電磁態(tài)勢(shì)分析顯示中的多源信息處理方法

金芳 楊坤 汪洋

摘要：基于接入的多源電磁環(huán)境信息，抽取電磁輻射源的位置、特征參數(shù)和區(qū)域能量分布的信息，采用背景源數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)傳播模型計(jì)算和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)印證技術(shù)、相同或類似輻射源態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)插值技術(shù)、電磁環(huán)境效應(yīng)評(píng)估方法，以及基于大數(shù)據(jù)的用頻活動(dòng)挖掘技術(shù)，可有效降低電磁態(tài)勢(shì)分析顯示過(guò)程中的計(jì)算量，提高分析精度和顯示準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞：電磁態(tài)勢(shì)；多源信息；數(shù)據(jù)挖掘

中圖分類號(hào)：TP202文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2020）05-58-3

0引言

整合裝備資源信息和電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用多源電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合、電磁干擾的快速評(píng)估以及基于大數(shù)據(jù)的用頻活動(dòng)挖掘技術(shù)是電磁態(tài)勢(shì)分析與顯示的基礎(chǔ)。

基于多點(diǎn)頻譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用基于D-S證據(jù)理論的多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多對(duì)頻譜監(jiān)測(cè)覆蓋盲區(qū)或者模糊區(qū)的電磁環(huán)境能量分布情況進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到面的數(shù)據(jù)重構(gòu)，補(bǔ)充電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)能力的不足。從干擾類型、干擾強(qiáng)度、頻率修正、天線極化修正及電波傳播修正等角度建立多級(jí)篩選體系，實(shí)現(xiàn)干擾分析的快速評(píng)估。

1電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合方法

針對(duì)接入的電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)信息，主要基于多點(diǎn)頻譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到面的數(shù)據(jù)重構(gòu)，補(bǔ)充監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的不足。

區(qū)域內(nèi)電磁輻射源信息是建立電磁環(huán)境態(tài)勢(shì)的核心數(shù)據(jù)[1]，目的是獲取電磁輻射源的位置、特征參數(shù)和區(qū)域能量分布的信息[2]，采用背景源數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)傳播模型計(jì)算和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)印證技術(shù)以及相同或類似輻射源態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)插值技術(shù)，有效降低電磁態(tài)勢(shì)分析過(guò)程中的計(jì)算量，提高計(jì)算速度和精度。

1.1背景源數(shù)據(jù)

對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境來(lái)說(shuō)，有許多“背景”輻射源，主要是固定輻射源和民用無(wú)線電臺(tái)站，這些電磁輻射源是構(gòu)成區(qū)域電磁環(huán)境態(tài)勢(shì)的重要因素，而這些源的狀態(tài)通常比較穩(wěn)定，減少對(duì)其分析計(jì)算將可大大節(jié)省電磁態(tài)勢(shì)分析計(jì)算量[3]。

1.2歷史態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)插值技術(shù)

利用電磁態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的相同或類似的電磁輻射源（頻段、天線類似）信息，在計(jì)算和分析過(guò)程中，采用插值技術(shù)可快速計(jì)算其信號(hào)傳播、衰減及能量分布等，也大大減少分析計(jì)算量并提高了計(jì)算速度。

1.3基于D-S理論的頻譜數(shù)據(jù)融合方法

數(shù)據(jù)融合技術(shù)是實(shí)現(xiàn)頻譜信息融合的核心，利用基于D-S證據(jù)理論的多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多對(duì)頻譜監(jiān)測(cè)覆蓋盲區(qū)或者模糊區(qū)的電磁環(huán)境能量分布情況的預(yù)測(cè)評(píng)估[4]。基于D-S證據(jù)理論的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)擬合過(guò)程如圖1所示。通過(guò)分析電波傳播導(dǎo)致的場(chǎng)強(qiáng)變化情況，綜合考慮傳播距離、頻率、地形、監(jiān)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)以及示向度等信息，對(duì)監(jiān)測(cè)覆蓋區(qū)域與盲區(qū)或者模糊區(qū)的關(guān)聯(lián)情況進(jìn)行評(píng)估，然后利用D-S理論進(jìn)行融合，其中“0絕對(duì)化”mass分配表調(diào)整技術(shù)及基于證據(jù)間相似系數(shù)的沖突證據(jù)合成規(guī)則等證據(jù)沖突消解技術(shù)是解決多源頻譜數(shù)據(jù)融合過(guò)程中證據(jù)沖突的關(guān)鍵技術(shù)。

