復雜電磁環境分析研究

董智超，王勇亮，李 鑫，吳建楠，侯宇航

（空軍航空大學 吉林 長春 130022）

隨著信息時代的到來和新軍事變革的不斷深入，電磁空間成為信息化戰爭重要的作戰空間，復雜電磁環境直接影響是戰場感知的真實性。由于受到復雜電磁環境的影響，可能導致偵察預警系統癱瘓，從而影響到各級指揮員和作戰人員判斷決策的準確性。分析電磁環境實質，是從復雜的電磁活動中篩選出有價值的電磁信號，然后加以判斷。深入研究復雜電磁環境本質特征，以及電磁環境對未來作戰的影響，建立科學的復雜電磁環境評價體系，可以有效提高信息化戰爭。

層次分析法集定性分析、定量分析優勢于一身，具有極強的靈活性，是評估戰場復雜電磁環境行之有效的方法。通過對復雜電磁環境組成的研究，提出層次分析法對復雜電磁環境復雜程度建立評價模型，進行定性與定量相結合的綜合評價。

1 電磁環境的基本概念和意義

電磁環境，通常是指存在于給定場所電磁現象的總和。戰場電磁環境，則是指一定的戰場空間內對作戰有影響的電磁活動和現象的總和，也就是在一定的戰場空間內，由空域、時域、頻域、能量上分布的數量繁多、樣式復雜、密集重疊、動態交迭的電磁信號構成的電磁環境，也可說復雜電磁環境可以理解為，敵我雙方所在的電磁空間沖突、對抗劇烈的戰場電磁環境。

隨著信息化進程的加快，電磁環境日益復雜，電磁空間的斗爭空前加劇，由于大量電子信息裝備應用于作戰，使得戰爭的每一個進程幾乎都離不開電子信息裝備，從而造就了復雜的戰場電磁環境。沖突、對抗劇烈、復雜的戰場電磁環境反過來又影響了電子信息裝備的作戰性能，造成戰場感知迷茫、指揮控制紊亂、通信聯絡中斷、行動效能失控，對整個戰爭產生了重大影響。可以看到，電磁環境至始至終影響著戰爭的各個方面，對軍事活動產生著深刻的影響，所以電磁環境是戰場環境中更為重要的組成部分。

2 電磁環境的基本組成

在戰場上產生電磁輻射的設備都可視為輻射電磁源，包括諸多電子設備，特別是無線電通信、偵察等設備，通過天線或其它方式把電能轉換為電磁能，然后向外發射完成電磁波輻射。電磁輻射源通常分為自然電磁輻射源和人為電磁輻射源，其電磁波輻射分別稱為自然因素輻射和人為因素輻射。

根據戰場電磁環境的性質和形成機理，一般認為戰場電磁環境分為人為因素電磁輻射、自然因素電磁輻射和輻射傳輸因素3個部分組成，如圖1所示。

圖1 復雜電磁環境構成Fig.1 The composition of the complex electromagnetic environment

3 電磁環境復雜性分析

3.1 復雜程度衡量指標

影響現代戰場電磁復雜程度等級的因素有很多，通過對復雜帶那次環境構成的分析，主要從人為因素輻射的角度，考慮有意輻射和無意輻射的問題。其中通信與雷達輻射占輻射源的主導地位，因此本文中采用層次分析法，將通信電磁輻射、雷達電磁輻射與干擾源作為衡量電磁環境復雜度的指標，做出電磁環境復雜程度分級。

3.2 層次分析法構建評價模型

應用層次分析法對電磁環境復雜程度的等級進行評價，方法是將復雜程度等級作為目標層，將雷達電磁輻射、通信電磁輻射與干擾因素作為規則層構，將軍用、民用、無意電磁輻射和多種常見干擾樣式作為指標層建評價模型，如圖2所示。

圖2 戰場電磁環境遞階層次結構Fig.2 Class hierarchy of the complex electromagnetic environment

3.2.1 計算權向量，進行一致性檢驗

1)計算遞階模型各層次元素的權值

選擇一種判斷標度，計算規則層元素對目標層元素、指標層元素對規則層元素的相對權值，得到底層元素相對于目標層的組合權值。

常用的是參照層次分析法的1—9標度法，對各因素的重要程度按1—9賦值，重要性標度值如下：1表示表示兩個元素相比，具有同等重要性；3表示兩個元素相比，前者比后者稍重要；5表示兩個元素相比，前者比后者明顯重要；7表示兩個元素相比，前者比后者強烈重要；9表示兩個元素相比，前者比后者極端重要；2，4，6，8表示上述判斷的中間值。

2)檢驗判斷矩陣的一致性

根據標度方法構造的權值矩陣只有滿足一致性要求，才能保證基于層次分析法得出的結論合理。計算一致性指標C.I.(consistency index)的計算公式為：

式中，λmax為權值矩陣的最大特征根；n為矩陣維數

計算一致性比例C.R.(consistency ratio)的計算公式如下：

式中，R.I.為平均一致性指標

只有當一致性比例滿足小于0.10的要求，可以認為判斷矩陣具有的一致性滿意，否則需要調整判斷矩陣。

3.2.2 計算組合權重，確定環境復雜程度

1）確定系統熵

以評價矩陣R(rij)作為研究系統，H(i)為系統中第i個評價因素的熵值，可表示為：

式中，n為系統評語數，rij滿足，且規定，當rij=0時，H(i)等于零。

2)確定熵權

第i個指標的熵權可表示為：

式中H(i)表示第i個指標的熵值，m表示指標數[10]。

同理,通過式(4)可以求出其他指標對應的權重,這樣就得到了基于熵權的評價指標權重向量:W=(w1，w2,…，wm)。

3)計算組合權重，并確定環境等級

電磁環境的復雜程度的評估可以轉換為12個底層參量的評估，即(C1，C2，…，C12）的檢測數據，在此將戰場電磁環境復雜程度的評估準則分為4層。電磁環境復雜度評估的目的就是要讓從某一特定時空范疇內所收集的數據經過某種方法的計算綜合，得出一種定性的描述，如復雜、平靜、嘈雜等。最終可以確定戰場電磁環境的4項評估標準的數值，其計算公式為：

根據4個評估準則的最大值，可將戰場電磁環境復雜程度劃分為5個等級，等級界定如表1所示。

3.2.3 綜合評價

基于層次分析法對電磁環境復雜度評價，如圖3所示。

表1 電磁環境復雜程度評定范圍Tab.1 Complexity evaluation scope of the complex electromagnetic environment

圖3 層次分析法計算流程Fig.3 Calculation process of analytic hierarchy process

4 結論

隨著電子技術的飛速發展，戰場電磁環境日趨復雜，我們要充分認識、高度關注戰場復雜電磁環境，并進行深入研究如何有效地對戰場的電磁環境效應，做出較為準確的評估是非常必要的。弄清其本質規律與影響，提高駕馭復雜電磁環境的能力。

本文只針對其一般規律展開討論，但由于電磁環境復雜程度的衡量標準是一致的，評價范圍標準具有普遍指導意義。但在目標的層次結構建模選擇上，不同的分析人員會有不同的評估結果，如何將眾多的評估結果綜合起來，并應用相關的數學理論以確保適當的評估精度，將是進一步深入研究的內容。

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