一種容忍模糊參數的用頻干擾分析方法*

許宏泉

（海裝武漢局駐武漢地區第四軍事代表室 武漢 430205）

1 引言

用頻干擾分析技術是保障作戰過程中裝備用頻順暢進行、用頻業務有序開展的基礎［1］。能夠對裝備的主頻點與備用頻點等頻譜資源的潛在受擾情況、用頻質量與效能等用頻要素進行分析，從時、空、頻、能等各方面建立頻譜資源優化使用的約束條件，從而為戰前用頻規劃、頻率資源指配與協調提供線索、建議與支撐［2］。

以電磁場理論、天線理論等為基礎，目前業界對電磁干擾的機理已經理解得比較透徹，掌握了相關理論模型［3］。然而，要將這些模型推廣應用至工程上，對實際發生的用頻干擾進行分析，還欠缺一些必要的中間環節。其中一個重要環節，就是輸入參數的模糊性問題。

北京航空航天大學于90年代初開發的一套針對飛機的電磁兼容預測軟件BHEMCAP［4］。大連艦院的司南［5］針對艦艇電磁環境的特點，對艦艇電磁兼容性問題進行了寬泛而簡要的介紹，夏惠誠等［6］面對國際通用電磁兼容預測法在實踐中難以實現的弊端，提出了一種易于實現的綜合預測分析法；武漢海軍工程大學的朱強華等人［7］結合一定的戰術背景（如航渡、防空反導等），為電磁干擾預測和艦載電子設備的最優化使用研究指出了一種新的思路；李立芳等人［8］對艦艇無線電通信設備干擾判決條件與評估流程進行了討論；西安工業大學的趙欣楠和程光偉［9］對地面雷達系統間的電磁兼容預測方法進行了探討。畢季明等人［10］參照艦船電磁兼容處理原則，生成艦船電磁兼容戰術輔助決策表；大連艦院的馬野與賈春［11］提出了武器協同使用的流程。但在用頻參數缺失或模糊的情況下，如何構建相應的算法和模型進行用頻干擾分析，就成為一個亟待研究解決的課題。回顧相關文獻，目前尚不存在針對參數模糊性的用頻干擾分析研究工作。本文將圍繞適應模糊化參數的用頻干擾分析展開研究。

2 適應模糊化參數的用頻干擾分析方法

2.1 用頻干擾分析算法框架

用頻干擾分析算法流程共分為時間篩選、頻率篩選、幅度篩選、發射機-接收機修正、天線修正、傳播修正等若干階段。其中，時間篩選、頻率篩選是快速篩選階段，利用發射機和接收機的頻率、帶寬等工作參數作為必要條件進行快速掃描；幅度篩選則在計算發射機發射/接收機響應幅度時非常粗略的考慮頻率、距離、增益等因素的影響。接下來則通過一系列的修正計算，將更細致地對干擾裕量進行必要修正，獲得比較接近實際情況的分析結果。

以上即是目前業界提出的用頻干擾分析的主流算法框架。本文將在這一算法框架流程的基礎上開展研究，針對頻率篩選和幅度篩選兩個階段，討論當系統所掌握的頻譜參數存在模糊甚至缺失現象時如何進行干擾分析，建立適應模糊化輸入參數的干擾分析算法。

2.2 頻率篩選階段說明

在該階段的處理流程之初添加一個完整性判斷步驟，對發射機、接收機的工作頻率與帶寬fT、fR、BT、BR的完整性進行判斷，具體處理流程如下。

1）若fT或fR未知，屬于核心參數缺失，無法進行頻率篩選，則跳過正常判斷步驟，以“不能排除干擾、留待后續分析”的狀態結束本階段。

2）若fT或fR僅知曉大致范圍，屬于核心參數模糊，則忽略帶寬的完整性，直接進行模糊頻率篩選。

3）若fT與fR已知，但BT或 BR未知，屬于部分參數缺失，只能進行不完整的頻率篩選，不能保證獲得確切的結論。

4）若fT與fR已知，且BT與 BR已知，則頻率參數完整，按照正常步驟進行判斷。

2.2.1 模糊頻率篩選模型

當僅僅知曉發射機工作頻率fT或接收機工作頻率fR的大致范圍時，直接根據頻率的取值范圍（也就是工作頻段）進行判斷。根據發射機、接收機頻率不同的模糊性，又可進一步細分為如下三種情況。

1）發射機僅知頻段、接收機固定頻點

發射機頻率模糊、接收機頻率清楚時，鑒于置信度情況，此時僅僅關注發射機基波對接收機基波/雜波的干擾。設接收機的工作頻率為fR；發射機的工作頻段為FT=（fT，min，fT，max）。

如果 fR∈FT，即 fT，min≤fR≤fT，max，則需要考慮基波干擾；

如果 fR?FT，即 fR＜fT，minor fR＞fT，max，則可以排除基波干擾。

2）發射機固定頻點、接收機僅知頻段

發射機頻率清楚、接收機頻率模糊時，鑒于置信度情況，此時僅僅關注發射機基波/雜波對接收機基波的干擾。設發射機的工作頻率為fT；接收機的工作頻段為FR=（fR，min，fR，max）。

