基于模糊綜合評判法的海戰場電磁環境復雜度研究

鄭均杰，王曉東

（解放軍92785部隊，秦皇島066200）

0 引 言

海戰場電磁環境是指到達艦艇編隊電子戰設備的所有雷達輻射信號的集合。戰場電磁環境的特點包括輻射源多、分布密度大、分布范圍寬、信號交疊嚴重等，且信號調制復雜、參數多變快變、信號綜合威脅的程度很高。目前，海戰場復雜電磁環境的表達主要包括信號數量、信號密度、視頻特征等，這種表達方式具有宏觀的指導意義，但是復雜性的微觀表達不夠具體，對復雜性要素的解析不足，時變性表達不明顯，無法滿足海軍艦艇未來作戰訓練的使用需求，有些情況下甚至會影響部隊作戰和指揮人員的決策。因此，需要增加和補充另外的參數和表達方式，為定量和定性結合的復雜性分級提供設計依據。

1 海戰場電磁環境復雜性分析

現代軍事活動和武器裝備對電子和信息系統的依賴，是造成戰場電磁環境日益復雜的根本原因，圍繞掌控戰場電磁信息優勢而展開的各種技戰術應用成為使海戰場電磁環境更加激烈和緊張的根本原因。其中，艦載雷達對抗偵察設備對電磁環境復雜性最為敏感，受影響最大，所面臨的復雜電磁環境除了具備復雜電磁環境一般特征外，還由于海戰場作戰主體本身和作戰環境的特殊性，使得海戰復雜電磁環境具有自身的特征，主要表現為以下幾方面[1]。

1.1 目標源特性復雜

水面艦艇相對于岸基武器平臺所面臨的威脅環境范圍更廣、種類更多，主要有：

（1）陸（海）基起飛的各型飛機；

（2）中小型的水面艦艇；

（3）從各種平臺上發射的導彈；

（4）無人偵察機；

（5）岸基固定和移動站雷達；

（6）各種民用輻射源。

1.2 空間分布密集

海戰作戰兵力編成大多以編隊的方式行動，若從某一傳感器觀察，電磁環境和威脅目標信號通常來自幾個重點方向，隨著戰斗進程的發展變化，時而交疊、時而分離。復雜電磁環境的這一特征增加了復雜電磁環境下對威脅目標的發現和識別難度。

1.3 時域變化難測

海戰場各種類型的輻射源在發射時機、持續時間、掃描方式、電磁兼容等方面存在差異，當共同作用于艦艇對象時，將產生隨機多變的不規則信號。復雜電磁環境的這一特征增加了復雜電磁環境下對有用信號的選取識別難度。

1.4 自然環境多變

海洋氣候復雜多變，狀況不定。海況、陸地和海雜波特性以及異常大氣效應都將對威脅信號的發現產生不確定影響，可導致虛警或漏警。

1.5 電磁兼容協調難度大

艦艇、飛機作為海戰場上的主要武器裝備平臺，具有自動化程度高，指揮通信、觀測探測、電子對抗、武器控制等多種電子信息裝備集聚一體，占用頻域寬而自身空間有限的特點。這造成了平臺與平臺、平臺本身各系統間的電磁兼容協調難度增大[2]。

2 模糊綜合評判法簡介

復雜電磁環境是一個模糊概念，造成電磁環境復雜度度量本身具有一定的模糊性，使一些參數具有難以量化的特性和不完全包容性，所以在電磁環境復雜性度量中，同時對于每一參數因素必須結合裝備實際作戰使用性能，而且具有確切物理含義的量化模型。模糊綜合評判法是一種對受多種因素影響的事物做出全面評價的、十分有效的多因素評價方法，其根據隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，具有結果清晰、系統性強的特點，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，采取模糊綜合評判法能較好地適應這一問題的解決。其基本步驟為：

（1）確定評價要素集，根據問題的性質和達到的目標，分解出問題的不同組成要素，形成影響評價對象的各要素的集合。

（2）確定評語集，通過一定計算和評估方法對各要素的隸屬程度進行賦值，得到各要素評價結果；并將電磁環境復雜度定為極其復雜、較復雜、中等復雜、一般復雜和簡單5個級別，以便從多個層次反映電磁環境的復雜程度。

（3）確定權重集，由于各要素在整個評價體系中所占的相對重要程度不同，因此要根據各要素重要性大小，采用多輪次的專家調查法，分別賦予一組位于[0，1]間的權重值，以保證評價結果的合理性，并且要保證權重加和為1。

（4）進行綜合評價，將各要素評價結果與各要素權重進行乘積。

3 海戰場電磁環境復雜度模糊評價模型

為了度量海戰場電磁環境復雜度，充分考慮構成復雜電磁環境的各類核心要素，在不關注相互作用的前提下，研究獨立改變各要素對電磁環境復雜性的貢獻，因此引入信號環境密度、雷達源數量、空間覆蓋率、頻譜占有率、工作體制分布、信號強度分布來度量環境對武器平臺作戰資源的影響，建立如下結構模型[4]：

