复杂电磁环境及其判断方法探讨

总第167期舰船电子工程Vol . 28No . 5

2008年第5期Shi p Electr onic Engineering 　　180　　

复杂电磁环境及其判断方法探讨

王国民

1) , 2)

　刘万洪　刘志华　高敏慧

1) 1) 1)

)

(63888部队1) 　济源　454650) (海军航空工程学院2　烟台　264001)

摘　要　开展复杂电磁环境下的部队演练训练是新时期的训练方向, 因此对复杂电磁环境进行深入研究是必须首要解决的迫切课题, 而判断电磁环境复杂程度又是其中的一个关键点。对复杂电磁环境的概念与表现形式进行研究, 提出一种基于证据理论的电磁环境复杂程度的模糊判断方法。

关键词　证据理论; 电磁环境; 复杂程度中图分类号　T N975

D iscussion of Comp licated Electro m agnetic Environ m ent and

its Esti m ative M easure

W ang G uom in

)

1) , 2)

　L iu W anhong 　L 　G u )

1) ) )

(U nit 63888of PLA 1, J iyuan 　) (N Institute 2, Yantai 　264001)

A b s t ra c t 　To develop -p agnetic environm ent is the training direction in the new -ti m es . S o it is ly p licated electrom agnetic environm ent . A nd in this field judging the com p lica 2tion degree of ent is the key point . In this paper, the concep t and behaviors of the com p licated electro 2m agnetic studied . A new kind of esti m ative m easure, basing on D -S theory, is also put for w ard here, to judge the com p lication degree .

Ke y w o rd s 　D -S theory, electrom agnetic environm ent, com p lication grade C la s s N um b e r 　TN 975

1　引言

随着当前战争形态的变化和军队建设的转型, 全军上下对战场电磁环境问题越来越关注, 越来越重视。军委首长多次强调, 要用信息化战争的观念研究和把握陆海空天电多维战场, 特别是要搞清复杂电磁环境的内涵和特性, 提高在复杂环境下军队训练的质量和水平。

复杂电磁环境是我军信息化进程建设中出现的新事物, 它具有复合性、抽象性、无形性、动态性等特征。而复杂程度本身又是一个相对的概念, 很难通过精确的定量计算来分析得出, 现有的相关资料上也大都是定性的描述与判断。为此, 本文结合

部队作战训练的需求实际, 提出一种基于证据理论的电磁环境复杂程度模糊判断方法。

2　复杂电磁环境介绍

对复杂电磁环境的认识, 是在信息化进程中, 通过对信息作战空间与环境的认识, 结合信息化武器装备和武器装备信息系统改造的过程, 逐步建立起来的。2. 1　概念

复杂电磁环境主要是指:在一定的作战(训练) 时间、空间与地域内, 人为电磁发射和多种自然电磁现象的总和。构成复杂电磁环境的主要因素有敌我双方的各种电子对抗武器装备所释放的

收稿日期:2007年9月13日, 修回日期:2007年10月19日

作者简介:王国民, 男, 硕士研究生, 工程师, 研究方向:电磁信号环境模拟与构建。刘万洪, 男, 硕士, 高级工程师, 研究方向:通信对抗。刘志华, 男, 硕士, 工程师, 研究方向:通信对抗。高慧敏, 男, 学士, 助理工程师, 研究方向:通信信号模拟。

2008年第5期　　　　　　　　　　　　　　　　　　舰船电子工程　　　　　　　　　　　　　　181

高密度、大强度、多样式的电磁波, 民用电磁设备的辐射和自然界产生的电磁波等。2. 2　表现形式

复杂电磁环境是由各种辐射源电磁辐射造成的, 而电磁辐射, 是能量以电磁波的形式, 由辐射源通过传播媒介发射到空间, 电磁波在空间、时间、频谱和功率上交叉重叠, 瞬息万变。它的表现形式可大体分为以下几种。2. 2. 1　构成上表现为类型众多, 影响各异

