艦載雷達對抗偵察裝備試驗電磁環境分級方法研究＊

趙嚴冰 袁興鵬

（中國人民解放軍91336部隊 秦皇島 066326）

1 引言

隨著電子對抗作戰對象綜合水平的不斷提高以及電子裝備的大量應用，海戰場電磁環境日益復雜，海戰場電磁環境對艦載雷達對抗偵察裝備的截獲、測量、分選、電磁威脅目標的識別產生了較大影響。對于靶場新裝備試驗來說，就是需要根據裝備試驗的實際特點，遵循裝備具體戰場應用情況和可能面臨的電磁環境，分步驟、分層次地構建復雜電磁環境，以達到檢驗被試裝備戰術技術指標以及作戰能力的目的[1]。但試驗考核的重要基礎是要能夠對試驗電磁環境進行量化，即選擇度量參數并確定其數量級，從而為裝備試驗客觀性、直觀性的定量分析提供基礎數據。

復雜性是復雜電磁環境最本質的特性[1]，是一個相對抽象的概念。本文在分析艦載雷達對抗偵察裝備所面臨電磁環境特點的基礎上，針對現有試驗電磁環境分級方法的不足，以試驗電磁環境應力可變為依據，提出了一種新的試驗電磁環境量化分級方法；該方法以被試裝備為參照點，突出電磁環境交織性、多變性、多樣性、密集性和對抗性特點[2]，通過建立電磁環境復雜度評價體系，對試驗電磁環境進行分析和度量。

2 艦載雷達對抗偵察裝備試驗電磁環境量化分級需求分析

實際使用條件下，艦載雷達對抗偵察裝備所面臨復雜電磁環境的主要來源包括：己方裝備、敵方裝備、民用設備、自然電磁信號和輻射傳播環境[1]。由于海上作戰環境的特殊性，構成艦載雷達對抗偵察裝備電磁環境復雜性的主要要素包括四個方面：輻射源個體的差異性，雷達對抗信號環境的密集性，各種電子干擾的對抗性和自然環境及傳輸的不確定性。最終形成的海戰場復雜電磁環境是多種要素共同作用的結果[3]。

裝備試驗具有很強的實踐性，為了滿足各類各型裝備試驗鑒定的需求，對復雜電磁環境構建有特殊的需求，主要是構設條件定量已知，構設過程可調可控，構設樣本分層分級。試驗電磁環境構建應在電磁環境分析的基礎上，通過信息收集匯總和規劃計算，獲取試驗的電磁環境參數和規模[4]，為試驗提供客觀的數據支持，體現試驗設計的主觀性。當前雷達對抗偵察裝備試驗中采用的電磁環境分級描述方法是一種單一屬性的分級方法，只考慮了電磁環境在時、頻、空、能四域的資源占用情況，雖然具有一定的宏觀指導意義，但是復雜性的微觀表達不具體，復雜性要素的解析不足，構成要素內涵準確性不夠，時變性的表達不明顯，試驗對象的屬性表現不突出，需要增加和補充其它描述指標，并同步優化電磁環境的分級評估方法。

3 艦載雷達對抗偵察裝備試驗電磁環境量化分級方法

3.1 電磁環境量化分級的基本原則

文獻[5]通過計算頻譜占用度（FO）、時間占有度（TO）和空間覆蓋率（SO）給出了電磁環境的等級。但是對于艦載雷達對抗偵察裝備試驗電磁環境的分級，其適用性還不能滿足要求。電磁環境作為一個復雜系統，其復雜性是多方面客觀因素彼此交織共同構成的，因此單一屬性的度量不能全面表達電磁環境的本質特征。在這方面局部氣象實況的度量具有一定的借鑒意義，在對局部氣象實況進行分級度量時，采用了多要素多物理量的描述，每一個要素根據一定物理量的變化范圍，進行了定量分級，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。沒有度量標準，復雜性是很難被理解的，因此試驗電磁環境量化分級應遵循以下基本原則：一是分級結果具有一定的直觀性；二是分級過程符合電磁環境的本質特征；三是分級方法技術上可行，操作性強[6]。

3.2 電磁環境量化分級的層次結構及模型

多屬性多層次結構是復雜系統的主要表現之一，綜合考慮艦載雷達對抗偵察裝備試驗電磁環境構設需求，以及電磁環境各因素對電磁環境復雜性形成的機理，電磁環境量化分級的層次結構如圖1所示。

圖1 電磁環境量化分級的層次結構

如圖1所示，電磁環境量化分級的層次結構包括三層，實現了復雜問題的逐層分解。同時根據評價內容的歸屬性，一是從電磁信號角度進行分級描述，包括兩個屬性，這里定義稱為宏觀屬性和微觀屬性；二是從電磁實體角度進行分級描述，包括兩個屬性，這里定義稱為個體屬性和集群屬性；三是從電磁防護角度進行分級描述，包括一個屬性，這里定義稱為擾動屬性。量化分級結果用以下模型表示

