舰载雷达对抗侦察装备试验电磁环境分级方法研究＊

赵严冰 袁兴鹏

（中国人民解放军91336部队 秦皇岛 066326）

1 引言

随着电子对抗作战对象综合水平的不断提高以及电子装备的大量应用，海战场电磁环境日益复杂，海战场电磁环境对舰载雷达对抗侦察装备的截获、测量、分选、电磁威胁目标的识别产生了较大影响。对于靶场新装备试验来说，就是需要根据装备试验的实际特点，遵循装备具体战场应用情况和可能面临的电磁环境，分步骤、分层次地构建复杂电磁环境，以达到检验被试装备战术技术指标以及作战能力的目的[1]。但试验考核的重要基础是要能够对试验电磁环境进行量化，即选择度量参数并确定其数量级，从而为装备试验客观性、直观性的定量分析提供基础数据。

复杂性是复杂电磁环境最本质的特性[1]，是一个相对抽象的概念。本文在分析舰载雷达对抗侦察装备所面临电磁环境特点的基础上，针对现有试验电磁环境分级方法的不足，以试验电磁环境应力可变为依据，提出了一种新的试验电磁环境量化分级方法；该方法以被试装备为参照点，突出电磁环境交织性、多变性、多样性、密集性和对抗性特点[2]，通过建立电磁环境复杂度评价体系，对试验电磁环境进行分析和度量。

2 舰载雷达对抗侦察装备试验电磁环境量化分级需求分析

实际使用条件下，舰载雷达对抗侦察装备所面临复杂电磁环境的主要来源包括：己方装备、敌方装备、民用设备、自然电磁信号和辐射传播环境[1]。由于海上作战环境的特殊性，构成舰载雷达对抗侦察装备电磁环境复杂性的主要要素包括四个方面：辐射源个体的差异性，雷达对抗信号环境的密集性，各种电子干扰的对抗性和自然环境及传输的不确定性。最终形成的海战场复杂电磁环境是多种要素共同作用的结果[3]。

装备试验具有很强的实践性，为了满足各类各型装备试验鉴定的需求，对复杂电磁环境构建有特殊的需求，主要是构设条件定量已知，构设过程可调可控，构设样本分层分级。试验电磁环境构建应在电磁环境分析的基础上，通过信息收集汇总和规划计算，获取试验的电磁环境参数和规模[4]，为试验提供客观的数据支持，体现试验设计的主观性。当前雷达对抗侦察装备试验中采用的电磁环境分级描述方法是一种单一属性的分级方法，只考虑了电磁环境在时、频、空、能四域的资源占用情况，虽然具有一定的宏观指导意义，但是复杂性的微观表达不具体，复杂性要素的解析不足，构成要素内涵准确性不够，时变性的表达不明显，试验对象的属性表现不突出，需要增加和补充其它描述指标，并同步优化电磁环境的分级评估方法。

3 舰载雷达对抗侦察装备试验电磁环境量化分级方法

3.1 电磁环境量化分级的基本原则

文献[5]通过计算频谱占用度（FO）、时间占有度（TO）和空间覆盖率（SO）给出了电磁环境的等级。但是对于舰载雷达对抗侦察装备试验电磁环境的分级，其适用性还不能满足要求。电磁环境作为一个复杂系统，其复杂性是多方面客观因素彼此交织共同构成的，因此单一属性的度量不能全面表达电磁环境的本质特征。在这方面局部气象实况的度量具有一定的借鉴意义，在对局部气象实况进行分级度量时，采用了多要素多物理量的描述，每一个要素根据一定物理量的变化范围，进行了定量分级，这些要素分级方法可共同描述一年的四季变化和一天的早中晚特征。没有度量标准，复杂性是很难被理解的，因此试验电磁环境量化分级应遵循以下基本原则：一是分级结果具有一定的直观性；二是分级过程符合电磁环境的本质特征；三是分级方法技术上可行，操作性强[6]。

3.2 电磁环境量化分级的层次结构及模型

多属性多层次结构是复杂系统的主要表现之一，综合考虑舰载雷达对抗侦察装备试验电磁环境构设需求，以及电磁环境各因素对电磁环境复杂性形成的机理，电磁环境量化分级的层次结构如图1所示。

图1 电磁环境量化分级的层次结构

如图1所示，电磁环境量化分级的层次结构包括三层，实现了复杂问题的逐层分解。同时根据评价内容的归属性，一是从电磁信号角度进行分级描述，包括两个属性，这里定义称为宏观属性和微观属性；二是从电磁实体角度进行分级描述，包括两个属性，这里定义称为个体属性和集群属性；三是从电磁防护角度进行分级描述，包括一个属性，这里定义称为扰动属性。量化分级结果用以下模型表示

式（1）中C1～C5分别表示各属性的量化分级结果，五个属性共同构成舰载雷达对抗侦察装备试验电磁环境分级度量体系E。

式（1）中Ci＝fi（Ci1，Ci2，…，Cij），其中fi表示各属性的聚合模型，Ci1表示各属性所包含下层指标的评价结果，i表示各属性序号，共五项。

fi的计算模型根据上下层指标以及同级指标间的逻辑关系采用了两种计算方法：“或”关系，加权和，体现权重大指标对评价结果的贡献；“与”关系，加权积，体现短板指标对评价结果的影响[7]。如下式所示

