艦艇電磁兼容管理控制輔助決策方法研究

倪叢云

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

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艦艇電磁兼容管理控制輔助決策方法研究

倪叢云

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

針對艦艇電子武器裝備的電磁兼容管理現狀，提出了艦艇電磁兼容控制方法的輔助決策原則與過程，用圖論的方法仿真了艦艇電磁兼容輔助決策。

電子設備；電磁兼容；輔助決策；圖論

0 引 言

艦載電子設備數量越來越多，本艦電子武器設備及編隊作戰時電子武器裝備之間的電磁兼容問題也越來越嚴重，為有效克服潛在的影響，順利完成作戰使命，必須控制本艦電子設備間和編隊艦艇武器系統間的電磁干擾，實現全船、戰區電磁兼容。

1 艦艇電磁兼容

現代艦艇裝備了多種先進電子設備與系統，作戰系統中提供了雷達預警、電子戰、跟蹤和制導、武器系統控制指揮與決策、通信、數據傳輸處理、敵我識別、導航、水下探測、氣象等技術手段，對應的電子設備所產生、接收、傳送、處理、貯存的電信號中含有大量信息，且眾多電子系統集中裝備在狹窄的空間內，使得密度日趨增大。為了保證各種電子設備和武器系統正常工作，順利完成作戰使命，必須控制設備間的電磁干擾，實行電磁兼容管理控制[1]。

1.1 艦艇電磁兼容性控制

電磁干擾可能造成設備功能指標降低、誤動作、誤爆、誤燃、輻射危險、電磁暴露與電磁泄密。

電磁兼容性控制技術分為控制策略與控制技術，主要有傳輸通道抑制、空間分離(空域管理)、時間分隔(時域管理)、頻域管理及電氣隔離等。艦艇電磁兼容主要采用電磁干擾控制技術，盡可能消除干擾，通過組織管理措施減少不可避免的危害。具體的方法有：

(1) 抑制干擾源，降低干擾強度；

(2) 提高受干擾設備的抗干擾能力；

(3) 增加傳輸干擾途徑的衰減，減少相互耦合。

艦船總體設計階段對艦上電子、武器裝備天線安裝位置進行調整優化，并對關鍵部位采取屏蔽、絕緣隔離等措施，通過多種抗干擾接收技術等措施提高各設備的抗干擾能力；對電磁干擾危害的管理主要是針對采用干擾控制方法無法消除的干擾，根據各電子、武器裝備的功能特性，合理調度其使用時機、使用方法，對產生全艦安全問題和強干擾問題的設備的工作頻率、發射功率、發射時機和發射方向進行優化決策、統一管理、合理調度，從而有效防止或降低電子設備通過射頻信號的耦合引起的設備或系統間的電磁干擾[2]。

干擾管理主要在艦艇服役過程中使用，是靠條例和艦員操作來實現的，即如何通過管理控制的手段實現相互干擾的電子、武器裝備之間兼容工作，涉及到技術、戰術的綜合優化決策問題，本文試圖通過計算機輔助決策的辦法找出一條有效解決途徑。

1.2 艦艇電子武器設備電磁兼容矩陣方案

根據艦載電子設備及武器系統的基本情況，可以列出一個電磁兼容的矩陣表，根據專業知識和經驗在縱橫交匯點上填入可能造成干擾的干擾等級：嚴重、輕微與基本不干擾。設計師必須權衡系統設備的功率、靈敏度、空間、時間和頻譜等要求，使彼此之間的干擾減到最小，以系統和集中的方式使用電磁兼容技術，并通過全艦電磁兼容管理決策，使電磁兼容達到最佳狀態[3]。

2 艦艇電磁兼容輔助決策研究

艦艇通過裝備電磁兼容管理系統，從技術上提供了解決艦艇電磁兼容的手段，電磁兼容管理決策層次高、責任大，對作戰指揮甚至戰斗勝負影響很大。目前在技術上能對單艦設備進行電磁管理，但在戰術使用上仍缺少輔助決策指揮的方法與手段。

2.1 艦艇電磁兼容輔助決策原則

電磁兼容輔助決策原則是將戰術與電磁兼容技術相結合，作戰需求上設備使用危急程度高者優先，使用效能高者優先，使用時間短者優先，影響其他電子設備小者優先。同時，還要根據戰術條令和戰場態勢確定電子設備的使用順序。

2.2 艦艇電磁兼容輔助決策過程

2.2.1 任務設定

在戰術中，作戰任務不同，其使用原則就不一樣。主要分析3種任務：航渡、反艦和反導防空。這3個設定包括了艦艇的日常行為、進攻行為和防御行為，具有很強的代表性，尤其是后2個設定，直接關系到艦艇作戰任務是否完成、本方力量能否幸存。根據上述戰術背景，以電磁兼容矩陣表為基礎，確定電子設備的使用優先級序列。

2.2.2 干擾決策

干擾決策的過程就是分析每個電子、武器設備的多個工作狀態，如電子戰有加濾波器和不加濾波器狀態，雷達有工作在全頻段和工作在保護頻段狀態等等，這些電子武器設備的所有工作狀態形成一個大的集合，再根據作戰任務需求，找出其中互不干擾的子集合，即實現了電磁兼容的輔助決策。