复杂电磁环境主要由电子对抗环境、雷达环境、通信环境、光电环境、敌我识别电磁环境、导航电磁环境、民用电磁环境、自然电磁环境等构成。每一类型的电磁环境又由不同类型的电磁辐射源生成, 并对不同的信息化武器装备与武器装备信息系统产生影响, 进而影响整体作战与训练。2. 2. 2　空间上表现为无形无影, 无处不在战场空间中的电磁波, 看不见, 摸不着, 但它存在于战场空间的每一个位置, 作用于有形的电子设备上。战场上的电磁辐射源来自太空、空中、海上、地面、海中, 来自我方和敌方, 来自军用和民用自不同平台和电子设备大量使用, , , 更复杂。2. 2. 3　, 密集交迭

的, 或者说是交战双方有目的地控制电子设备实施有意辐射所产生的。因此, 在不同的作战时间, 交战双方因作战目的不同, 所产生的电磁信号数量、种类、密集程度将随时间而变化, 其变化的方式难以预测。从时间上看, 有时表现为相对静默, 有时表现为非常密集。时间密集的电磁信号环境是现代战场电磁环境的显著特征。2. 2. 4　频谱上表现为无限宽广, 拥挤重叠

频谱是电磁信号在频域的表现形态。一方面由于信息技术的迅猛发展和电子信息装备的大量使用, 战场上电磁信号所占频谱越来越宽, 几乎覆盖了全部电磁信号频段。另一方面, 由于大气衰减、电离层反射和吸收等传播因素影响, 在实际应用过程中, 能够使用的电磁频谱只有有限范围, 军用频段更少, 在某一局部频率区间, 电磁信号呈现密集重叠的现象。

2. 2. 5　能量上表现为密度不均, 跌宕起伏

地方能量分散, 可能很弱。电磁能量密度的高低直接决定着对电子设备的影响程度。如强烈电子干

扰可以使雷达迷茫, 通信中断, 连续强激光照射可以使光电探测器烧毁。2. 2. 6　样式上表现为数量繁多, 波形复杂

战场上, 交战双方从反侦察、反干扰、抗摧毁角度出发, 越来越多地使用各种新体制雷达、通信、光电等设备, 并且在新体制电子设备上越来越多地采用更为复杂的信号样式。据不完全统计, 目前世界上的通信信号种类多达100种以上。雷达多采用新体制和特殊体制, 如相控阵雷达、脉冲多普勒雷达、频率捷变雷达、合成孔径雷达、低截获概率雷达等, 使得雷达信号种类繁多且波形复杂。

信息化战场上, 围绕电磁频谱的控制和利用而形成的制电磁权, 已经成为作战双方激烈争夺的新的战争“制高点”。对作战的影响, , 构, 是夺取制。

3. 1　电磁环境的复杂程度判断

在某演练任务中, 对复杂电磁环境的理解, 最有争议的莫过于一些相关的概念, 比如复杂、较复杂、简单等概念的理解。参演各方在对此概念理解的过程中经常发生争执。为此, 结合作战训练任务的特点, 本文提出一种基于受训部队信息化武器装备和武器装备信息系统受其影响而丧失作战效能来划分电磁环境的复杂程度等级, 并在此基础上进行相关问题的分析。

面向对象(在该电磁环境中受训部队的信息化武器装备和武器装备信息系统的效能发挥概率P ) 来判别电磁环境的复杂程度, 在假定操作员水平大致相当的前提下预定义如下:如果P ≤50%, 认定该电磁环境对于该部队而言为复杂; 如果50%

