jìn)行分級(jí)，雷達(dá)偵察接收機(jī)在高復(fù)雜度的電磁環(huán)境中不一定不能正常工作，在低復(fù)雜度電磁環(huán)境中也不一定可以正常工作。

雷達(dá)偵察接收機(jī)的工作性能與其面臨電磁環(huán)境的復(fù)雜度有著密切的關(guān)聯(lián)［11］，電磁環(huán)境的復(fù)雜度不同，雷達(dá)偵察接收機(jī)工作性能的表現(xiàn)亦不同。因此，基于電磁環(huán)境效應(yīng)的分級(jí)方法，也即根據(jù)裝備性能指標(biāo)受影響程度對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行分級(jí)，更適用于雷達(dá)偵察接收機(jī)。雷達(dá)偵察接收機(jī)的性能指標(biāo)受電磁環(huán)境影響程度越大，說(shuō)明其面臨的電磁環(huán)境越復(fù)雜，反之則說(shuō)明電磁環(huán)境越簡(jiǎn)單。

4 分級(jí)評(píng)估指標(biāo)體系

雷達(dá)偵察接收機(jī)的工作流程為首先截獲輻射源信號(hào)，其次進(jìn)行信號(hào)參數(shù)測(cè)量，然后完成信號(hào)分選，最后實(shí)現(xiàn)輻射源識(shí)別及威脅等級(jí)判斷，因此電磁環(huán)境對(duì)雷達(dá)偵察接收機(jī)的影響主要表現(xiàn)在對(duì)其截獲性能、參數(shù)測(cè)量性能、信號(hào)分選性能和輻射源識(shí)別性能的影響上，而對(duì)這些性能的影響可由相關(guān)底層指標(biāo)來(lái)表征。雷達(dá)偵察接收機(jī)的這些性能以及各性能的相關(guān)底層指標(biāo)，共同構(gòu)成了雷達(dá)偵察接收機(jī)電磁環(huán)境的分級(jí)評(píng)估指標(biāo)體系。

4.1 截獲性能指標(biāo)

雷達(dá)偵察接收機(jī)的截獲性能通常指其搜索、檢測(cè)并識(shí)別輻射源信號(hào)的能力。實(shí)現(xiàn)輻射源信號(hào)截獲的前提條件之一是進(jìn)入偵察接收機(jī)的信號(hào)功率須達(dá)到靈敏度Prmin，這一能量條件可由偵察作用距離來(lái)表征。由于輻射源信號(hào)與偵察接收機(jī)是非合作的，對(duì)輻射源信號(hào)的截獲是一定條件下的概率事件，通常截獲能力可采用截獲概率來(lái)表現(xiàn)。與此同時(shí)，截獲時(shí)間也是一個(gè)體現(xiàn)偵察接收機(jī)截獲性能的重要指標(biāo)。

1）偵察作用距離

在保證偵收到的信號(hào)功率能夠滿足雷達(dá)偵察接收機(jī)正常完成信號(hào)檢測(cè)、識(shí)別等任務(wù)的條件下，雷達(dá)偵察接收機(jī)與輻射源可達(dá)到的最大距離稱為偵察作用距離。偵察作用距離越遠(yuǎn)，說(shuō)明偵察接收機(jī)的探測(cè)范圍越廣，探測(cè)能力越強(qiáng)。理想情況下，雷達(dá)偵察接收機(jī)的最大偵察作用距離為

式中，Pt為輻射源發(fā)射信號(hào)功率；Gt為輻射源發(fā)射天線在雷達(dá)偵察接收機(jī)方向的增益；Gr為偵察天線主瓣增益；λ為輻射源信號(hào)波長(zhǎng)；γr為偵察天線極化失配損失；Prmin為雷達(dá)偵察接收機(jī)的靈敏度。

2）截獲概率

根據(jù)雷達(dá)偵察接收機(jī)的工作過(guò)程，可將偵察截獲分為前端截獲和系統(tǒng)截獲。前端截獲指對(duì)輻射源信號(hào)的接收、檢測(cè)和參數(shù)測(cè)量，系統(tǒng)截獲指完成信號(hào)分選、形成輻射源參數(shù)信息的全過(guò)程。由于系統(tǒng)截獲涉及信號(hào)截獲之外的后續(xù)工作流程，故這里只考慮前端截獲。由文獻(xiàn)［13］可知，在T 時(shí)間內(nèi)至少出現(xiàn)一次前端截獲的概率為

式中，P0表示任意時(shí)刻的重合概率，0表示平均重合周期。

3）截獲時(shí)間

截獲時(shí)間指一定截獲概率條件下實(shí)現(xiàn)前端截獲所需要的時(shí)間。截獲時(shí)間越短，雷達(dá)偵察接收機(jī)的截獲性能越好。對(duì)于給定的截獲概率P(T)，相應(yīng)的截獲時(shí)間為

4.2 參數(shù)測(cè)量指標(biāo)