2.3 圖論算法

圖論中的圖形通常用來描述某些事物之間的某種特定關系，用點代表事物，用連接2點的線表示相應2個事物間具有這種關系。

2.3.1 圖論相關概念

圖論中的“圖”只是表達一些確定的事物之間的聯系的一個數學系統。一個有序二元組(V，E)稱為一個圖，記為G= (V，E)，其中V稱為G的頂點集，V≠Φ， 其元素稱為點；E稱為G的邊集，其元素稱為邊，它連接V中的2個點，如果這2個點是有序的，則稱為有向邊。如果V是有限非空點集，則稱G為有限圖或n階圖。 如果E的每一條邊都是無向邊， 則稱G為無向圖(如圖1)；如果E的每一條邊都是有向邊，則稱G為有向圖(如圖2)；否則稱為混合圖。

圖1 無向圖

圖2 有向圖

這里只討論有限簡單圖，即：(1) 頂點個數是有限的；(2) 任意一條邊有且只有2個不同的點與它相互關聯；(3) 若是無向圖， 則任意2個頂點最多只有一條邊與之相聯結；(4) 若是有向圖， 則任意2個頂點最多只有2條邊與之相聯結。當2個頂點有2條邊與之相聯結時，這2條邊的方向相反。

設圖G= (V，E)，I?V，如果I中任意2個頂點在G中都不相鄰， 則稱I是G的一個獨立集。若G的一個獨立集中，任意添加一個點后不再是獨立集，則稱此獨立點集是G的一個極大獨立集。頂點數最多的獨立集，稱為G的最大獨立集。

2.3.2 極大獨立集求解

求取圖G的極大獨立集的方法有多種，這里采用數學代數式的解法。

設有n個命題變元P1，P2，…，Pn，則形如Q1∧Q2∧…∧Qn的命題公式稱為由命題變元P1，P2，…，Pn所產生的極小項。

并作命題表達式:

(1)

當圖G的頂點數較少時，求圖的極大獨立集有以下步驟:

(1) 對于圖G的所有邊，建立邏輯表達式；

(2) 根據德·摩根律寫出邏輯表達式；

(3) 根據邏輯運算法則化簡上面邏輯表達式為最簡的析取范式；

(4) 寫出所有極大獨立集。

當圖G的頂點數較多時，算法1 有一定的局限性，需用另一種遞歸算法求得。

2.4 算法說明

將電磁兼容干擾矩陣中的各電子、武器設備及其各種工作狀態作為圖G的頂點，任意2點存在電磁干擾時，將該2點連線，得到完整的圖G，求出圖G的所有極大獨立集，再在其中尋找符合任務設定要求的極大獨立集，即為所需要的輔助決策結果。

算法步驟為：

(1) 確定頂點

在航渡任務中，需要使用的設備有雷達、電子戰、導航雷達、甚高頻(VHF)/超高頻(UHF)臺、高頻(HF)臺、Ku衛通，各設備的工作狀態分別如下：

電子戰={正常，匿影，匿影、接濾波器}={s0，s1，s2}；

導航雷達 ={正常}= {r0}；

VHF/UHF臺 ={正常}= {c0}；

HF臺 ={正常}= {h0}；

Ku衛通 ={正常}={k0}；

(2) 畫出干擾圖

同一設備的各個工作狀態之間關系為互斥的，可認為是互相干擾的。

G= (V，E)，V= {s0，s1，s2，r0，c0，h0，k0}，E={e0，e1，e2，e3，e4，e5},其中e0=s0s1，e1=s0s2，e2=s1s2，e3=s0r0，e4=s0k0，e5=s1k0。

(3) 求出所有極大獨立集

按極大獨立集求解的算法求出干擾圖的所有極大獨立集：{s0，c0，h0}，{s1，c0，h0}，{s2，r0，c0，h0，k0}，{s1，r0，c0，h0}。

(4) 得到輔助決策

根據所求出的干擾圖的所有極大獨立集，再對照作戰任務需求，可得出輔助決策為{s2，r0，c0，h0，k0}，即：

雷達電子戰={匿影、接濾波器}={s2}；

導航雷達 ={正常}= {r0}；

VHF/UHF臺 ={正常}= {c0}；

HF臺 ={正常}= {h0}；

Ku衛通 ={正常}={k0}。

通過艦艇電磁兼容管理系統發出相關指令，即可完成艦艇電磁兼容管理控制。

2.5 艦艇電磁兼容輔助決策仿真

根據上節輔助決策算法，進行了軟件仿真，仿真軟件流程如圖3所示。

圖3 軟件仿真流程

3 結束語

本文以圖論方法來解決艦艇電磁兼容輔助決策的研究，找出了一種艦艇電子設備電磁兼容管理控制的有效途徑，該輔助決策方法給出了艦艇電子設備充分發揮戰斗力戰術的流程，減輕了艦艇指揮員的工作壓力。艦艇電磁兼容輔助決策方法可在電磁兼容管理系統中實現，但如何在實戰中有效地使用，仍有一些難題需要研究。

[1] 倪叢云.艦載雷達的電磁兼容設計[J].艦船電子對抗，2002,25(1)：40-42.

[2] 梁瑞麟.艦船電子設備的電磁兼容性技術實踐[J].艦船電子對抗，2004,27(6)：43-46.

[3] 王強，黃暄.艦船電磁環境對電子對抗系統作戰性能的影響[J].艦船科學技術，2007,29(3)：87-90.

Research into Assistant Decision-making Methods of Electromagnetic Compatibility Management and Control for Warship

NI Cong-yun

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Aiming at the electromagnetic compatibility management actuality of electronic weapon equipments in the warship,this article puts forward the assistant decision-making rules and course of electromagnetic compatibility control method for ship,simulates the assistant decision-making of electromagnetic compatibility for ship by means of chart theory.

electronic equipment;electromagnetic compatibility;assistant decision-making;chart theory

2015-04-09

TN97

A

CN32-1413(2015)02-0015-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.02.005