如果 fT∈FR，即 fR，min≤fT≤fR，max，則需要考慮基波干擾；

如果 fT?FR，即 fT＜fR，minor fT＞fR，max，則可以排除基波干擾。

3）發射機、接收機均僅知頻段

發射機頻率模糊、接收機頻率也模糊時，由于置信度太低，此時僅僅關注發射機基波對接收機基波的干擾。設發射機的工作頻段為FT=（fT，min，fT，max）；接收機的工作頻段為 FR=（fR，min，fR，max）。要判斷發射機基波信號是否可能造成接收機基帶響應，只需要判斷發射機的工作頻段與接收機的工作頻段是否存在交疊。模型如下：

如果FR∩FT≠?，則需要考慮基波干擾，并記錄二者的交集作為干擾嫌疑頻段；

如果FR∩FT=?，則可以排除基波干擾。

1.2.2 不完整頻率篩選模型

當發射機、接收機的工作頻率fT與fR已知，但其帶寬BT或BR未知時，由于作為配套參數的帶寬缺失，對頻率篩選工作的準確性造成影響；但由于頻率篩選屬于快速粗略的篩選，不需要過于精細，此時可假設裝備的帶寬參數值相近，根據已知的接收機帶寬進行判斷。根據發射機、接收機帶寬不同的缺失情況，可進一步細分為如下三種情況：

1）發射機帶寬未知、接收機帶寬已知

如果 ||fT-fR＜Nmax×BR，則需要考慮基波干擾；

如果 ||fT-fR＞Nmax×BR，則可以排除基波干擾。

2）發射機帶寬已知、接收機帶寬未知

如果 ||fT-fR＜Nmax×BT，則需要考慮基波干擾；

如果 ||fT-fR＞Nmax×BT，則可以排除基波干擾。

3）發射機、接收機帶寬均未知

由于帶寬完全未知，無法進行干擾判斷。

1.3 幅度篩選階段說明

幅度篩選階段所涉及到的頻譜參數有發射機工作頻率fT，發射機基波幅度PT（fT），接收機工作頻率fR，接收機基波敏感度門限PR（fR）；發射天線設計頻率，發射天線主瓣增益，接收天線設計頻率，接收天線主瓣增益GR( f ，P0)，發射接收天線之間的直線距離d。在該階段的處理流程中添加完整性判斷步驟，對各項頻譜參數的完整性進行判斷，具體處理流程如下：

1）本階段的核心參數是與能量相關的發射機幅度PT、接收機敏感度門限PR、發射天線主瓣增益GT( f ，P0)、接收天線主瓣增益GR( f ，P0)。若這些核心參數有任意一項缺失，都無法進行干擾裕量計算，也就無法進行幅度篩選，后續的一系列修正操作也喪失了基礎。則跳過本階段及后續階段，以“干擾情況不明”的狀態結束整個干擾分析算法。

2）若以上核心參數僅知曉大致范圍，屬于核心參數模糊，進行模糊幅度篩選。

3）若模糊幅度篩選或理想幅度篩選無法排除干擾，則還要基于收發天線距離d、裝備頻率fT、fR與天線設計頻率本階段的衰減修正。若距離或頻率等配套參數缺失，以至于無法計算衰減，則保留干擾裕量值，以“不能排除干擾、留待后續分析”的狀態結束本階段。

4）若模糊幅度篩選或理想幅度篩選無法排除干擾，而配套參數模糊，則進行模糊幅度修正。

2.3.1 模糊幅度篩選模型

當與能量相關的發射機幅度PT、接收機敏感度門限PR、發射天線主瓣增益GT(f，P0)、接收天線主瓣增益GR(f，P0)等核心參數僅知曉大致取值范圍時，根據參數的取值范圍獲得干擾裕量值的取值范圍，并根據干擾裕量的范圍進行初步的干擾判斷。具體模型如下：

設發射機功率幅度范圍 PT=（PT，min，PT，max），接收機敏感度門限范圍 PR=（PR，min，PR，max），發射天線主瓣增益 GT=（GT，min，GT，max），接收天線主瓣增益GR=（GR，min，GR，max）。根據理想情況下干擾裕量的計算方式：