式（2）中wij为对应Cij的权重，权重是根据模糊层次分析法中关于建立模糊互补判断矩阵权重的计算方法[7]结合专家打分来确定的。

Cij的计算也分为两种情况，对于定量指标的量化是依据具体型号被试装备的指标和先验数据来实现的，选择“被试对象”指标体系中某些关联性强的指标参量，将其融入到指标度量标准中，确保对于每一指标都具有确切物理含义的量化模型。如引入“被试对象”的工作频率范围作为与频域相关指标参数的归一化参量，通过不同的归一化函数实现相关指标参数的去量纲和定量赋值。由于指标量化结合“被试对象”的实际指标限制条件，即电磁环境的直接受体实际能力限制，体现了复杂度评估的对象性。对定性指标的量化主要是结合专家经验，制定分类的量化标准，进行灰色的模糊量化[8]，如信号类型的量化。

3.3 电磁环境量化分级的指标设计

各属性下层指标选择主要针对舰载雷达对抗侦察电磁环境基本特点，以及对装备的影响机理效果，考虑了三个方面因素，一是要突出整体目标性，所有评价指标作为有机整体的一部分，个别指标的评价属性要与整体目标相适应；二是要突出重点问题，评价指标不是越多越好，需要以能求得解决特定问题的最佳方案为重点；三是便于运用科学的计量方法，在许多复杂的情况下，必须要有精确可靠的数字、资料，以作为科学决断的依据[9]。

3.3.1 宏观属性

宏观属性是从宏观整体的角度来考虑电磁环境对“电磁环境受体”的影响。电磁环境的各种变化状态，都可以归结为电磁信号在空间、时间、频谱和功率上的分布和变化，它反映了电磁环境的基本物理属性。确定的分级评价指标如图2所示。

图2 宏观属性分级评价

为了实现各分级评价指标的量化，引入了被试装备相关指标，如动态范围、灵敏度指标，用于对电磁信号强度归一化；工作频率范围指标用于对频率占用度归一化；脉冲流密度指标用于对电磁信号密度归一化；空间覆盖范围指标用于对空间占用度归一化。

3.3.2 微观属性

微观属性主要针对宏观属性度量“四域”变化复杂的不足，用于精细化、差异化分级，重点体现电磁环境的动态、多变、密集和交迭的分布特点。微观属性指标需要根据关联性原则进行合理选取，减少指标冗余。

根据关联性原则，图3中共有十种关联性组合，所有关联组合存在以下几种情况：

3 微观属性分级评价指标关联性选择示意图

1）不构成关联，如C13，C14的自相关；

2）构成关联关系，但关联关系含义不具备独立性，如C11，C12和C13与C14的关联，与C14的含义基本一致，可以理解为多种关联与某一个属性已有指标对应；

3）构成关联关系，但关联关系含义与其他指标含义接近或相互包含，如C11与C12的关联与C21（或C22）的含义接近，可以理解为多种关联与多个已有指标对应；

4）构成关联关系，含义独立性和完整性好，具有典型代表意义，如C21。

对各种组合进行综合筛选，确定的分级评价指标如图4所示[4]。

图4 微观属性分级评价

为了实现各分级评价指标的量化，引入了被试装备同一方位分辨单元内适应的雷达辐射源数量、工作频率范围，空间覆盖范围和适应脉冲流密度等定量指标。

3.3.3 个体属性

个体属性主要针对构成电磁环境实体的复杂性因素，从电磁环境实体的差别性角度描述电磁环境的复杂性，可将实际电磁环境中的实体辐射源视为一个广义集合，记为RP（s），其辐射源总数N。

式（3）中，si为辐射源的差别标志值，ni为标志值为si的辐射源的数量，k为标志值的总数。

描述辐射源实体的标志值有多种，包括数量、分布、属性、类型、状态等，从实体的个体角度包括类型样式、状态模式以及威胁特征；从实体的总体分布角度包括信号数量和体制分布等[10]。差别标志值越多，复杂性越强，综合分析，确定的分级评价指标如图5所示。

图5 个体属性分级评价

为了实现各分级评价指标的量化，引入了被试装备可适应的雷达辐射源数量指标总数，适应信号体制类型和威胁信号分级的定性指标。

3.3.4 集群属性

集群属性主要针对海上作战兵力编成，具有明显的集群特征；集群配置的信号环境，具有一定的方位分布、频段分布、相同的运动变化特征和有限的信号密度，在一定对抗距离上，可以描述为从某一点上发出的雷达信号流，体现对抗的方向和对抗的层次。反映电磁环境的属性上，就是电磁环境信号及威胁信号通常来自几个重点方向，并随着战斗进程的变化，在空间分布上产生聚集和分离的动态变化，造成局部的电磁环境复杂性升级或退化。集群的配置是动态的和相对模糊的，表征集群属性的要素有方位（或方位区域）、分布和辐射源部数，确定的分级指标如图6所示。