2電磁環(huán)境效應(yīng)評(píng)估方法

電磁干擾效應(yīng)作用機(jī)理是電磁環(huán)境效應(yīng)評(píng)估方法建立的基礎(chǔ)。從電磁干擾三要素（電磁干擾源、耦合途徑和受害感受器）出發(fā)，通過(guò)電磁干擾方程計(jì)算得到各種潛在干擾[5]，從而判斷發(fā)射機(jī)的電磁能量能否影響接收機(jī)，系統(tǒng)之間能否兼容的工作[6]。重點(diǎn)是通信對(duì)通信、通信對(duì)雷達(dá)、雷達(dá)對(duì)雷達(dá)和雷達(dá)對(duì)通信4種類型的耦合機(jī)理，覆蓋定頻、跳頻和直擴(kuò)3種體制。

在分析現(xiàn)有電磁干擾機(jī)理的基礎(chǔ)上，從干擾類型、干擾強(qiáng)度、頻率修正、天線極化修正及電波傳播修正等角度建立多級(jí)篩選體系，實(shí)現(xiàn)干擾分析的快速評(píng)估。多級(jí)篩選分為快速剔除、幅度剔除、帶寬與頻率間隔修正和詳細(xì)預(yù)測(cè)[7]，電磁干擾快速評(píng)估思路如圖2所示。

2.1類型篩選

干擾類型篩選根據(jù)可能的發(fā)射機(jī)—接收機(jī)組合及它們各自所適用的頻率關(guān)系，粗略判定可能存在的干擾類型，針對(duì)可能存在的干擾類型進(jìn)行下一步評(píng)估。

2.2振幅篩選

振幅篩選僅對(duì)可能存在的干擾類型的振幅上面進(jìn)行篩選，選取的模型為：傳輸損耗是復(fù)雜環(huán)境傳播損耗，模擬諧波發(fā)射和亂真響應(yīng)時(shí)選取的模型是標(biāo)稱電平。如果此時(shí)所計(jì)算的干擾余量低于篩選標(biāo)準(zhǔn)，則該干擾類型停止下面的步驟，不再做進(jìn)一步的預(yù)測(cè)。根據(jù)具體環(huán)境，設(shè)定合理的約束條件，例如在幾十米距離內(nèi)，可以選擇自由空間傳播模型，在保證預(yù)測(cè)精度的條件下實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)時(shí)間的縮短。

2.3頻率校正

頻率校正模型的建立基礎(chǔ)是發(fā)射機(jī)的每一輸出頻率與接收機(jī)每一潛在的響應(yīng)頻率相比較來(lái)決定產(chǎn)生電磁干擾的每一對(duì)頻率之間的間隔。

2.4詳細(xì)篩選

詳細(xì)篩選包括天線極化修正、電波傳播修正等，其中電波傳播損耗的修正要考慮各種傳播方式與頻率、距離和天線高度的限制條件，選擇合適的傳播方式進(jìn)行修正。

3基于大數(shù)據(jù)的用頻活動(dòng)挖掘技術(shù)

基于大數(shù)據(jù)的用頻活動(dòng)挖掘技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)海量電磁數(shù)據(jù)智能標(biāo)注與檢索、基于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的高維數(shù)據(jù)組織管理以及基于用頻活動(dòng)學(xué)習(xí)的知識(shí)獲取等，為電磁態(tài)勢(shì)分析、識(shí)別、推理和推斷提供支撐。

