代強(qiáng)偉　薛　磊　李修和

(電子工程學(xué)院　合肥　230037)

?

運(yùn)用云重心評(píng)價(jià)法的目標(biāo)電磁環(huán)境復(fù)雜度評(píng)估*

代強(qiáng)偉薛磊李修和

(電子工程學(xué)院合肥230037)

摘要論文研究電子目標(biāo)環(huán)境復(fù)雜度度量問題。首先是復(fù)雜度評(píng)估指標(biāo)的選取，繼而建立各個(gè)評(píng)估指標(biāo)的模型，最后將云重心評(píng)價(jià)法應(yīng)用于電磁環(huán)境復(fù)雜度評(píng)估。 復(fù)雜度評(píng)估指標(biāo)包括電磁信號(hào)類型樣式、時(shí)間重合度、頻率重合度、方向重合度、背景信號(hào)強(qiáng)度、電磁信號(hào)密度六個(gè)方面。算例和分析結(jié)論表明云重心評(píng)價(jià)法在評(píng)估目標(biāo)電磁環(huán)境復(fù)雜度上適用。

關(guān)鍵詞電磁環(huán)境復(fù)雜度; 云重心評(píng)價(jià)法; 評(píng)估

Class NumberTP18

1引言

由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，在當(dāng)今的社會(huì)條件下，人們大量使用各種電子設(shè)備，很多電子設(shè)備體制復(fù)雜，種類多，功率大，覆蓋頻域?qū)?，所包含的電磁活?dòng)非常廣泛，造成空間電磁信號(hào)密集，電磁信號(hào)環(huán)境復(fù)雜。電磁環(huán)境復(fù)雜度是度量電磁環(huán)境復(fù)雜特性的重要指標(biāo)，對(duì)研究電磁環(huán)境分類分級(jí)、戰(zhàn)場(chǎng)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(dǎo)作用和參考價(jià)值。所以對(duì)電磁環(huán)境復(fù)雜度的研究是必要的。

云重心評(píng)價(jià)法是一種用于處理不確定性和含糊性知識(shí)的評(píng)估方法，可實(shí)現(xiàn)概念與數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換的一種定性與定量相結(jié)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(diǎn)，可以減少數(shù)據(jù)量化的困難，較好地對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)和問題進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。本文給出了電磁環(huán)境復(fù)雜度評(píng)估的主要指標(biāo)，并逐一地對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)地分析，然后引入云重心評(píng)價(jià)法，定量地評(píng)估電磁環(huán)境復(fù)雜度。

2電磁環(huán)境復(fù)雜度評(píng)估指標(biāo)集

電磁環(huán)境復(fù)雜度在對(duì)象上有所區(qū)分，分為電子目標(biāo)環(huán)境的復(fù)雜度和干擾環(huán)境的復(fù)雜度。電子目標(biāo)環(huán)境復(fù)雜度是用頻裝備所處的環(huán)境電磁復(fù)雜度，這個(gè)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(fù)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(gòu)成的環(huán)境，并且之前人們所做的研究往往沒有對(duì)復(fù)雜度進(jìn)行區(qū)分，指標(biāo)模型選取建立不具有針對(duì)性。本文將二者區(qū)別對(duì)待，針對(duì)電子目標(biāo)環(huán)境復(fù)雜度評(píng)估展開研究，建立合理的指標(biāo)。

2.1電子目標(biāo)電磁環(huán)境評(píng)估指標(biāo)模型

1) 電磁信號(hào)類型樣式

在一定的空間里，輻射源種類數(shù)量越多，信號(hào)調(diào)制方式越繁雜，則對(duì)電子設(shè)備影響越大，電磁環(huán)境越復(fù)雜。假設(shè)用頻設(shè)備在正常的情況下可識(shí)別信號(hào)樣式數(shù)量K1，最大可識(shí)別信號(hào)樣式數(shù)量Kmax，K表示當(dāng)前空間內(nèi)信號(hào)樣式數(shù)量，則信號(hào)類型樣式復(fù)雜度可用下列模型：

(1)

2) 時(shí)間重合度

時(shí)間重合度反映出用頻設(shè)備的工作時(shí)間與干擾設(shè)備工作時(shí)間的重疊度，只有在有時(shí)間重合的情況下才會(huì)對(duì)電子目標(biāo)產(chǎn)生效果。

3) 頻率重合度

頻率重合度反映了電子設(shè)備與電磁環(huán)境中的信號(hào)頻率的重合程度，也體現(xiàn)出電磁信號(hào)環(huán)境對(duì)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(shù);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(jī)帶寬的上限;frmin為裝備接收機(jī)帶寬的下限;fjmax為輻射源信號(hào)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(hào)輻射源的方位關(guān)系，方向重合度越高則電磁環(huán)境復(fù)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(biāo)方向上的接收增益;Grj(θ)為用頻裝備在輻射源信號(hào)方向上的增益。

5) 背景信號(hào)強(qiáng)度

背景信號(hào)指裝備在戰(zhàn)場(chǎng)空間中所接收到的各種電磁信號(hào)電平的平均值，背景信號(hào)種類越多，平均電平越高，則環(huán)境復(fù)雜度越高。背景信號(hào)強(qiáng)度模型。