假设有两个部队将要在复杂电磁环境中训练,

能量密度是电磁辐射强度的一种表现形态。因电磁波传播因素的影响, 战场空间的电磁信号能量不会均匀, 在有些地方能量集中, 可能很强, 有些

182　　　　　　王国民等:复杂电磁环境及其判断方法探讨　　　　　　　　　　　　　总第167期

专家依据各个部队所配属的信息化武器装备和武器装备信息系统的性能与已经设置好的复杂电磁

环境的时域、空域和频域特性来分别判断电磁环境对分别各个部队的复杂程度时, 专家们的看法如果不太一致时, 可以用证据理论融合数据来判断某一电磁环境对某一特定参训部队的复杂程度。3. 2. 1　证据理论的基本概念

1) 识别框架

值, 如果

∑m 1(A i ) m 2(B j )

m (C ) A ∩B =C

i, j

1-K

　ΠC

C ≠

设U 表示X 所有可能取值的一个论域集合, 且所有在U 内的元素间是互不相容的, 则称U 为

X 的识别框架。

2) 基本概率赋值

如表1所示:用W 来表示在电磁环境中受训部队的信息化武器装备和武器装备信息系统的效能可以正常发挥占用的比例, 用L 来表示在电磁环境中完全失去效能的信息化武器装备和武器装备信息系统所占用的比例, 用P 来表示在电磁环境中那部分可能正常发挥效能也可能使用效能的信息化武器装备和武器装备信息系统所占用的比例。

表1　组合情况表

W 0. 6

设U 为一识别框架, 则函数m :2ϖ[0, 1](2为U 的所有子集)

U U

在满足下列条件:(1) m (

1时, 称m (A ) 为A 的基本概率赋值。

3) 信任函数

专

家

W 0. 4L 0. 3P 0. W (0. 24) φ(0. 18) W (0. 18)

专家2L0. 3φ(0. 12) L (0. 09)

P0. 1W (0. 04) L (0. 03) P (0. 03)

设U 为一识别框架, m :2ϖ[0, 1]是

U 上的基本概率赋值, 定义函数

BE L:2ϖ[0, 1]

B EL (A ) =∑m (B ) (ΠA

m A i j ) 0. 18+0. 12=0. 30

A i

∑m 1(A i ) m 2(B j )

m (C ) =

A i ∩B i =C

称该函数是() 。

4) 设U , 定义P L :2ϖ[0, 1]为

PL (A ) =1-B EL (A ) =∑m (B )

B ∩A ≠

i, j

1-K

m (W ) =(0. 24+0. 04+0. 18) /0. 7=0. 657m (L ) =(0. 09+0. 03+0. 03) /0. 7=0. 3m (P ) =0. 03/0. 7=0. 043

(2)

PL 称为似真度函数(p lausibility functi on ) 。

3. 2. 2　证据理论的决策

证据理论的决策有三种常用方法:1) 基于基本概率赋值的决策, 2) 基于信任函数的决策, 3) 基于最小风险的决策。

设　A 1, A 2

m (A 1) =max{m (A i ) , A i

m (A 2) =max{m (A i ) , A i

(3) (4)

若有:

m (A 1) -m (A 2) >ξ1m (U ) m (U )

(5)

ξ则A 1为判决结果, 其中ξ1、2为预先设定的门限。3. 2. 3　证据理论的组合规则证据是以基本概率赋值给出的, 组合规则研究的是多个证据存在时, 如何确定组合后的基本概率赋值问题。

设B EL 1和B EL 2是同一识别框架U 上的两个信任函数, m 1和m 2分别是其对应的基本概率赋

综合后的结果:W 为65. 7%, L 为30%, P 为4. 3%。

可见, 在该电磁环境下, 信息化武器装备和武器装备信息系统正常发挥其效能的比例占到了65. 7%, 无法发挥其效能的比例占到了30%, 有可能正常发挥的比例为4. 3%。综合专家1与专家2的意见得出判决:该电磁环境对于该部队而言属于简单电磁环境。3. 2. 4　几点说明