式（1）中C1～C5分別表示各屬性的量化分級結果，五個屬性共同構成艦載雷達對抗偵察裝備試驗電磁環境分級度量體系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的評價結果，i表示各屬性序號，共五項。

fi的計算模型根據上下層指標以及同級指標間的邏輯關系采用了兩種計算方法：“或”關系，加權和，體現權重大指標對評價結果的貢獻；“與”關系，加權積，體現短板指標對評價結果的影響[7]。如下式所示

式（2）中wij為對應Cij的權重，權重是根據模糊層次分析法中關于建立模糊互補判斷矩陣權重的計算方法[7]結合專家打分來確定的。

Cij的計算也分為兩種情況，對于定量指標的量化是依據具體型號被試裝備的指標和先驗數據來實現的，選擇“被試對象”指標體系中某些關聯性強的指標參量，將其融入到指標度量標準中，確保對于每一指標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指標參數的歸一化參量，通過不同的歸一化函數實現相關指標參數的去量綱和定量賦值。由于指標量化結合“被試對象”的實際指標限制條件，即電磁環境的直接受體實際能力限制，體現了復雜度評估的對象性。對定性指標的量化主要是結合專家經驗，制定分類的量化標準，進行灰色的模糊量化[8]，如信號類型的量化。

3.3 電磁環境量化分級的指標設計

各屬性下層指標選擇主要針對艦載雷達對抗偵察電磁環境基本特點，以及對裝備的影響機理效果，考慮了三個方面因素，一是要突出整體目標性，所有評價指標作為有機整體的一部分，個別指標的評價屬性要與整體目標相適應；二是要突出重點問題，評價指標不是越多越好，需要以能求得解決特定問題的最佳方案為重點；三是便于運用科學的計量方法，在許多復雜的情況下，必須要有精確可靠的數字、資料，以作為科學決斷的依據[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境對“電磁環境受體”的影響。電磁環境的各種變化狀態，都可以歸結為電磁信號在空間、時間、頻譜和功率上的分布和變化，它反映了電磁環境的基本物理屬性。確定的分級評價指標如圖2所示。

圖2 宏觀屬性分級評價

為了實現各分級評價指標的量化，引入了被試裝備相關指標，如動態范圍、靈敏度指標，用于對電磁信號強度歸一化；工作頻率范圍指標用于對頻率占用度歸一化；脈沖流密度指標用于對電磁信號密度歸一化；空間覆蓋范圍指標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”變化復雜的不足，用于精細化、差異化分級，重點體現電磁環境的動態、多變、密集和交迭的分布特點。微觀屬性指標需要根據關聯性原則進行合理選取，減少指標冗余。

根據關聯性原則，圖3中共有十種關聯性組合，所有關聯組合存在以下幾種情況：

3 微觀屬性分級評價指標關聯性選擇示意圖

1）不構成關聯，如C13，C14的自相關；

2）構成關聯關系，但關聯關系含義不具備獨立性，如C11，C12和C13與C14的關聯，與C14的含義基本一致，可以理解為多種關聯與某一個屬性已有指標對應；

3）構成關聯關系，但關聯關系含義與其他指標含義接近或相互包含，如C11與C12的關聯與C21（或C22）的含義接近，可以理解為多種關聯與多個已有指標對應；

4）構成關聯關系，含義獨立性和完整性好，具有典型代表意義，如C21。

對各種組合進行綜合篩選，確定的分級評價指標如圖4所示[4]。

圖4 微觀屬性分級評價

為了實現各分級評價指標的量化，引入了被試裝備同一方位分辨單元內適應的雷達輻射源數量、工作頻率范圍，空間覆蓋范圍和適應脈沖流密度等定量指標。

3.3.3 個體屬性

個體屬性主要針對構成電磁環境實體的復雜性因素，從電磁環境實體的差別性角度描述電磁環境的復雜性，可將實際電磁環境中的實體輻射源視為一個廣義集合，記為RP（s），其輻射源總數N。

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

描述輻射源實體的標志值有多種，包括數量、分布、屬性、類型、狀態等，從實體的個體角度包括類型樣式、狀態模式以及威脅特征；從實體的總體分布角度包括信號數量和體制分布等[10]。差別標志值越多，復雜性越強，綜合分析，確定的分級評價指標如圖5所示。

圖5 個體屬性分級評價

為了實現各分級評價指標的量化，引入了被試裝備可適應的雷達輻射源數量指標總數，適應信號體制類型和威脅信號分級的定性指標。

3.3.4 集群屬性

集群屬性主要針對海上作戰兵力編成，具有明顯的集群特征；集群配置的信號環境，具有一定的方位分布、頻段分布、相同的運動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上發出的雷達信號流，體現對抗的方向和對抗的層次。反映電磁環境的屬性上，就是電磁環境信號及威脅信號通常來自幾個重點方向，并隨著戰斗進程的變化，在空間分布上產生聚集和分離的動態變化，造成局部的電磁環境復雜性升級或退化。集群的配置是動態的和相對模糊的，表征集群屬性的要素有方位（或方位區域）、分布和輻射源部數，確定的分級指標如圖6所示。

