代強偉　薛　磊　李修和

(電子工程學院　合肥　230037)

?

運用云重心評價法的目標電磁環(huán)境復雜度評估*

代強偉薛磊李修和

(電子工程學院合肥230037)

摘要論文研究電子目標環(huán)境復雜度度量問題。首先是復雜度評估指標的選取，繼而建立各個評估指標的模型，最后將云重心評價法應用于電磁環(huán)境復雜度評估。 復雜度評估指標包括電磁信號類型樣式、時間重合度、頻率重合度、方向重合度、背景信號強度、電磁信號密度六個方面。算例和分析結論表明云重心評價法在評估目標電磁環(huán)境復雜度上適用。

關鍵詞電磁環(huán)境復雜度; 云重心評價法; 評估

Class NumberTP18

1引言

由于信息技術的飛速發(fā)展，在當今的社會條件下，人們大量使用各種電子設備，很多電子設備體制復雜，種類多，功率大，覆蓋頻域寬，所包含的電磁活動非常廣泛，造成空間電磁信號密集，電磁信號環(huán)境復雜。電磁環(huán)境復雜度是度量電磁環(huán)境復雜特性的重要指標，對研究電磁環(huán)境分類分級、戰(zhàn)場電磁分析及電子裝備部署與電磁協(xié)同均有著重要的指導作用和參考價值。所以對電磁環(huán)境復雜度的研究是必要的。

云重心評價法是一種用于處理不確定性和含糊性知識的評估方法，可實現概念與數據之間的相互轉換的一種定性與定量相結合的方法。云模型具有宏觀精確微觀模糊、宏觀可控微觀不可控的特點，可以減少數據量化的困難，較好地對復雜系統(tǒng)和問題進行科學評估。本文給出了電磁環(huán)境復雜度評估的主要指標，并逐一地對其進行了詳細地分析，然后引入云重心評價法，定量地評估電磁環(huán)境復雜度。

2電磁環(huán)境復雜度評估指標集

電磁環(huán)境復雜度在對象上有所區(qū)分，分為電子目標環(huán)境的復雜度和干擾環(huán)境的復雜度。電子目標環(huán)境復雜度是用頻裝備所處的環(huán)境電磁復雜度，這個環(huán)境是已有的外部電磁環(huán)境的，具有客觀性。而干擾環(huán)境復雜度是干擾裝備所生成，具有主觀性。傳統(tǒng)的“四域”方法只考慮了輻射源輻射所構成的環(huán)境，并且之前人們所做的研究往往沒有對復雜度進行區(qū)分，指標模型選取建立不具有針對性。本文將二者區(qū)別對待，針對電子目標環(huán)境復雜度評估展開研究，建立合理的指標。

2.1電子目標電磁環(huán)境評估指標模型

1) 電磁信號類型樣式

在一定的空間里，輻射源種類數量越多，信號調制方式越繁雜，則對電子設備影響越大，電磁環(huán)境越復雜。假設用頻設備在正常的情況下可識別信號樣式數量K1，最大可識別信號樣式數量Kmax，K表示當前空間內信號樣式數量，則信號類型樣式復雜度可用下列模型：

(1)

2) 時間重合度

時間重合度反映出用頻設備的工作時間與干擾設備工作時間的重疊度，只有在有時間重合的情況下才會對電子目標產生效果。

3) 頻率重合度

頻率重合度反映了電子設備與電磁環(huán)境中的信號頻率的重合程度，也體現出電磁信號環(huán)境對裝備的影響程度，頻率重合度模型如下：

(2)

式中：U(X)為階躍函數;Δfr、fmax和fmin由下式得出

Δfr=frmax-frmin

(3)

fmax=min[frmax,fjmax]

(4)

fmin=max[frmin,fjmin]

(5)

frmax為裝備接收機帶寬的上限;frmin為裝備接收機帶寬的下限;fjmax為輻射源信號帶寬的上限;fjmin為輻射源帶寬的下限。

4) 方向重合度

方向重合度反映用頻裝備和電磁信號輻射源的方位關系，方向重合度越高則電磁環(huán)境復雜度越高。方向重合度模型：

(6)

Gr為用頻裝備接收天線在目標方向上的接收增益;Grj(θ)為用頻裝備在輻射源信號方向上的增益。

5) 背景信號強度

背景信號指裝備在戰(zhàn)場空間中所接收到的各種電磁信號電平的平均值，背景信號種類越多，平均電平越高，則環(huán)境復雜度越高。背景信號強度模型。

(7)

式中En為背景信號的平均電平，S0為產生干擾的電磁環(huán)境的信號功率密度譜的最小值即電磁環(huán)境門限。

6) 電磁信號密度

電磁信號密度是指在一定的戰(zhàn)場空間，一定的頻段范圍，裝備所接收到的電磁信號的數量，可用系數Kρ來反映電磁環(huán)境復雜度。

(8)

其中ρ1為電磁環(huán)境信號密度，ρ為裝備對電磁環(huán)境所能承受的信號密度。

2.2云重心評價法的方法步驟

云的數字特征用期望值Ex、熵En和超熵He來表征。其中Ex是云的重心位置，標定了相應的模糊概念的中心值;En是概念模糊度的度量，其大小反映了在論域中可被模糊概念接受的元素數;He是云厚度的度量，是整個云厚度的最大值，反映了云的離散程度。

Step 1求各指標的云模型表示

在給出的指標集中，提取n組樣品組成決策矩陣，n個精確數值型的指標用一個云模型來表示，即

Ex=(Ex1+Ex2+…+Exn)/n

(9)

