复杂电磁环境分析研究

董智超，王勇亮，李 鑫，吴建楠，侯宇航

（空军航空大学 吉林 长春 130022）

随着信息时代的到来和新军事变革的不断深入，电磁空间成为信息化战争重要的作战空间，复杂电磁环境直接影响是战场感知的真实性。由于受到复杂电磁环境的影响，可能导致侦察预警系统瘫痪，从而影响到各级指挥员和作战人员判断决策的准确性。分析电磁环境实质，是从复杂的电磁活动中筛选出有价值的电磁信号，然后加以判断。深入研究复杂电磁环境本质特征，以及电磁环境对未来作战的影响，建立科学的复杂电磁环境评价体系，可以有效提高信息化战争。

层次分析法集定性分析、定量分析优势于一身，具有极强的灵活性，是评估战场复杂电磁环境行之有效的方法。通过对复杂电磁环境组成的研究，提出层次分析法对复杂电磁环境复杂程度建立评价模型，进行定性与定量相结合的综合评价。

1 电磁环境的基本概念和意义

电磁环境，通常是指存在于给定场所电磁现象的总和。战场电磁环境，则是指一定的战场空间内对作战有影响的电磁活动和现象的总和，也就是在一定的战场空间内，由空域、时域、频域、能量上分布的数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交迭的电磁信号构成的电磁环境，也可说复杂电磁环境可以理解为，敌我双方所在的电磁空间冲突、对抗剧烈的战场电磁环境。

随着信息化进程的加快，电磁环境日益复杂，电磁空间的斗争空前加剧，由于大量电子信息装备应用于作战，使得战争的每一个进程几乎都离不开电子信息装备，从而造就了复杂的战场电磁环境。冲突、对抗剧烈、复杂的战场电磁环境反过来又影响了电子信息装备的作战性能，造成战场感知迷茫、指挥控制紊乱、通信联络中断、行动效能失控，对整个战争产生了重大影响。可以看到，电磁环境至始至终影响着战争的各个方面，对军事活动产生着深刻的影响，所以电磁环境是战场环境中更为重要的组成部分。

2 电磁环境的基本组成

在战场上产生电磁辐射的设备都可视为辐射电磁源，包括诸多电子设备，特别是无线电通信、侦察等设备，通过天线或其它方式把电能转换为电磁能，然后向外发射完成电磁波辐射。电磁辐射源通常分为自然电磁辐射源和人为电磁辐射源，其电磁波辐射分别称为自然因素辐射和人为因素辐射。

根据战场电磁环境的性质和形成机理，一般认为战场电磁环境分为人为因素电磁辐射、自然因素电磁辐射和辐射传输因素3个部分组成，如图1所示。

图1 复杂电磁环境构成Fig.1 The composition of the complex electromagnetic environment

3 电磁环境复杂性分析

3.1 复杂程度衡量指标

影响现代战场电磁复杂程度等级的因素有很多，通过对复杂带那次环境构成的分析，主要从人为因素辐射的角度，考虑有意辐射和无意辐射的问题。其中通信与雷达辐射占辐射源的主导地位，因此本文中采用层次分析法，将通信电磁辐射、雷达电磁辐射与干扰源作为衡量电磁环境复杂度的指标，做出电磁环境复杂程度分级。

3.2 层次分析法构建评价模型

应用层次分析法对电磁环境复杂程度的等级进行评价，方法是将复杂程度等级作为目标层，将雷达电磁辐射、通信电磁辐射与干扰因素作为规则层构，将军用、民用、无意电磁辐射和多种常见干扰样式作为指标层建评价模型，如图2所示。

图2 战场电磁环境递阶层次结构Fig.2 Class hierarchy of the complex electromagnetic environment

3.2.1 计算权向量，进行一致性检验

1)计算递阶模型各层次元素的权值

选择一种判断标度，计算规则层元素对目标层元素、指标层元素对规则层元素的相对权值，得到底层元素相对于目标层的组合权值。

常用的是参照层次分析法的1—9标度法，对各因素的重要程度按1—9赋值，重要性标度值如下：1表示表示两个元素相比，具有同等重要性；3表示两个元素相比，前者比后者稍重要；5表示两个元素相比，前者比后者明显重要；7表示两个元素相比，前者比后者强烈重要；9表示两个元素相比，前者比后者极端重要；2，4，6，8表示上述判断的中间值。

2)检验判断矩阵的一致性

根据标度方法构造的权值矩阵只有满足一致性要求，才能保证基于层次分析法得出的结论合理。计算一致性指标C.I.(consistency index)的计算公式为：

式中，λmax为权值矩阵的最大特征根；n为矩阵维数

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

式中，R.I.为平均一致性指标

只有当一致性比例满足小于0.10的要求，可以认为判断矩阵具有的一致性满意，否则需要调整判断矩阵。

3.2.2 计算组合权重，确定环境复杂程度

1）确定系统熵

以评价矩阵R(rij)作为研究系统，H(i)为系统中第i个评价因素的熵值，可表示为：

式中，n为系统评语数，rij满足，且规定，当rij=0时，H(i)等于零。

2)确定熵权

第i个指标的熵权可表示为：

式中H(i)表示第i个指标的熵值，m表示指标数[10]。

同理,通过式(4)可以求出其他指标对应的权重,这样就得到了基于熵权的评价指标权重向量:W=(w1，w2,…，wm)。

3)计算组合权重，并确定环境等级

电磁环境的复杂程度的评估可以转换为12个底层参量的评估，即(C1，C2，…，C12）的检测数据，在此将战场电磁环境复杂程度的评估准则分为4层。电磁环境复杂度评估的目的就是要让从某一特定时空范畴内所收集的数据经过某种方法的计算综合，得出一种定性的描述，如复杂、平静、嘈杂等。最终可以确定战场电磁环境的4项评估标准的数值，其计算公式为：

根据4个评估准则的最大值，可将战场电磁环境复杂程度划分为5个等级，等级界定如表1所示。

3.2.3 综合评价

基于层次分析法对电磁环境复杂度评价，如图3所示。

表1 电磁环境复杂程度评定范围Tab.1 Complexity evaluation scope of the complex electromagnetic environment

图3 层次分析法计算流程Fig.3 Calculation process of analytic hierarchy process

4 结论

随着电子技术的飞速发展，战场电磁环境日趋复杂，我们要充分认识、高度关注战场复杂电磁环境，并进行深入研究如何有效地对战场的电磁环境效应，做出较为准确的评估是非常必要的。弄清其本质规律与影响，提高驾驭复杂电磁环境的能力。

本文只针对其一般规律展开讨论，但由于电磁环境复杂程度的衡量标准是一致的，评价范围标准具有普遍指导意义。但在目标的层次结构建模选择上，不同的分析人员会有不同的评估结果，如何将众多的评估结果综合起来，并应用相关的数学理论以确保适当的评估精度，将是进一步深入研究的内容。

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