圖6 集群屬性分級評價

為了實現各分級評價指標的量化，引入了被試裝備可適應的雷達輻射源數量指標總數，適應信號體制類型、空間覆蓋范圍和方位分辨單元等定量指標。

3.3.5 擾動屬性

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

圖7 擾動屬性分級評價

為了實現各分級評價指標的量化，引入了被試裝備對象可適應的脈沖流密度和動態范圍指標，并采用主觀法進行定性的分檔分級。

3.4 電磁環境量化分級的評估類型

根據試驗電磁環境的分級需求定義了五級度量分類，如表1所示：

表1 電磁環境分級表

評估等級分類充分考慮了各指標計算結果的分布特性與復雜性概念的內在聯系，針對不同屬性，參考不同準則，包括均勻、比例、正態和就近等準則[8]，給出不同的分級區間分布，并且區間分布在低區間較為精細，在高區間較為粗略。電磁環境的復雜度評估結果具有時變性的特點，包括實時數據評估、歷史數據評估和綜合數據評估[7]。三個方面結果分別適用于不同的條件場合，便于試驗結果的分析。

3.5 試驗應用舉例

裝備試驗中的復雜電磁環境構建方法和手段主要有基于外場的全實物模擬、實物與半實物混合模擬，基于內場微波暗室等室內設施的半實物仿真。外場試驗電磁環境構建受氣象水文和地理條件影響較大，并需要建立完善的基礎數據，包括電子設備的位置、類別、數量、性能參數、技術體制、信號特征和電磁敏感參數等[1]，同時還需具備電磁環境監測手段，準確預測和實時評估具有一定難度。現代海上局部戰爭面臨的電磁環境是十分復雜而且瞬息萬變的，因此基于半實物仿真技術來提供一個復雜、逼真、動態的電磁環境，是一個效費比較高的實現方法，有助于試驗的順利實施和有效度量。

以下以基于內場微波暗室的半實物仿真構建手段，進行電磁環境量化分級方法的應用和分析。試驗針對兩型艦載雷達對抗偵察裝備，在電磁環境分析與建模基礎上，構設多個電磁環境態勢樣本，樣本量覆蓋各屬性的五個復雜度等級，記為｛S1，S2，…，S｝，以電磁環境態勢樣本S1和S2為例，通過模型的計算，對于艦載雷達對抗偵察裝備R1的分級評價結果如表2：

表2 雷達對抗偵察裝備R1電磁環境分級表

通過以上數據表的分析，可以看出：

1）對不同試驗對象，基于其本身的作戰能力指標值，可實現兩個相同電磁環境相對復雜度的比較，體現了電磁環境復雜度的對象屬性；比如對于電磁環境S1，由于兩型偵察裝備R1和R2的指標和性能不同，量化分級結果有所不同。

2）對相同試驗對象，可實現電磁環境復雜度的比較，比如對于偵察裝備R1，電磁環境S1的宏觀屬性評價為0.42，電磁環境S2的宏觀屬性評價為0.55，均屬于中度復雜（Ⅲ級），但相對來講，電磁環境S2比電磁環境S1在某些細微方面更復雜些。

3）對相同試驗對象，可實現電磁環境不同屬性的差別程度比較，比如對于偵察裝備R2，電磁環境態勢S1和S2，其個體屬性相同，但其他屬性卻完全不同，這使得量化分級評價具有了很強的實際意義，使試驗因素水平的綜合設計，試驗結果的分析預測具有了更強的目標性，也提高了試驗過程的可控性，提升了試驗系統的應用效能。

4 結語

由于艦載雷達對抗偵察裝備本身的使用特點以及海上電磁信號的傳輸特點，導致海戰場環境中大量的電磁信號較容易進入偵察接收系統，具備電磁環境“敏感”性的特點。因此對其試驗電磁環境的分級方法研究，與雷達、通信等裝備試驗有所不同。目前，國內尚無明確的面向雷達對抗偵察裝備試驗的電磁環境分級方法和標準；本文針對艦載雷達對抗偵察裝備這一具體的電磁環境受體，結合試驗需求，提出了一種基于多屬性的試驗電磁環境分級方法，該方法在一定程度上彌補了以往研究的不足，具有很強的實用價值，可為試驗提供電磁環境度量標準，提高試驗要素及水平的確定性，同時也是開展雷達對抗偵察裝備電磁環境適應能力試驗研究的重要基礎[11]，并可拓展應用于雷達對抗偵察裝備的研制和部隊訓練領域。

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