1) 武器装备在电磁环境中发挥效能的比例与判别电磁环境的复杂程度之间的对应关系在应用中可以根据实际情况加以修正。

2) 如果得到的计算结果中, m (L ) 较大, 而m (W ) 与m (P ) 又相当时, 依据本方法判别的结果产生的误差可能比较大。

3) 证据理论的组合规则具有组合灵敏性, 有时, 基本概率赋值一个很小的变化都可能导致结果很大的变化。此外, 使用证据理论组合规则时, 要

(下转第185页)

2008年第5期　　　　　　　　　　　　　　　　　　舰船电子工程　　　　　　　　　　　　　　185

4. 2　频率转换模块性能对比实验

单、通用性好、适用性和扩充性强等优点, 可实现舰船机电设备监测信息的通用转换, 能够满足不同模

块与计算机之间的通讯要求。

用EE -14821GHz 标准信号发生器(Hz ) 产生标准频率信号, 分别输入到服役舰艇机电设备监测信息的频率量转换模块和台湾固纬GFC -8131H 多功能频率计(Hz ) , 部分测试结果见表2。

表2　数字示波器性能对比实验

EE -14821GHz 舰船机电设备台湾固纬

标准信号监测信息的频率GFC -8131H 多发生器(Hz ) 转换模块(Hz ) 功能频率计(Hz )

[***********]0005000

[***********]025000

[***********]9894998

5　结语

基于嵌入式系统所具有的突出优点, 本文研究的通用转换模块, 对舰艇机电设备的检测和维修,

提高舰艇机电设备的基层监测诊断技术水平, 保持和恢复舰艇机电设备战斗力, 提供了方便、可靠、有效而又经济的技术手段。

参考文献

[1]Dieck -assad G, Masada G Y, Flake R H. Si m ulati on of

a 235MW f ossil fueled boiler -turbine system for p r ocess op ti m izati on [J ].SI M ULATI O N, 40(5) :1155～1162

[2m C M T . system

C ].1996inters ociety ener 2conference, W ashingt on D C, 3]刘永文, 张会生, 苏明. 舰艇柴油机的模块化建模与

4. 3　开关量转换模块性能对比实验

用N I 公司的Daqpad -9233数据采集卡随机

产生的开关量信号, 该信号输入到开关量转换模块中, 由计算机自动记录模块采集的信号。经过10000次测试, 准确率达到99. 98%, 录错误。, 确率也为99. 98%。

, 未出现死机情况管理操作中存在Bug, 经修改后多次长时间考核实验, 软件运行无错误。

以上实验表明, 所研究的通用模块具有运用简

仿真[J ].船舶工程, 2002, 16(1) :14～16

[4]高建强, 斐闪, 吴迎光. 单轴燃气轮机模块化仿真模

型及其运行特性研究[J ].华北电力大学学报, 2006,

33(5) :52～55

[5]康凤举. 现代仿真技术和应用[M].北京:国防工业出

版社, 2001

(上接第182页)

求证据是独立的, 这个要求有时使用起来很不方便。

4) 当有多个专家参与证据组合时, 可以采用两两组合的方式。

理论来判断电磁环境的复杂程度时还可以选取其他的证据, 进而在一定程度上弥补采用专家判断带来的主观性。

参考文献

4　结语

复杂电磁环境, 是信息化战场的基本特征, 是信息化条件下军事训练不可或缺的基本要素。对其进行深入研究有助于促进军事训练内容、手段和方法的创新发展, 加速信息化条件下军事训练体系的构建和完善。证据理论可以在不同层次上进行证据组合, 还可以区分不知道与不确定。利用证据

[1]郭齐胜等. 战场环境仿真[M].国防工业出版社, 2005[2]徐学文等. 现代作战模拟[M].科学出版社, 2005[3]王汝群等. 战场电磁环境[M].解放军出版社, 2006[4]何友, 王国宏等. 多传感器信息融合及应用[M].2000[5]王铭三. 通信对抗原理[M].解放军出版社, 1999[6]王红星, 曹建平等. 通信侦察与干扰技术[M].国防工业

