王煙青，袁仕繼，劉志華，張家偉

（中國人民解放軍63888部隊 河南 濟(jì)源 454650）

干擾效果評估是通信對抗試驗中一項非常重要的試驗題目，而收發(fā)報文又是干擾效果評估的常用方法。該方法采用“發(fā)報——抄報——對比”的方式進(jìn)行，簡單易用。但在試驗中，發(fā)現(xiàn)該方法存在以下3個問題[1]：

1）試驗中的報文沒有語義，是任意選取的數(shù)字組合。沒有語義的報文在校對時無法根據(jù)上下文聯(lián)系對含糊部分進(jìn)行修正，干擾效果評估結(jié)果是根據(jù)收發(fā)雙方報文對比統(tǒng)計得出。采用沒有語義的報文評估干擾效果時，其有效性僅與抄報正確率有關(guān)，而與報文代表的內(nèi)容無關(guān)。

2）在試驗中，一項試驗題目，甚至整個試驗期間，往往只有一段報文。這段報文反復(fù)發(fā)送多次，接收方報務(wù)員甚至可憑記憶而不是聽力來抄收報文，降低了試驗結(jié)果的有效性。

3）報務(wù)員業(yè)務(wù)能力直接影響試驗結(jié)果[2]。發(fā)信方報務(wù)員語音清晰度和標(biāo)準(zhǔn)度、收信方報務(wù)員聽力和抄報熟練程度都會影響試驗結(jié)果，導(dǎo)致人為因素增大。而且，由于話報對報務(wù)員要求低，所以試驗中多采用話報，很少采用鍵報，但實戰(zhàn)通信中，鍵報具有較強的抗干擾能力從而得到更多的運用，試驗方法與實戰(zhàn)情況脫節(jié)。

上述問題在試驗中普遍存在，一定程度上影響了試驗結(jié)果的可信度，必須認(rèn)真加以解決。

1 問題解決思路及總體設(shè)計

1.1 解決思路

針對試驗中存在的上述問題，我們研究了實戰(zhàn)通信的情況，分析了實戰(zhàn)通信的特點，并以此為依據(jù)，制定以下改進(jìn)方法，使試驗中的通信更符合實戰(zhàn)通信的情況。

1）實戰(zhàn)條件下的通信中，一段報文就是一個命令或文書，有明確的語義。有語義的報文，在收方將報文譯成命令或文書時，可以補充相應(yīng)助詞，糾正明顯錯誤，比較雙方語義，還原這個命令或文書。這種情況下，既使通信受到部分干擾，作戰(zhàn)意圖往往也能準(zhǔn)確的下達(dá)。因此應(yīng)采用有語義約束的報文作為試驗中使用的報文。

2）實戰(zhàn)時每次通信的報文一般不相同，基本沒有記憶因素的影響，因此試驗中，也應(yīng)采用多段報文，消除記憶因素的影響。

3）試驗中，發(fā)送方發(fā)送合成的話報聲音文件，或用計算機控制繼電器開合，接收方抄收報文并錄制聲音，事后還可由多名報務(wù)員聽錄音并校對報文，可最大限度地減少人為因素對試驗結(jié)果的影響。

1.2 總體設(shè)計

根據(jù)上述改進(jìn)方法，我們設(shè)計了新的試驗流程，如圖1所示。

1）試驗準(zhǔn)備階段

圖1 試驗流程Fig.1 Test process

試驗準(zhǔn)備階段完成命令或文書到話報聲音文件或鍵報編碼文件的轉(zhuǎn)換。首先編輯若干條命令或文書；其次將每一條命令或文書轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的報文；最后將每段報文合成為相應(yīng)的話報聲音文件或鍵報編碼文件，存儲起來備用。

2）試驗過程

話報試驗[3]時，發(fā)送方使用計算機音頻輸出作為電臺的音頻輸入，按照試驗題目發(fā)送對應(yīng)的話報聲音文件；鍵報試驗時，用計算機并口連接電臺，按照試驗題目調(diào)入鍵報編碼文件，控制繼電器開合發(fā)送鍵報。接收方則由報務(wù)員抄報并由計算機錄音。話報時，除可用計算機連接電臺外，亦可用便于攜帶的MP3播放器連接電臺，用于錄放聲音，方便試驗。