現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)條件下，各種輻射源裝備大量運(yùn)用，輻射源信號(hào)體制復(fù)雜多樣、層出不窮，要想完整而準(zhǔn)確地測(cè)量各信號(hào)的參數(shù)十分困難。雷達(dá)偵察接收機(jī)對(duì)輻射源信號(hào)的測(cè)量主要為脈沖載頻（RF）、脈沖幅度（PA）、到達(dá)時(shí)間（TOA）、脈沖寬度（PW）和到達(dá)角（AOA）五個(gè)參數(shù)組成的傳統(tǒng)脈沖描述字（PDW），因此可以利用脈沖描述字所包含參數(shù)的測(cè)量精度和分辨率反映其參數(shù)測(cè)量性能。鑒于一些雷達(dá)偵察接收機(jī)前端無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)多信號(hào)的準(zhǔn)確分辨和測(cè)量，因此脈沖丟失概率也是體現(xiàn)偵察接收機(jī)參數(shù)測(cè)量性能的一個(gè)重要指標(biāo)。

1）測(cè)量精度

測(cè)量精度可以采用PDW 所包含參數(shù)測(cè)量誤差乘積的倒數(shù)來(lái)表示，測(cè)量精度越大，表示各參數(shù)測(cè)量誤差越小。計(jì)算公式如下：

式中，δRF、δAOA、δPW、δPA、δTOA分別表示脈沖載頻、到達(dá)角、脈沖寬度、脈沖幅度以及到達(dá)時(shí)間的測(cè)量誤差。

2）分辨率

雷達(dá)偵察接收機(jī)的分辨率主要是指其方向和頻率上選擇及區(qū)分信號(hào)的能力，它是測(cè)頻系統(tǒng)和測(cè)向系統(tǒng)所能分開(kāi)的兩個(gè)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的最小值。分辨率可采用二維分辨單元的倒數(shù)來(lái)表示：

其中：θRF、θAOA分別表示頻率、到達(dá)角的分辨單元的大小。

3）脈沖丟失概率

在脈沖流密度較高的電磁環(huán)境中，當(dāng)某一脈沖的處理時(shí)間大于其與后面到達(dá)脈沖的TOA 間隔時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)該脈沖尚未處理完畢而后面的脈沖己經(jīng)到達(dá)的情況，此時(shí)后到達(dá)的脈沖將因無(wú)法及時(shí)處理而丟失。鑒于雷達(dá)偵察接收機(jī)所截獲的脈沖流具有參數(shù)λ的泊松分布特性，則在t時(shí)間內(nèi)到達(dá)n個(gè)脈沖的概率為

式中，λ為脈沖流平均密度。

由文獻(xiàn)［14］知，脈沖信號(hào)因時(shí)域重疊而導(dǎo)致的丟失概率為

式中，α為脈沖信號(hào)波長(zhǎng)與脈沖寬度的乘積。

4.3 信號(hào)分選指標(biāo)

信號(hào)分選就是將時(shí)域交錯(cuò)的多部輻射源脈沖信號(hào)根據(jù)某種準(zhǔn)則或算法分離得到每部輻射源的脈沖序列的過(guò)程。雷達(dá)偵察接收機(jī)的信號(hào)分選性能可采用正確分選率和漏分選率兩個(gè)指標(biāo)來(lái)表征［15］，正確分選率越高，漏分選率越低，其信號(hào)分選性能越好。

假設(shè)信號(hào)分選系統(tǒng)中存在某一類輻射源信號(hào)s，待分選脈沖序列中屬于該類的脈沖數(shù)為N，根據(jù)該類輻射源信號(hào)的TOA分選出的脈沖個(gè)數(shù)為M，而分選出的脈沖中實(shí)際屬于該類的脈沖個(gè)數(shù)為Q。對(duì)于該類輻射源信號(hào)，脈沖正確分選率Pcs、漏分選率Pms可分別表示為

4.4 輻射源識(shí)別指標(biāo)

輻射源識(shí)別一般通過(guò)將測(cè)量和分選后的信號(hào)參數(shù)與輻射源數(shù)據(jù)庫(kù)中的信號(hào)參數(shù)進(jìn)行比較，然后利用一定的算法或準(zhǔn)則分析實(shí)現(xiàn)。輻射源識(shí)別性能可以采用正確識(shí)別率和增批率來(lái)表征。