En=(max(Ex1,Ex2,…,Exn)

-min(Ex1,Ex2,…,Exn))/6

(10)

式中Ex1，Ex2，…，、Exn分別為每個精確數值性指標的期望。同時，每個語言值型的指標都可以用一個云模型來表示，n個語言值(云模型)表示的一個指標就可以用一個一維綜合云來表征，即

(11)

式中En1,En2,… ,Enn分別為各個語言值(云模型)的熵。

Step 3確定各指標的權重wj

確定權重的方法較多，有專家打分法、德爾菲法、AHP法、環(huán)比法和區(qū)間估計法等。

Step 4用加權偏離度來衡量云重心的改變

(12)

經過歸一化之后，把各指標歸一化之后的向量值乘以其權重值，再相加，取平均值后得到加權偏離度θ(0≤θ≤1)值

(13)

Step 5用云模型實現評測的評語集

采用由 11 個評語所組成的評語集V={v1,v2,…,v11}={Vt|t=1,2,…,11}(無，非常小，很小，較小，小，一般，大，較大，很大，非常大，極大)，構成1個定性評測的云發(fā)生器，如圖1所示。

圖1　定性評測曲線

3實例分析

假設針對某用頻設備，對其所處的電磁環(huán)境復雜度做出評估。六個評估指標分別為D1，D2，D3，D4，D5，D6。

1) 首先用專家評估的方法，結合評估指標模型以及實驗所采的數據進行評估，結果如表1所示。

表1　實驗評估數據

2) 把語言值用相應三個數字特征(Ex、En、He)來表征，Ex、En的值可作為表1的定量表示值。

3) 根據式(1)和式(2)求各指標云模型的期望值、熵，結果如表1所示。

4) 用層次分析法確定權重wj=(0.196，0.046，0.071，0.323，0.116，0.247)。

5) 用加權偏離度來衡量云重心的改變。

6) 維加權綜合云的重心向量為(0.03868，0.03456，0.05427，0.05338，0.03163，0.04381)，理想狀態(tài)加權綜合云的重心向量為(0.0059，0.0060，0.0063，0.0065，0.0060，0.0062)，歸一化后分別為(0.8461，0.8260，0.8823，0.8955，0.8095，0.8571)(0，0，0，0，0，0)。由式(5)計算θ=0.8410，將其輸入評測云發(fā)生器之后，將激活“很大”和“非常大”兩個云對象.因為二者的激活程度相差較小，所以根據定性表示可用“介于很大和非常大之間”來說明。

4結語

本文利用云重心評價法，建立評估模型，著力解決電子目標電磁環(huán)境復雜度評估這一難以定量分析的問題，模型將專家經驗有效化，實現了主觀與客觀的統(tǒng)一。但這一方法同樣存在不足，如何確保準確度是一個難以把握的問題，指標的提出和細化以及選取都將是下一步亟待研究的問題。

參 考 文 獻

[1] 李修和，沈陽，李勇等.戰(zhàn)場電磁環(huán)境建模與仿真[M].國防工業(yè)出版社，2014.

[2] 邵濤，胡以華，石亮等.戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜度定量評估方法研討[J].電光與控制.2010,17(1)：81-84.

[3] 董尤心.效能評估方法研究[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[4] 李廣強，張兵，王健.基于云重心評判法的雷達模擬訓練系統(tǒng)效能評估[J].艦船電子對抗,2009,32(4):105-108.

[5] 李文臣.電磁環(huán)境復雜度等級評估模型[J].中國電子科學研究院學報.2012,8(4)：427-431.

[6] 李德毅.不確定性人工智能[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014.

[7] 代強偉，李修和，薛磊等.一種度量戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜度的新方法[J]，裝備環(huán)境工程，2015,12(4),105-109.

[8] 樊霖輝，姜秋喜，馮富強.電磁威脅等級劃分標準研究[J]，艦船電子對抗，2014,37(5),67-70.

[9] 陳昊，李兵.基于云模型的不確定性推理方法[J].小型微型計算機系統(tǒng)，2011,32(12),2449-2455.

[10] 楊超，燕雪峰，張潔等.基于權重的云推理算法[J].計算機應用，2014,34(2)，501-505.

收稿日期：2016年1月11日,修回日期：2016年2月26日

基金項目：裝備預研基金重點項目(編號：9140A33020112JB39085)資助。

作者簡介：代強偉，男，碩士研究生，研究方向：戰(zhàn)場電磁環(huán)境建模仿真。薛磊，男，教授，研究方向：通信對抗。李修和，男，教授，研究方向：戰(zhàn)場電磁環(huán)境建模仿真。

中圖分類號TP18

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.07.039

Complexity Evaluation of Target Electromagnetic Environment with Cloud Gravity Center Evaluation Method

DAI QiangweiXUE LeiLI Xiuhe

(Electronic Engineering Institute, Hefei230037)

AbstractThis paper aims to study how to measure the complexity of electronic target environment. The index for complexity evaluation then models for each evaluation index are established, and finally cloud centroid evaluation method is applied to evaluation of electromagnetic environment complexity. The evaluation indexes for complexity include electromagnetic signal style, the frequency of coincidence, the direction of coincidence, the background signal strength and electromagnetic signal density. Calculation and analysis results indicate that the cloud centroid evaluation method is applied on an assessment of battlefield electromagnetic environment complexity.

Key Wordscomplexity of electromagnetic environment, cloud centroid evaluation method, evaluation