3）結(jié)果處理

采用兩種方法給出干擾效果評估結(jié)果[4-5]：一種是傳統(tǒng)的人工抄報統(tǒng)計錯誤組數(shù)方法，它能給出初步的干擾情況；另一種是計算機輔助校報方法，通過語義的聯(lián)系，還原文字，比較語義，給出基于語義的評估結(jié)果。

2 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件按功能可分為6個模塊，如圖2所示。

圖2 軟件模塊Fig.2 Software module

1）用戶界面模塊

用戶界面模塊是計算機與人之間交互操作的界面。通過用戶界面，操作員可以控制其它幾個模塊，完成系統(tǒng)要實現(xiàn)的所有功能。

2）文本編輯模塊

文本編輯模塊實現(xiàn)命令或文書的編輯、存儲、讀取等功能，并可將打開的命令或文書傳送給報文轉(zhuǎn)換模塊。

3）報文轉(zhuǎn)換模塊

報文轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)將命令或文書轉(zhuǎn)換成對應(yīng)報文功能。實戰(zhàn)通信一般用密鑰來轉(zhuǎn)換，我們則采用一個簡單的方法轉(zhuǎn)換。其原理為：一個漢字在計算機中用兩個字節(jié)表示，這兩個字節(jié)各減去160，就是這個漢字對應(yīng)的區(qū)碼和位碼。字節(jié)數(shù)值的最大值為255，255-160=95，所以區(qū)碼或位碼是一個不超過兩位的數(shù)串。因此，一個漢字用區(qū)位碼表示出來，是一個4位數(shù)串。4個數(shù)字構(gòu)成一組報文，因此一個漢字正好為一組報文。一段有語義的文字按此方法轉(zhuǎn)換為一段有語義的報文，完成了報文轉(zhuǎn)換的功能。

4）合成模塊

合成模塊將報文合成為話報聲音文件和鍵報編碼文件。利用標(biāo)準(zhǔn)語音庫，合成話報聲音文件，采用WAVE格式存儲；利用莫而斯碼表，合成鍵報編碼文件，采用文本方式存儲。文件名與試驗題目相對應(yīng)，以便試驗時調(diào)用。

5）播放/錄音模塊

播放/錄音模塊實現(xiàn)用計算機播放報文聲音文件或控制電臺發(fā)射鍵報和對電臺接收到報文進(jìn)行錄音的功能。發(fā)射話報的功能可由計算機實現(xiàn)，亦可用MP3播放器來完成；發(fā)射鍵報需由計算機完成。錄音功能計算機和MP3播放器均可完成。

6）輔助校報模塊

輔助校報模塊在計算機上實現(xiàn)將報文譯成文字的功能。操作員將報務(wù)員抄收到的報文輸入到計算機，完整的報文分組直接譯成漢字，不完整的報文分組，計算機列出備選漢字，使操作員根據(jù)上下文聯(lián)系選出合乎語義的文字，這樣就能將一段報文譯成一段命令或文書。比較收發(fā)雙方語義，可以得出基于語義報文的干擾效果評估結(jié)果。

3 軟件實現(xiàn)

在各個軟件模塊中，合成和輔助校報是本系統(tǒng)的關(guān)鍵，其它模塊相對簡單，因此，在這里僅詳細(xì)闡述這2個模塊的實現(xiàn)。

3.1 合成模塊

合成模塊如圖3所示。話報存儲為聲音文件，采用WAVE格式的文件；鍵報存儲為鍵報編碼文件，是筆者定義的文本格式的文件。

圖3 合成模塊Fig.3 Synthetic module

1）WAVE 文件格式

電臺音質(zhì)和電話音質(zhì)相同，帶寬為300～3 000 Hz。根據(jù)抽樣定理[7]，電話音質(zhì)的聲音在計算機中可用8 K采樣速率的8-bit Mono WAVE文件存儲。但我們發(fā)現(xiàn)，11 K采樣速率的WAVE文件通用性更強，因此我們采用的是11 K采樣速率的8-bit Mono WAVE文件。下面我們來分析一下WAVE文件的格式。