1）正確識(shí)別率

正確識(shí)別率指正確識(shí)別的輻射源個(gè)數(shù)占輻射源總數(shù)的比例，即：

式中，Ecr為正確識(shí)別的輻射源個(gè)數(shù)；E為電磁環(huán)境中的輻射源總數(shù)。

2）增批率

增批率指識(shí)別錯(cuò)誤的輻射源個(gè)數(shù)占輻射源總數(shù)的比例，即：

式中，Eer為錯(cuò)誤識(shí)別的輻射源個(gè)數(shù)。

5 評(píng)估和分級(jí)模型

5.1 評(píng)估模型

鑒于雷達(dá)偵察接收機(jī)的各指標(biāo)之間具有一定的聯(lián)系，如偵察作用距離、截獲概率、截獲時(shí)間三個(gè)指標(biāo)一同表征其截獲性能的好壞，而截獲性能、參數(shù)測(cè)量性能、信號(hào)分選性能、輻射源識(shí)別性能共同表征雷達(dá)偵察接收機(jī)工作性能的優(yōu)劣，考慮將各指標(biāo)用作底層，截獲性能、參數(shù)測(cè)量性能、信號(hào)分選性能及輻射源識(shí)別性能用作中間層，雷達(dá)偵察接收機(jī)工作性能用作頂層，建立層次結(jié)構(gòu)的雷達(dá)偵察接收機(jī)電磁環(huán)境評(píng)估模型如圖1所示。

圖1 雷達(dá)偵察接收機(jī)電磁環(huán)境層次結(jié)構(gòu)評(píng)估模型

圖1 中的各層指標(biāo)在參與評(píng)估時(shí)均需進(jìn)行量化，量化過(guò)程中通常將各指標(biāo)計(jì)算所得數(shù)值轉(zhuǎn)換至百分制，定義雷達(dá)偵察接收機(jī)工作性能不受電磁環(huán)境影響時(shí)量化數(shù)值為100。R、Ri、Rij分別表示頂層、中間層和底層指標(biāo)的量化數(shù)值，數(shù)值越小，表示性能越差，數(shù)值越大，表示性能越好，雷達(dá)偵察接收機(jī)受電磁環(huán)境影響程度越低，也即面臨的電磁環(huán)境越簡(jiǎn)單。需要注意的是，R23越大，表明參數(shù)測(cè)量性能越好，脈沖丟失概率越?。籖32越大，表明信號(hào)分選性能越好，漏分選率越?。籖42越大，表明識(shí)別性能越好，增批率越小。

頂層指標(biāo)R 為雷達(dá)偵察接收機(jī)電磁環(huán)境復(fù)雜度等級(jí)評(píng)定的最終依據(jù)，它由中間層和底層指標(biāo)通過(guò)評(píng)估模型層層聚合得來(lái)。根據(jù)上下層指標(biāo)以及同級(jí)指標(biāo)間的邏輯關(guān)系的不同，聚合過(guò)程通常涉及加權(quán)和、加權(quán)積兩種計(jì)算方法，二者計(jì)算公式如下：

式中，wij為指標(biāo)Rij對(duì)應(yīng)的權(quán)重，表示該性能指標(biāo)對(duì)上層性能指標(biāo)的貢獻(xiàn)程度，各指標(biāo)的權(quán)重大小可以通過(guò)構(gòu)建直覺(jué)乘性模糊判斷矩陣進(jìn)行確定［16］。

5.2 等級(jí)劃分

國(guó)軍標(biāo)GJB6520-2008《戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境分類與分級(jí)方法》按電磁環(huán)境信號(hào)復(fù)雜度等級(jí)，將戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境分為簡(jiǎn)單電磁環(huán)境、輕度復(fù)雜電磁環(huán)境、中度復(fù)雜電磁環(huán)境、重度復(fù)雜電磁環(huán)境四類電磁環(huán)境。仿照國(guó)軍標(biāo)方法，本文根據(jù)雷達(dá)偵察接收機(jī)性能指標(biāo)受電磁環(huán)境影響程度，對(duì)雷達(dá)偵察接收機(jī)面臨的電磁環(huán)境復(fù)雜度進(jìn)行分級(jí)，具體分級(jí)規(guī)則如表1所示。

表1 電磁環(huán)境復(fù)雜度分級(jí)規(guī)則

表中，ΔR=(100-R)/100×100%，表征雷達(dá)偵察接收機(jī)性能受影響程度，該值越小，表明雷達(dá)偵察接收機(jī)性能受電磁環(huán)境影響越小，電磁環(huán)境復(fù)雜度等級(jí)越低，相反則說(shuō)明電磁環(huán)境復(fù)雜度等級(jí)越高。

6 結(jié)語(yǔ)

雷達(dá)偵察接收機(jī)電磁環(huán)境的評(píng)估與分級(jí)是對(duì)其開(kāi)展復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的基本前提。本文在對(duì)電磁環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，從電磁環(huán)境效應(yīng)的角度，提煉出了雷達(dá)偵察接收機(jī)分級(jí)評(píng)估的指標(biāo)體系，根據(jù)各性能指標(biāo)之間的關(guān)系建立了雷達(dá)偵察接收機(jī)電磁環(huán)境的層次結(jié)構(gòu)評(píng)估模型，并給出了該評(píng)估模型下的電磁環(huán)境等級(jí)劃分規(guī)則。該評(píng)估模型不但可以合理地評(píng)估雷達(dá)偵察接收機(jī)受電磁環(huán)境的影響程度，而且可以對(duì)其所面臨的電磁環(huán)境復(fù)雜度進(jìn)行等級(jí)劃分，有助于提高其對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力和掌控能力，具有重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。