图6 集群属性分级评价

为了实现各分级评价指标的量化，引入了被试装备可适应的雷达辐射源数量指标总数，适应信号体制类型、空间覆盖范围和方位分辨单元等定量指标。

3.3.5 扰动属性

扰动属性主要针对电磁环境中的干扰因素。在雷达对抗侦察电磁环境中不仅存在各类雷达辐射源信号，还存在一些非雷达辐射源信号或是有意和无意干扰信号，其规律性与雷达辐射源信号不同，具有一定的偶发性和对抗性，可以分为离散干扰（如脉冲干扰）和连续干扰（如噪声干扰）；雷达对抗侦察系统可接收不可识别，对于雷达对抗侦察的接收处理是一种纯扰乱因素，但对战场电磁信号感知的影响是非常明显的，由于它的非规律性，主要从其影响的机理出发进行选择。确定的分级指标如图7所示。

图7 扰动属性分级评价

为了实现各分级评价指标的量化，引入了被试装备对象可适应的脉冲流密度和动态范围指标，并采用主观法进行定性的分档分级。

3.4 电磁环境量化分级的评估类型

根据试验电磁环境的分级需求定义了五级度量分类，如表1所示：

表1 电磁环境分级表

评估等级分类充分考虑了各指标计算结果的分布特性与复杂性概念的内在联系，针对不同属性，参考不同准则，包括均匀、比例、正态和就近等准则[8]，给出不同的分级区间分布，并且区间分布在低区间较为精细，在高区间较为粗略。电磁环境的复杂度评估结果具有时变性的特点，包括实时数据评估、历史数据评估和综合数据评估[7]。三个方面结果分别适用于不同的条件场合，便于试验结果的分析。

3.5 试验应用举例

装备试验中的复杂电磁环境构建方法和手段主要有基于外场的全实物模拟、实物与半实物混合模拟，基于内场微波暗室等室内设施的半实物仿真。外场试验电磁环境构建受气象水文和地理条件影响较大，并需要建立完善的基础数据，包括电子设备的位置、类别、数量、性能参数、技术体制、信号特征和电磁敏感参数等[1]，同时还需具备电磁环境监测手段，准确预测和实时评估具有一定难度。现代海上局部战争面临的电磁环境是十分复杂而且瞬息万变的，因此基于半实物仿真技术来提供一个复杂、逼真、动态的电磁环境，是一个效费比较高的实现方法，有助于试验的顺利实施和有效度量。

以下以基于内场微波暗室的半实物仿真构建手段，进行电磁环境量化分级方法的应用和分析。试验针对两型舰载雷达对抗侦察装备，在电磁环境分析与建模基础上，构设多个电磁环境态势样本，样本量覆盖各属性的五个复杂度等级，记为｛S1，S2，…，S｝，以电磁环境态势样本S1和S2为例，通过模型的计算，对于舰载雷达对抗侦察装备R1的分级评价结果如表2：

表2 雷达对抗侦察装备R1电磁环境分级表

通过以上数据表的分析，可以看出：

1）对不同试验对象，基于其本身的作战能力指标值，可实现两个相同电磁环境相对复杂度的比较，体现了电磁环境复杂度的对象属性；比如对于电磁环境S1，由于两型侦察装备R1和R2的指标和性能不同，量化分级结果有所不同。

2）对相同试验对象，可实现电磁环境复杂度的比较，比如对于侦察装备R1，电磁环境S1的宏观属性评价为0.42，电磁环境S2的宏观属性评价为0.55，均属于中度复杂（Ⅲ级），但相对来讲，电磁环境S2比电磁环境S1在某些细微方面更复杂些。

3）对相同试验对象，可实现电磁环境不同属性的差别程度比较，比如对于侦察装备R2，电磁环境态势S1和S2，其个体属性相同，但其他属性却完全不同，这使得量化分级评价具有了很强的实际意义，使试验因素水平的综合设计，试验结果的分析预测具有了更强的目标性，也提高了试验过程的可控性，提升了试验系统的应用效能。

4 结语

由于舰载雷达对抗侦察装备本身的使用特点以及海上电磁信号的传输特点，导致海战场环境中大量的电磁信号较容易进入侦察接收系统，具备电磁环境“敏感”性的特点。因此对其试验电磁环境的分级方法研究，与雷达、通信等装备试验有所不同。目前，国内尚无明确的面向雷达对抗侦察装备试验的电磁环境分级方法和标准；本文针对舰载雷达对抗侦察装备这一具体的电磁环境受体，结合试验需求，提出了一种基于多属性的试验电磁环境分级方法，该方法在一定程度上弥补了以往研究的不足，具有很强的实用价值，可为试验提供电磁环境度量标准，提高试验要素及水平的确定性，同时也是开展雷达对抗侦察装备电磁环境适应能力试验研究的重要基础[11]，并可拓展应用于雷达对抗侦察装备的研制和部队训练领域。

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