出版社, 2005

总第167期舰船电子工程Vol . 28No . 5

2008年第5期Shi p Electr onic Engineering 　　180　　

复杂电磁环境及其判断方法探讨

王国民

1) , 2)

　刘万洪　刘志华　高敏慧

1) 1) 1)

)

(63888部队1) 　济源　454650) (海军航空工程学院2　烟台　264001)

关键词　证据理论; 电磁环境; 复杂程度中图分类号　T N975

D iscussion of Comp licated Electro m agnetic Environ m ent and

its Esti m ative M easure

W ang G uom in

)

1) , 2)

　L iu W anhong 　L 　G u )

1) ) )

(U nit 63888of PLA 1, J iyuan 　) (N Institute 2, Yantai 　264001)

Ke y w o rd s 　D -S theory, electrom agnetic environm ent, com p lication grade C la s s N um b e r 　TN 975

1　引言

部队作战训练的需求实际, 提出一种基于证据理论的电磁环境复杂程度模糊判断方法。

2　复杂电磁环境介绍

收稿日期:2007年9月13日, 修回日期:2007年10月19日

2008年第5期　　　　　　　　　　　　　　　　　　舰船电子工程　　　　　　　　　　　　　　181

高密度、大强度、多样式的电磁波, 民用电磁设备的辐射和自然界产生的电磁波等。2. 2　表现形式

2. 2. 5　能量上表现为密度不均, 跌宕起伏

地方能量分散, 可能很弱。电磁能量密度的高低直接决定着对电子设备的影响程度。如强烈电子干

扰可以使雷达迷茫, 通信中断, 连续强激光照射可以使光电探测器烧毁。2. 2. 6　样式上表现为数量繁多, 波形复杂

信息化战场上, 围绕电磁频谱的控制和利用而形成的制电磁权, 已经成为作战双方激烈争夺的新的战争“制高点”。对作战的影响, , 构, 是夺取制。

3. 1　电磁环境的复杂程度判断

假设有两个部队将要在复杂电磁环境中训练,

能量密度是电磁辐射强度的一种表现形态。因电磁波传播因素的影响, 战场空间的电磁信号能量不会均匀, 在有些地方能量集中, 可能很强, 有些

182　　　　　　王国民等:复杂电磁环境及其判断方法探讨　　　　　　　　　　　　　总第167期

专家依据各个部队所配属的信息化武器装备和武器装备信息系统的性能与已经设置好的复杂电磁

1) 识别框架

值, 如果

∑m 1(A i ) m 2(B j )

m (C ) A ∩B =C

i, j

1-K

　ΠC

C ≠

设U 表示X 所有可能取值的一个论域集合, 且所有在U 内的元素间是互不相容的, 则称U 为

X 的识别框架。

2) 基本概率赋值

表1　组合情况表

W 0. 6

设U 为一识别框架, 则函数m :2ϖ[0, 1](2为U 的所有子集)

U U

在满足下列条件:(1) m (

1时, 称m (A ) 为A 的基本概率赋值。

3) 信任函数

专

家

W 0. 4L 0. 3P 0. W (0. 24) φ(0. 18) W (0. 18)

专家2L0. 3φ(0. 12) L (0. 09)

P0. 1W (0. 04) L (0. 03) P (0. 03)

设U 为一识别框架, m :2ϖ[0, 1]是

U 上的基本概率赋值, 定义函数

BE L:2ϖ[0, 1]

B EL (A ) =∑m (B ) (ΠA

m A i j ) 0. 18+0. 12=0. 30

A i

∑m 1(A i ) m 2(B j )

m (C ) =

A i ∩B i =C

称该函数是() 。

4) 设U , 定义P L :2ϖ[0, 1]为

PL (A ) =1-B EL (A ) =∑m (B )

B ∩A ≠

i, j

1-K

m (W ) =(0. 24+0. 04+0. 18) /0. 7=0. 657m (L ) =(0. 09+0. 03+0. 03) /0. 7=0. 3m (P ) =0. 03/0. 7=0. 043