WAVE文件是一種RIFF文件，擴展名為“.WAV”。RIFF文件是Windows系統(tǒng)支持的多媒體文件，是集數(shù)據(jù)、描述、格式、播放列表等內(nèi)容為一體的分段（Chunk）文件[8]。每個RIFF文件都是由一個RIFF頭，若干個RIFF段組成。

RIFF頭（RIFF Header）：RIFF文件有一個8字節(jié)的頭，后面緊根4字節(jié)的標(biāo)識，WAVE文件的標(biāo)識為“WAVE”。如圖4所示。

圖4 RIFF頭Fig.4 RIFF header

RIFF 段 （RIFF Chunks）：RIFF 文件中，RIFF 頭后面的部分分成若干個“段”，每段都是由8字節(jié)段頭和數(shù)據(jù)流組成。

圖5 RIFF段Fig.5 RIFF segment

WAVE文件在RIFF頭后，所支持的段有6種，但有2種是必須的，即fmt-ck和wave-data，簡單起見，文中僅分析這兩種段。

fmt-ck：說明WAVE文件格式的段，由公共域和特定域組成。圖6為8-bit Mono格式的WAVE文件的fmt-ck段結(jié)構(gòu)。

圖6 fmt-ckFig.6 fmt-ck

wave-data：存儲的是PCM（脈沖編碼調(diào)制）數(shù)據(jù)，也就是每一個數(shù)據(jù)即為該點采樣值，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。在8-bit Mono PCM WAVE文件中，每一個采樣數(shù)據(jù)都是無符號的8位整數(shù)，其采樣的中值為128（0x80），最小值為0，最大值為255（0xFF）。

圖7 wave-dataFig.7 wave-data

綜上所述，文中采用的8-bit Mono WAVE文件如圖8所示。

圖8 WAVE文件格式Fig.8 WAVE file format

2）話報合成

如圖3所示，合成話報聲音文件時，需要用到標(biāo)準(zhǔn)語音庫。這里的標(biāo)準(zhǔn)語音庫是指錄制的10個數(shù)字的聲音文件，分男女聲，各自存儲為 M0.wav～M9.wav和 F0.wav～F9.wav，共 20個文件。

在試驗準(zhǔn)備階段，完成報文準(zhǔn)備后，要根據(jù)試驗大綱要求，設(shè)定話報的參數(shù)（碼速、男女聲），合成話報聲音文件。其過程為：

①將所需的語音庫文件數(shù)據(jù)段讀入內(nèi)存；

②創(chuàng)建一個聲音文件，按圖8將格式數(shù)據(jù)寫入文件，Len1、Len2 先留空；

③根據(jù)報文，在聲音文件數(shù)據(jù)段的恰當(dāng)位置插入對應(yīng)的語音數(shù)據(jù)，在語音數(shù)據(jù)后面插入適當(dāng)長度的空白聲音數(shù)據(jù)（128）；

④完成語音合成后，根據(jù)數(shù)據(jù)段的長度，修改此聲音文件中的Len1和Len2，保存文件。

需要注意的是，當(dāng)話報碼速很高時，各個數(shù)字的聲音數(shù)據(jù)之間不僅不能插入空白，而且還要截去一段，聲音文件播放出來就會很難聽懂。當(dāng)然，通過改進(jìn)語音庫，縮短單個數(shù)字聲音文件長度，可滿足更高速率的要求，但此時碼速往往是高達(dá)200碼/分以上，極少在試驗中使用。文中的語音庫是按常用碼速錄制的，符合試驗的要求。

