馮曉輝 郝健 劉清波

（西安長遠電子工程有限責任公司 陜西省西安市 710100）

1 引言

隨著通信裝備技術(shù)的發(fā)展，無線電通信技術(shù)和通信體制發(fā)生了巨大的變化，越來越多的新型通信裝備陸續(xù)配發(fā)至部隊，另一方面戰(zhàn)場上的電磁環(huán)境變得日益復(fù)雜，為了適應(yīng)這一形勢的發(fā)展，復(fù)雜電磁環(huán)境下電臺通信效果評估變得十分重要，其分析結(jié)果才能夠為武器裝備性能測試、作戰(zhàn)訓練提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

2 評估流程

電臺通信效果評估流程見圖1，實施步驟如下：

圖1：電臺通信效果評估流程

（1）評估試驗構(gòu)建的電磁環(huán)境與想定電磁環(huán)境的相似度，因為只有在滿足戰(zhàn)場電磁環(huán)境模擬逼真性條件要求下得出的電臺作戰(zhàn)效能評估結(jié)論才具有指導(dǎo)意義。若電磁環(huán)境不滿足要求，則不能進行后續(xù)試驗，需重新構(gòu)建；

（2）若電磁環(huán)境態(tài)勢達成，則規(guī)劃試驗內(nèi)容、條件，開始試驗并記錄數(shù)據(jù)。軟件通過置信區(qū)間評估與工作性能評估方法，對被試電臺在特定電磁環(huán)境下的語音單字清晰度、語音句子可懂度、數(shù)據(jù)傳輸成功率進行評估；

（3）基于上述試驗結(jié)果與評估分析結(jié)論進行電臺綜合效能評估，并形成評估報告。

3 通信效果評估

3.1 電磁環(huán)境逼真性評估

按照文獻[1]所述，電子對抗最基本的干擾樣式即壓制和欺騙兩大類，前者用于破壞或降低電子裝備探測目標的能力，可用信噪比來定量描述，后者給電子裝備制造虛假目標，以假亂真，可用假目標的數(shù)量來定量描述。因此，可以用電臺接收到的信噪比和假目標數(shù)量作為二維指標空間，來定量描述試驗中影響電臺的電磁環(huán)境，將信噪比和假目標數(shù)量等效到電臺天線處，分別對應(yīng)電磁功率密度譜P 和電磁信號密度m。

對應(yīng)電臺通信試驗過程的不同階段，電磁環(huán)境也是隨之動態(tài)變化的，若構(gòu)建的復(fù)雜電磁環(huán)境可基于k 個子階段進行描述，則電磁環(huán)境的二維指標空間可描述為：

構(gòu)建電磁環(huán)境矩陣：

想定電磁環(huán)境矩陣：

可以通過對矩陣Xl與X0進行灰色關(guān)聯(lián)分析，實現(xiàn)綜合評估電磁環(huán)境逼真性。

3.1.1 矩陣初值化

將電磁環(huán)境矩陣表示為Xi=(ahj)2×k，式中h=1,2；j=1,2,···,k。假設(shè)D 為矩陣的初值化算子，則矩陣Xi的初值化像：

則構(gòu)建電磁環(huán)境矩陣Xl初值化后為想定電磁環(huán)境矩陣X0初值化后為。

3.1.2 矩陣灰色關(guān)聯(lián)分析

構(gòu)建電磁環(huán)境矩陣Xl和想定電磁環(huán)境矩陣X0的三維空間坐標分別為式中h=1,2；j=1,2,···,k。則(h,j)處構(gòu)建電磁環(huán)境特征參數(shù)與想定電磁環(huán)境特征參數(shù)之間的距離為：

則構(gòu)建電磁環(huán)境特征參數(shù)與想定電磁環(huán)境特征參數(shù)之間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣：

其中分辨系數(shù)ξ 通常為0.5。

假設(shè)(h,j)處的關(guān)聯(lián)系數(shù)權(quán)重為whj，則關(guān)聯(lián)系數(shù)權(quán)重矩陣：

其滿足：

對灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣的所有元素處理后，得到構(gòu)建電磁環(huán)境相對于想定電磁環(huán)境的逼真程度為：

3.1.3 工程應(yīng)用

以構(gòu)建的包含五個階段的電磁環(huán)境為例，設(shè)定背景電磁環(huán)境的平均場強值為-100dBm，則想定電磁環(huán)境矩陣：

測量的構(gòu)建電磁環(huán)境矩陣：

兩矩陣初值化后為：

則二者特征參數(shù)距離為：

取分辨系數(shù)ξ = 0.5，則構(gòu)建電磁環(huán)境相對于想定電磁環(huán)境的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣：

各灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)權(quán)重均取0.1，則構(gòu)建電磁環(huán)境相對于想定電磁環(huán)境的逼真程度為r=0.8005，相似度和接近性較為理想。圖2 左上部分為電磁環(huán)境特征參數(shù)錄入?yún)^(qū)，右上部分為電磁環(huán)境逼真性評估計算過程及結(jié)果，右下部分為灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣雷達圖，左下部分為想定電磁環(huán)境矩陣和構(gòu)建電磁環(huán)境矩陣初值化后對應(yīng)的曲面，x 軸、y 軸、z 軸分別表示初值化電磁環(huán)境矩陣的列、行和值。直觀的看，構(gòu)建電磁環(huán)境對應(yīng)的曲面與想定電磁環(huán)境對應(yīng)的曲面差異不大，吻合性較好。

圖2：電磁環(huán)境逼真性評估結(jié)果

3.2 電臺通信效果評估

3.2.1 置信區(qū)間評估及應(yīng)用

以試驗條件作為變量，對被試電臺在特定電磁環(huán)境下的語音單字清晰度、語音句子可懂度、數(shù)據(jù)傳輸成功率進行評估。試驗條件一般包括電臺發(fā)射功率、信號帶寬、工作頻率、跳頻頻率集、跳頻速率、跳頻帶寬、工作方式、通信速率和通信距離等，構(gòu)建的電磁環(huán)境參數(shù)包括電磁功率密度譜和電磁信號密度。

各類試驗結(jié)果計算方法如下：

（1）單字清晰度：bq=(Mq/Nq)×100%，其中bq為單字清晰度（%）、Mq為圈（聽）正確的字數(shù)（個）、Nq為發(fā)音字數(shù)（個）；

（2）句子可懂度：bk=(Mk/Nk)×100%，其中bk為句子可懂度（%）、Mk為聽（或?qū)懀Φ木渥訑?shù)（句）、Nk為發(fā)音句子數(shù)（句）；

（3）數(shù)傳成功率：bd=(Md/Nd)×100%，其中bd為數(shù)傳成功率（%）、Md為成功接收次數(shù)（個）、Nd為發(fā)送總次數(shù)（個）。

評估時設(shè)置試驗條件其中一個參數(shù)變化其他參數(shù)固定，分別對每一種參數(shù)組合的試驗結(jié)果進行基于試驗次數(shù)的置信區(qū)間估計，展示電臺真實工作性能參數(shù)有一定概率落在測量結(jié)果周圍的程度，其給出的是被測量參數(shù)的測量值的可信程度。例如，某一試驗參數(shù)組合的試驗次數(shù)為n，試驗結(jié)果為x1, x2,···, xn。

假設(shè)試驗結(jié)果總體為正態(tài)分布，則有樣本均值（點估計）：

則標準差：

設(shè)定置信水平1-α=0.8，T 值查表得到tn-1(α ?2)，則置信區(qū)間半長度：

則電臺性能參數(shù)的置信區(qū)間：

圖3 上部分為所有試驗參數(shù)組合，左下部分為試驗結(jié)果曲線，右下部分為置信區(qū)間評估計算過程及結(jié)果。

圖3：置信區(qū)間評估結(jié)果

3.2.2 工作性能評估及應(yīng)用

以復(fù)雜電磁環(huán)境作為變量，分析評估被試電臺在技術(shù)指標范圍內(nèi)語音單字清晰度、語音句子可懂度、數(shù)據(jù)傳輸成功率的變化趨勢，從而獲得電臺工作性能參數(shù)極限。

評估時設(shè)置電磁環(huán)境參數(shù)或試驗條件當中一個參數(shù)變化其他參數(shù)固定，計算各參數(shù)組合下試驗結(jié)果的樣本均值ˉx（計算方法見公式11），并圖形化顯示各樣本均值隨該變化參數(shù)的變化趨勢。圖4 顯示的是固定電磁功率密度譜、電磁信號密度、數(shù)據(jù)傳輸速率、工作方式下，定頻通信時隨不同通信距離變化的性能參數(shù)變化趨勢。

圖4：工作性能評估結(jié)果

4 結(jié)語

軟件使用該方法對復(fù)雜電磁環(huán)境下電臺通信的語音單字清晰度、語音句子可懂度、數(shù)據(jù)傳輸成功率進行評估，在實際應(yīng)用中取得了較好效果，能夠滿足某試驗基地武器裝備性能測試與作戰(zhàn)訓練使用需求，后續(xù)可考慮加入正交分析方法，分析各個性能影響因子對被試電臺考核指標的影響趨勢。