若暫時忽略傳播衰減L，可知在模糊能量因素下的干擾裕量的取值邊界為

由于傳播衰減L會進一步降低干擾裕量值，故可根據以下條件進行干擾判斷：

如果IMmax＜0，則可排除干擾；

如果IMmax＞0，則不能排除干擾，還需進一步判斷。

2.3.2 模糊幅度修正模型

當收發天線距離d、裝備頻率fT、fR與天線設計頻率等配套參數僅知曉大致取值范圍時，類似于模糊幅度篩選模型，根據參數的取值范圍進行計算與判斷。

在模糊的距離與頻率條件下，仍根據自由空間傳播模型，對電磁波傳播衰減量的范圍進行估計：

根據傳播衰減，對干擾裕量邊界值進行修正：

3 實驗結果與分析

3.1 頻率篩選模型實驗

下面針對頻率篩選模型的實例進行說明：已知某發射機裝備工作頻率取值范圍為850MHz～900MHz，帶寬為1MHz；某接收機裝備工作頻率取值范圍為 890MHz～910MHz，帶寬為 100kHz。對該發射機裝備與接收機裝備進行同頻干擾分析篩選。

第一步，參數錄入。采集發射機裝備、接收機裝備的工作頻率和帶寬參數值。

第二步，參數檢查。對發射機裝備和接收機裝備的工作頻率與帶寬參數的完整性進行判斷：將工作頻率視為核心參數，將帶寬視為普通參數。

第三步，模型選擇。由于前一步的參數完整性檢查結論為“核心參數模糊”，故選用“模糊頻率篩選模型”進行同頻干擾分析篩選。

第四步，分析篩選。根據所選定的干擾分析模型，對發射機裝備和接收機裝備的工作頻率與帶寬參數進行運算處理，判斷該兩個裝備是否有可能發生同頻干擾。

根據“模糊頻率篩選模型”，判斷 fR，min≤fT，max且 fT，min≤fR，max是否成立。由于 fR，min=890MHz ＜900MHz=fT，max，而且 fT，min=850MHz ＜ 910MHz=fR，max，故上式成立，存在同頻干擾嫌疑。得出的結論是，發射機裝備和接收機裝備之間存在同頻干擾嫌疑。

3.2 幅度篩選模型實驗

下面針對幅度篩選模型的實例進行說明：已知某發射機裝備功率幅度的取值范圍為（60，90），接收機敏感度門限的取值范圍為（90，110），發射天線主瓣增益的取值范圍為（20，30），接收天線主瓣增益的取值范圍為（20，35），發射機裝備的z工作頻率fT的取值范圍為（850MHz，900MHz），接收機裝備的工作頻率fR的取值范圍為（890MHz，910MHz），對該發射機裝備與接收機裝備進行同頻干擾分析篩選。此處由于僅體現幅度篩選模型的主要流程，故不考慮天線設計頻率檢查修正。

第一步，參數錄入。采集發射機裝備的功率幅度數值，接收機裝備的敏感度門限數值，以及二者的天線主板增益和工作頻率數值。

第二步，核心參數檢查。對錄入的核心參數的完整性進行判斷：將發射機功率幅度，接收機敏感度門限以及二者天線主瓣增益視為核心參數，工作頻率視為配套參數。經檢查，均知曉的是其取值范圍，因此，核心參數完整性檢查結論為“核心參數模糊”。

第三步，模型選擇。由于前一步的參數完整性檢查結論為“核心參數模糊”，故選用“模糊幅度篩選模型”進行同頻干擾分析篩選。

第四步，分析篩選。根據所選定的干擾分析模型，對核心參數進行運算處理，判斷兩個裝備是否有可能發生同頻干擾：

由于發射機裝備功率幅度的取值范圍為（60，90），接收機敏感度門限的取值范圍為（90，110），發射天線主瓣增益的取值范圍為（20，30），接收天線主瓣增益的取值范圍為（20，35）。

根據“模糊幅度篩選模型”，判斷是否大于0，=65＞0，存在同頻干擾嫌疑。由于結論是“存在同頻干擾嫌疑”，故選擇進一步分析，采用幅度修正模型。

第五步，配套參數檢查。將發射機裝備與接收裝備的工作頻率視為配套參數，檢查其完整性。經檢查，均知曉的是其取值范圍，因此，配套參數完整性檢查結論為“配套參數模糊”。

第六步，模型選擇。由于前一步的參數完整性檢查結論為“配套參數模糊”，故選用“模糊幅度修正模型”進行同頻干擾幅度修正。

第七步，幅度修正。根據所選定的干擾分析模型，對配套參數進行運算處理，判斷兩個裝備是否有可能發生同頻干擾：

經計算電磁波傳播衰減量L的取值范圍為（10，20），干擾裕量修正后最大值=55＞0，存在同頻干擾嫌疑。得出的結論是，發射機裝備和接收機裝備之間存在同頻干擾嫌疑。

4 結語

本文根據海戰場復雜電磁環境與激烈電子對抗作戰條件下跨平臺協同作戰的戰術技術要求和特點，充分考慮輸入參數可能存在缺失和不夠準確的實際狀況，提出了輸入參數完整性檢查機制，給出了能夠容忍模糊輸入參數的干擾分析算法和模型。該方法能夠適應輸入參數不完整、不準確等現實情況，在用頻干擾分析工作的理論模型與工程化實現之間建立起一座橋梁，較好地支撐了用頻干擾分析技術的發展與實用化。