（1）信號環境密度，是指在一定的時間和頻率范圍內，海戰場電磁脈沖信號的數量，用以度量電磁輻射源的總量。

（2）雷達源數量，是指在一定時間和頻率范圍內，武器平臺有效接收范圍內電磁輻射源數量，用以反映海戰場上作戰平臺總數，并在一定程度上決定了信號密度的大小。

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

（4）空間覆蓋率，是指在一定的時間和頻率范圍內，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，是指在一定的時間和空間范圍內，各類輻射源中不同體制目標信號的比例，用以度量輻射信號特征復雜性的程度。

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（6）信號強度分布，是指將武器平臺作為電磁信號接收點，在該點電磁輻射信號的場強大小及其變化分布，用以度量輻射源信號強弱復雜性的程度。

圖1 海戰場電磁環境復雜度指標結構圖

確立海戰場電磁環境復雜度計算模型：

式中：Wi為各要素的加權系數；Ui為各要素的度量值，根據專家經驗確定，最后結果保留兩位有效數字取整。

4 海戰場電磁環境復雜度模糊評價方法

4.1 確定各要素計算模型

信號環境密度U1計算模型：

式中：Wi為信號環境密度統計值；W 為武器平臺實際指標的對應值；k為閥值系數。

雷達信號部數U2的計算模型：

式中：Ni為雷達信號部數值；N為武器平臺實際指標的對應值；k為閥值系數。

頻譜占用度U3計算模型：

式中：Ti為信號超過門限電平值以上的時間；T為檢測時間。

空間覆蓋率U4計算模型：

式中：Li為接收范圍內輻射源方位樣本數的總和；L為武器平臺有效方位樣本點數。

工作體制分布比U5計算模型：

式中：Ni為雷達信號部數中特殊信號的數量值；N為雷達信號部數值；k為閥值系數。

信號強度分布比U6計算模型：

式中：Bo為接收到的信號瞬時最大幅度差；B為武器平臺實際可接收的動態范圍。

4.2 確立各要素系統

信號環境密度U1系數如表1所示，雷達信號部數U2系數如表2所示，頻譜占用度U3系數如表3所示，空間覆蓋率U4系數如表4所示，工作體制分布比U5系數如表5所示，信號強度分布比U6系數如表6所示，各要素的權值如表7所示。

表1 信號環境密度U1系數表

表2 雷達信號部數U2系數表

表3 頻譜占用度U3系數表

表4 空間覆蓋率U4系數表

表5 工作體制分布比U5系數表

表6 信號強度分布比U6系數表

表7 各要素權值

4.3 建立海戰場電磁環境復雜度U系數表

根據海戰場電磁環境復雜度計算模型得出U值，并且電磁環境復雜度按照五級標準進行評價，一級為簡單，二級為一般復雜，三級為中度復雜，四級為較復雜，五級為極其復雜。

表8 海戰場電磁環境復雜度U系數表

5 應用實例

例：海戰場環境構建為某近海海域，架設雷達部數45部，其中特殊體制雷達20部，信號密度為30萬脈沖／s，頻率占用率40%；某型艦船雷達對抗偵察設備工作頻率范圍2～18GHz，方位覆蓋范圍360°，角度分辨力為2°，其信號密度適應指標為20萬脈沖／s，雷達部數適應指標為60部，可適應的信號動態范圍60dB，假設雷達信號瞬時最大幅度差為25dB，則根據公式（1）～（7）及表1～8得出：

信號環境密度U1＝0.73，為較復雜；

雷達信號部數U2＝0.68，為較復雜；

頻譜占用度U3＝0.4，為中度復雜；

空間覆蓋率U4＝0.35，為一般復雜；

工作體制分布比U5＝0.56，為中度復雜；

信號強度分布比U6＝0.41，為較復雜。

最后得出海戰場相對于武器平臺接收機的復雜度U＝57為中度復雜。

6 結束語

本文選取了信號環境密度、雷達源數量、空間覆蓋率、頻譜占有率、工作體制分布、信號強度分布6個要素作為海戰場電磁環境復雜度的評價要素，并運用模糊評判綜合評價法給出了海戰場電磁環境復雜度度量模型和評價方法，歸結起來，該方法有如下優點：

（1）可依據不同的海上武器平臺和復雜變化的海戰場環境得出相應的海戰場電磁環境復雜度。

（2）對戰場電磁環境復雜度進行了量化，在合適條件下摸清武器裝備在電磁環境復雜度按照五級評價下的技戰術性能

實例及結果證明：該模型和方法操作簡單，結構合理，具有應用價值。下一步工作重點，是在該模型基礎上對海上武器裝備平臺各技戰術性能進行微觀分析，完善模型，實現對海戰場電磁環境復雜度更加精確的量化。

[1]王小非，陳煒，羅玉臣.海軍作戰模擬理論與實例[M].北京：國防工業出版社，2010.

[2]王志剛，何俊.戰場電磁環境復雜性定量評估方法研究[J].電子信息對抗技術，2008（3）：8－12.

[3]王汝群.戰場電磁環境[M].北京：解放軍出版社，2006.

[4]陳紹順，王君，李云.戰場態勢的定量分析模型[J].情報指揮控制系統與仿真技術，2004（6）：28－32.