復雜電磁環境下電臺通信效果評估方法應用

馮曉輝 郝健 劉清波

（西安長遠電子工程有限責任公司 陜西省西安市 710100）

1 引言

隨著通信裝備技術的發展，無線電通信技術和通信體制發生了巨大的變化，越來越多的新型通信裝備陸續配發至部隊，另一方面戰場上的電磁環境變得日益復雜，為了適應這一形勢的發展，復雜電磁環境下電臺通信效果評估變得十分重要，其分析結果才能夠為武器裝備性能測試、作戰訓練提供有力的數據支撐。

2 評估流程

電臺通信效果評估流程見圖1，實施步驟如下：

圖1：電臺通信效果評估流程

（1）評估試驗構建的電磁環境與想定電磁環境的相似度，因為只有在滿足戰場電磁環境模擬逼真性條件要求下得出的電臺作戰效能評估結論才具有指導意義。若電磁環境不滿足要求，則不能進行后續試驗，需重新構建；

（2）若電磁環境態勢達成，則規劃試驗內容、條件，開始試驗并記錄數據。軟件通過置信區間評估與工作性能評估方法，對被試電臺在特定電磁環境下的語音單字清晰度、語音句子可懂度、數據傳輸成功率進行評估；

（3）基于上述試驗結果與評估分析結論進行電臺綜合效能評估，并形成評估報告。

3 通信效果評估

3.1 電磁環境逼真性評估

按照文獻[1]所述，電子對抗最基本的干擾樣式即壓制和欺騙兩大類，前者用于破壞或降低電子裝備探測目標的能力，可用信噪比來定量描述，后者給電子裝備制造虛假目標，以假亂真，可用假目標的數量來定量描述。因此，可以用電臺接收到的信噪比和假目標數量作為二維指標空間，來定量描述試驗中影響電臺的電磁環境，將信噪比和假目標數量等效到電臺天線處，分別對應電磁功率密度譜P 和電磁信號密度m。

對應電臺通信試驗過程的不同階段，電磁環境也是隨之動態變化的，若構建的復雜電磁環境可基于k 個子階段進行描述，則電磁環境的二維指標空間可描述為：

構建電磁環境矩陣：

想定電磁環境矩陣：

可以通過對矩陣Xl與X0進行灰色關聯分析，實現綜合評估電磁環境逼真性。

3.1.1 矩陣初值化

將電磁環境矩陣表示為Xi=(ahj)2×k，式中h=1,2；j=1,2,···,k。假設D 為矩陣的初值化算子，則矩陣Xi的初值化像：

則構建電磁環境矩陣Xl初值化后為想定電磁環境矩陣X0初值化后為。

3.1.2 矩陣灰色關聯分析

構建電磁環境矩陣Xl和想定電磁環境矩陣X0的三維空間坐標分別為式中h=1,2；j=1,2,···,k。則(h,j)處構建電磁環境特征參數與想定電磁環境特征參數之間的距離為：

則構建電磁環境特征參數與想定電磁環境特征參數之間的灰色關聯系數矩陣：

其中分辨系數ξ 通常為0.5。

假設(h,j)處的關聯系數權重為whj，則關聯系數權重矩陣：

其滿足：

對灰色關聯系數矩陣的所有元素處理后，得到構建電磁環境相對于想定電磁環境的逼真程度為：

3.1.3 工程應用

以構建的包含五個階段的電磁環境為例，設定背景電磁環境的平均場強值為-100dBm，則想定電磁環境矩陣：

測量的構建電磁環境矩陣：

兩矩陣初值化后為：

則二者特征參數距離為：

取分辨系數ξ = 0.5，則構建電磁環境相對于想定電磁環境的灰色關聯系數矩陣：

各灰色關聯系數權重均取0.1，則構建電磁環境相對于想定電磁環境的逼真程度為r=0.8005，相似度和接近性較為理想。圖2 左上部分為電磁環境特征參數錄入區，右上部分為電磁環境逼真性評估計算過程及結果，右下部分為灰色關聯系數矩陣雷達圖，左下部分為想定電磁環境矩陣和構建電磁環境矩陣初值化后對應的曲面，x 軸、y 軸、z 軸分別表示初值化電磁環境矩陣的列、行和值。直觀的看，構建電磁環境對應的曲面與想定電磁環境對應的曲面差異不大，吻合性較好。

圖2：電磁環境逼真性評估結果

3.2 電臺通信效果評估

3.2.1 置信區間評估及應用

以試驗條件作為變量，對被試電臺在特定電磁環境下的語音單字清晰度、語音句子可懂度、數據傳輸成功率進行評估。試驗條件一般包括電臺發射功率、信號帶寬、工作頻率、跳頻頻率集、跳頻速率、跳頻帶寬、工作方式、通信速率和通信距離等，構建的電磁環境參數包括電磁功率密度譜和電磁信號密度。

各類試驗結果計算方法如下：

（1）單字清晰度：bq=(Mq/Nq)×100%，其中bq為單字清晰度（%）、Mq為圈（聽）正確的字數（個）、Nq為發音字數（個）；

（2）句子可懂度：bk=(Mk/Nk)×100%，其中bk為句子可懂度（%）、Mk為聽（或寫）對的句子數（句）、Nk為發音句子數（句）；

（3）數傳成功率：bd=(Md/Nd)×100%，其中bd為數傳成功率（%）、Md為成功接收次數（個）、Nd為發送總次數（個）。

評估時設置試驗條件其中一個參數變化其他參數固定，分別對每一種參數組合的試驗結果進行基于試驗次數的置信區間估計，展示電臺真實工作性能參數有一定概率落在測量結果周圍的程度，其給出的是被測量參數的測量值的可信程度。例如，某一試驗參數組合的試驗次數為n，試驗結果為x1, x2,···, xn。

假設試驗結果總體為正態分布，則有樣本均值（點估計）：

則標準差：

設定置信水平1-α=0.8，T 值查表得到tn-1(α ?2)，則置信區間半長度：

則電臺性能參數的置信區間：

圖3 上部分為所有試驗參數組合，左下部分為試驗結果曲線，右下部分為置信區間評估計算過程及結果。

圖3：置信區間評估結果

3.2.2 工作性能評估及應用

以復雜電磁環境作為變量，分析評估被試電臺在技術指標范圍內語音單字清晰度、語音句子可懂度、數據傳輸成功率的變化趨勢，從而獲得電臺工作性能參數極限。

評估時設置電磁環境參數或試驗條件當中一個參數變化其他參數固定，計算各參數組合下試驗結果的樣本均值ˉx（計算方法見公式11），并圖形化顯示各樣本均值隨該變化參數的變化趨勢。圖4 顯示的是固定電磁功率密度譜、電磁信號密度、數據傳輸速率、工作方式下，定頻通信時隨不同通信距離變化的性能參數變化趨勢。

圖4：工作性能評估結果

4 結語

軟件使用該方法對復雜電磁環境下電臺通信的語音單字清晰度、語音句子可懂度、數據傳輸成功率進行評估，在實際應用中取得了較好效果，能夠滿足某試驗基地武器裝備性能測試與作戰訓練使用需求，后續可考慮加入正交分析方法，分析各個性能影響因子對被試電臺考核指標的影響趨勢。