(7)

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

6) 電磁信號(hào)密度

電磁信號(hào)密度是指在一定的戰(zhàn)場(chǎng)空間，一定的頻段范圍，裝備所接收到的電磁信號(hào)的數(shù)量，可用系數(shù)Kρ來(lái)反映電磁環(huán)境復(fù)雜度。

(8)

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

2.2云重心評(píng)價(jià)法的方法步驟

云的數(shù)字特征用期望值Ex、熵En和超熵He來(lái)表征。其中Ex是云的重心位置，標(biāo)定了相應(yīng)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?cái)?shù);He是云厚度的度量，是整個(gè)云厚度的最大值，反映了云的離散程度。

Step 1求各指標(biāo)的云模型表示

在給出的指標(biāo)集中，提取n組樣品組成決策矩陣，n個(gè)精確數(shù)值型的指標(biāo)用一個(gè)云模型來(lái)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(gè)精確數(shù)值性指標(biāo)的期望。同時(shí)，每個(gè)語(yǔ)言值型的指標(biāo)都可以用一個(gè)云模型來(lái)表示，n個(gè)語(yǔ)言值(云模型)表示的一個(gè)指標(biāo)就可以用一個(gè)一維綜合云來(lái)表征，即

(11)

式中En1,En2,… ,Enn分別為各個(gè)語(yǔ)言值(云模型)的熵。

Step 3確定各指標(biāo)的權(quán)重wj

確定權(quán)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(jì)法等。

Step 4用加權(quán)偏離度來(lái)衡量云重心的改變

(12)

經(jīng)過(guò)歸一化之后，把各指標(biāo)歸一化之后的向量值乘以其權(quán)重值，再相加，取平均值后得到加權(quán)偏離度θ(0≤θ≤1)值

(13)

Step 5用云模型實(shí)現(xiàn)評(píng)測(cè)的評(píng)語(yǔ)集

采用由 11 個(gè)評(píng)語(yǔ)所組成的評(píng)語(yǔ)集V={v1,v2,…,v11}={Vt|t=1,2,…,11}(無(wú)，非常小，很小，較小，小，一般，大，較大，很大，非常大，極大)，構(gòu)成1個(gè)定性評(píng)測(cè)的云發(fā)生器，如圖1所示。

圖1　定性評(píng)測(cè)曲線

3實(shí)例分析

假設(shè)針對(duì)某用頻設(shè)備，對(duì)其所處的電磁環(huán)境復(fù)雜度做出評(píng)估。六個(gè)評(píng)估指標(biāo)分別為D1，D2，D3，D4，D5，D6。

1) 首先用專家評(píng)估的方法，結(jié)合評(píng)估指標(biāo)模型以及實(shí)驗(yàn)所采的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果如表1所示。

表1　實(shí)驗(yàn)評(píng)估數(shù)據(jù)

2) 把語(yǔ)言值用相應(yīng)三個(gè)數(shù)字特征(Ex、En、He)來(lái)表征，Ex、En的值可作為表1的定量表示值。

3) 根據(jù)式(1)和式(2)求各指標(biāo)云模型的期望值、熵，結(jié)果如表1所示。

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

5) 用加權(quán)偏離度來(lái)衡量云重心的改變。

6) 維加權(quán)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(quán)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(jì)算θ=0.8410，將其輸入評(píng)測(cè)云發(fā)生器之后，將激活“很大”和“非常大”兩個(gè)云對(duì)象.因?yàn)槎叩募せ畛潭认嗖钶^小，所以根據(jù)定性表示可用“介于很大和非常大之間”來(lái)說(shuō)明。

4結(jié)語(yǔ)

本文利用云重心評(píng)價(jià)法，建立評(píng)估模型，著力解決電子目標(biāo)電磁環(huán)境復(fù)雜度評(píng)估這一難以定量分析的問題，模型將專家經(jīng)驗(yàn)有效化，實(shí)現(xiàn)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(zhǔn)確度是一個(gè)難以把握的問題，指標(biāo)的提出和細(xì)化以及選取都將是下一步亟待研究的問題。

參 考 文 獻(xiàn)

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

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

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

[4] 李廣強(qiáng)，張兵，王健.基于云重心評(píng)判法的雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)效能評(píng)估[J].艦船電子對(duì)抗,2009,32(4):105-108.

[5] 李文臣.電磁環(huán)境復(fù)雜度等級(jí)評(píng)估模型[J].中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào).2012,8(4)：427-431.

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

[7] 代強(qiáng)偉，李修和，薛磊等.一種度量戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)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(qiáng).電磁威脅等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)研究[J]，艦船電子對(duì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2011,32(12),2449-2455.

[10] 楊超，燕雪峰，張潔等.基于權(quán)重的云推理算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)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(xiàng)目：裝備預(yù)研基金重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào)：9140A33020112JB39085)資助。

作者簡(jiǎn)介：代強(qiáng)偉，男，碩士研究生，研究方向：戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境建模仿真。薛磊，男，教授，研究方向：通信對(duì)抗。李修和，男，教授，研究方向：戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境建模仿真。

中圖分類號(hào)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