(2)

PL 称为似真度函数(p lausibility functi on ) 。

3. 2. 2　证据理论的决策

证据理论的决策有三种常用方法:1) 基于基本概率赋值的决策, 2) 基于信任函数的决策, 3) 基于最小风险的决策。

设　A 1, A 2

m (A 1) =max{m (A i ) , A i

m (A 2) =max{m (A i ) , A i

(3) (4)

若有:

m (A 1) -m (A 2) >ξ1m (U ) m (U )

(5)

设B EL 1和B EL 2是同一识别框架U 上的两个信任函数, m 1和m 2分别是其对应的基本概率赋

综合后的结果:W 为65. 7%, L 为30%, P 为4. 3%。

1) 武器装备在电磁环境中发挥效能的比例与判别电磁环境的复杂程度之间的对应关系在应用中可以根据实际情况加以修正。

2) 如果得到的计算结果中, m (L ) 较大, 而m (W ) 与m (P ) 又相当时, 依据本方法判别的结果产生的误差可能比较大。

3) 证据理论的组合规则具有组合灵敏性, 有时, 基本概率赋值一个很小的变化都可能导致结果很大的变化。此外, 使用证据理论组合规则时, 要

(下转第185页)

2008年第5期　　　　　　　　　　　　　　　　　　舰船电子工程　　　　　　　　　　　　　　185

4. 2　频率转换模块性能对比实验

单、通用性好、适用性和扩充性强等优点, 可实现舰船机电设备监测信息的通用转换, 能够满足不同模

块与计算机之间的通讯要求。

表2　数字示波器性能对比实验

EE -14821GHz 舰船机电设备台湾固纬

标准信号监测信息的频率GFC -8131H 多发生器(Hz ) 转换模块(Hz ) 功能频率计(Hz )

[***********]0005000

[***********]025000

[***********]9894998

5　结语

基于嵌入式系统所具有的突出优点, 本文研究的通用转换模块, 对舰艇机电设备的检测和维修,

提高舰艇机电设备的基层监测诊断技术水平, 保持和恢复舰艇机电设备战斗力, 提供了方便、可靠、有效而又经济的技术手段。

参考文献

[1]Dieck -assad G, Masada G Y, Flake R H. Si m ulati on of

a 235MW f ossil fueled boiler -turbine system for p r ocess op ti m izati on [J ].SI M ULATI O N, 40(5) :1155～1162

[2m C M T . system

C ].1996inters ociety ener 2conference, W ashingt on D C, 3]刘永文, 张会生, 苏明. 舰艇柴油机的模块化建模与

4. 3　开关量转换模块性能对比实验

用N I 公司的Daqpad -9233数据采集卡随机

产生的开关量信号, 该信号输入到开关量转换模块中, 由计算机自动记录模块采集的信号。经过10000次测试, 准确率达到99. 98%, 录错误。, 确率也为99. 98%。

, 未出现死机情况管理操作中存在Bug, 经修改后多次长时间考核实验, 软件运行无错误。

以上实验表明, 所研究的通用模块具有运用简

仿真[J ].船舶工程, 2002, 16(1) :14～16

[4]高建强, 斐闪, 吴迎光. 单轴燃气轮机模块化仿真模

型及其运行特性研究[J ].华北电力大学学报, 2006,

33(5) :52～55

[5]康凤举. 现代仿真技术和应用[M].北京:国防工业出

版社, 2001

(上接第182页)

求证据是独立的, 这个要求有时使用起来很不方便。

4) 当有多个专家参与证据组合时, 可以采用两两组合的方式。

理论来判断电磁环境的复杂程度时还可以选取其他的证据, 进而在一定程度上弥补采用专家判断带来的主观性。

参考文献

4　结语

出版社, 2005

复杂电磁环境及其判断方法探讨

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