3）鍵報合成

鍵報合成的是鍵報編碼文件。鍵報實際是長短不同的單音和間隔的組合，要利用計算機控制電臺，實現(xiàn)鍵報發(fā)射的功能。鍵報短音聽起來是“嘀”，用“.”表示；長音聽起來是“嗒”，用“-”表示。數(shù)字按莫爾斯碼轉(zhuǎn)換為“嘀嗒”組合，首先分析一下莫爾斯碼。

0～9十個數(shù)字用莫而斯碼表示如表1。按照莫爾斯碼規(guī)定，“.”時長為單位 1，“-”時長為 3，每個單音之間間隔時長為 1，每個數(shù)字之間間隔時長為3，4個數(shù)字為一組，組間隔時長為5。

對指定碼速的鍵報，首先要確定時長單位，即“嘀”有多少秒。時長單位推導(dǎo)過程如下。設(shè)數(shù)字出現(xiàn)概率按平均分布，不考慮組間隔，則數(shù)字的平均時長為：

（6+8+10+16+14+12+14+16+10+8）/10=11.4

組間隔多出來2個時長，修正后數(shù)字的平均時長為：

（11.4×4+2）/4=11.9

由此可知，給定碼速speed后，時長單位為：

60/（speed*11.9）秒。

表1 莫爾斯碼Tab.1 Morse code

上式即為“嘀”音的長度，它是鍵報中最基本的時長單位。

合成鍵報編碼文件就是將報文轉(zhuǎn)換為控制繼電器開合的控制指令，其中，合狀態(tài)有2種，對應(yīng)“嘀”、“嗒”；開狀態(tài)有3種，對應(yīng)單音間隔、碼間隔和組間隔。這5種狀態(tài)按表2編碼，編碼第一位為開合狀態(tài)位，“0”為開，“1”為合；第二位為時長位，用該數(shù)字乘以時長單位，即為持續(xù)時間。

表2 編碼表Tab.2 Encode table

按照表2，可將一段報文轉(zhuǎn)換為一段控制指令，在試驗中，用計算機的并口控制電臺進(jìn)行鍵報發(fā)射。計算機并口的數(shù)據(jù)端口地址為0x378，數(shù)據(jù)位0～7對應(yīng)針2～9。計算機并口為TTL電平，使用數(shù)據(jù)端口中的任一位，配合輔助電路，通過置“1”或“0”來控制繼電器開合，從而使電臺完成鍵報的發(fā)射。

3.2 輔助校報

輔助校報功能的實現(xiàn)從原理上講并不復(fù)雜，它利用計算機查表列出不完整報文分組的備選漢字，輔助操作員從備選漢字中選擇出最恰當(dāng)?shù)臐h字。

表3是一個輔助校報的例子。表中第一行為報務(wù)員抄收的報文，模糊位用“?”填充，第二行為譯回的漢字，模糊處給出備選漢字。以第二組報文為例，“2?90”區(qū)碼不定，位碼已定，計算機列出“2090”、“2190”、…“2990”共 10 個備選漢字供操作員選擇。依此類推，這段報文經(jīng)過輔助校報，可以譯為“中國人民解放軍”。這段報文的干擾效果評估結(jié)果，傳統(tǒng)方法正確率為2/7，即28.6%；而基于語義的方法可判定為正確，兩者結(jié)果差別顯著。

當(dāng)然，也可以人工的從區(qū)位碼表里面查找備選字，但這是人所不擅長的重復(fù)勞動，這也是計算機最擅長的重復(fù)勞動。輔助校報利用計算機查找備選字，可以大大提高校報效率。

表3 輔助校報例子Tab.3 Auxiliary checking message example

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)著眼于通信對抗試驗中干擾效果評估方法存在的不足，分析了其原因，并設(shè)計了一套基于語義報文的干擾效果評估系統(tǒng)，可有效地改進(jìn)現(xiàn)行通信對抗干擾試驗中干擾效果評估方法的不足，有利于提高試驗的有效性和可靠性。文中的研究具有很高的應(yīng)用前景，值得我們進(jìn)行研究開發(fā)。

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