3.1多源異構(gòu)海量電磁數(shù)據(jù)智能標(biāo)注與檢索

通過(guò)基于規(guī)則引擎的電磁數(shù)據(jù)清洗、電磁數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化處理、海量數(shù)據(jù)有效信息特征提取與屬性描述、電磁數(shù)據(jù)多維度特征智能標(biāo)注、智能數(shù)據(jù)搜索、海量電磁數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下特征識(shí)別使用等技術(shù)，對(duì)海量電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注和配準(zhǔn)，利用平臺(tái)、場(chǎng)景、行動(dòng)及組織關(guān)系等屬性標(biāo)簽，在所有電磁數(shù)據(jù)間建立串聯(lián)關(guān)系，支撐面向聯(lián)合運(yùn)用的海量電磁數(shù)據(jù)快速檢索，并為海量電磁數(shù)據(jù)融合形成增量知識(shí)提供基礎(chǔ)支撐。

3.2基于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的高維數(shù)據(jù)組織管理

針對(duì)傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式開(kāi)發(fā)應(yīng)用難以滿足電磁態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)分析顯示處理的要求、電磁高維數(shù)據(jù)降維處理造成有效信息丟失，以及傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)庫(kù)的電磁數(shù)據(jù)組織管理方式效率低、時(shí)效性差等問(wèn)題，利用面向應(yīng)用的電磁高維數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)建模、面向決策支持的集成化電磁數(shù)據(jù)智能調(diào)度、面向主題的電磁數(shù)據(jù)聚合、潛在數(shù)據(jù)應(yīng)用需求預(yù)測(cè)與數(shù)據(jù)組織調(diào)度等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)面向各種數(shù)據(jù)運(yùn)用需求的海量電磁高維數(shù)據(jù)預(yù)先組織、靈活調(diào)度、有序管理、快速響應(yīng)，支撐電磁頻譜域?qū)崟r(shí)流計(jì)算和面向聯(lián)合應(yīng)用的多角度多層次分析。

3.3基于用頻活動(dòng)學(xué)習(xí)的知識(shí)獲取

針對(duì)傳統(tǒng)態(tài)勢(shì)系統(tǒng)展現(xiàn)出來(lái)的武器裝備、作戰(zhàn)平臺(tái)、作戰(zhàn)行動(dòng)和兵力部署等規(guī)律沒(méi)有被量化表征和自動(dòng)積累，無(wú)法形成可傳達(dá)、發(fā)布、推廣的知識(shí)支撐各級(jí)指揮員的作戰(zhàn)籌劃與決策等問(wèn)題，采用數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)等相關(guān)技術(shù)，研究電磁環(huán)境和電磁目標(biāo)隱性高階特征提取、裝備用頻特征識(shí)別、用頻活動(dòng)自主學(xué)習(xí)等內(nèi)容，獲取各類電磁信號(hào)分布特征、電磁活動(dòng)規(guī)律、電磁活動(dòng)與兵力行動(dòng)關(guān)聯(lián)等隱性知識(shí)，為電磁態(tài)勢(shì)分析、識(shí)別、推理、推斷提供支撐知識(shí)庫(kù)。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)海量電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注和配準(zhǔn)，利用平臺(tái)、場(chǎng)景、行動(dòng)和組織關(guān)系等屬性標(biāo)簽，在所有電磁數(shù)據(jù)間建立串聯(lián)關(guān)系，支撐面向聯(lián)合運(yùn)用的海量電磁數(shù)據(jù)快速檢索，并為海量電磁數(shù)據(jù)融合形成增量知識(shí)提供基礎(chǔ)支撐。利用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的高維數(shù)據(jù)組織管理，采用數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)等相關(guān)技術(shù)，獲取區(qū)域各類電磁信號(hào)分布特征、電磁活動(dòng)規(guī)律和電磁活動(dòng)等隱性知識(shí)，可以為電磁態(tài)勢(shì)分析、識(shí)別、推理和推斷提供支撐，為裝備電磁態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析顯示以及電子裝備的效能提升提供支持。

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