运用云重心评价法的目标电磁环境复杂度评估*

代强伟　薛　磊　李修和

(电子工程学院　合肥　230037)



运用云重心评价法的目标电磁环境复杂度评估*

代强伟薛磊李修和

(电子工程学院合肥230037)

摘要论文研究电子目标环境复杂度度量问题。首先是复杂度评估指标的选取，继而建立各个评估指标的模型，最后将云重心评价法应用于电磁环境复杂度评估。 复杂度评估指标包括电磁信号类型样式、时间重合度、频率重合度、方向重合度、背景信号强度、电磁信号密度六个方面。算例和分析结论表明云重心评价法在评估目标电磁环境复杂度上适用。

关键词电磁环境复杂度; 云重心评价法; 评估

Class NumberTP18

1引言

由于信息技术的飞速发展，在当今的社会条件下，人们大量使用各种电子设备，很多电子设备体制复杂，种类多，功率大，覆盖频域宽，所包含的电磁活动非常广泛，造成空间电磁信号密集，电磁信号环境复杂。电磁环境复杂度是度量电磁环境复杂特性的重要指标，对研究电磁环境分类分级、战场电磁分析及电子装备部署与电磁协同均有着重要的指导作用和参考价值。所以对电磁环境复杂度的研究是必要的。

云重心评价法是一种用于处理不确定性和含糊性知识的评估方法，可实现概念与数据之间的相互转换的一种定性与定量相结合的方法。云模型具有宏观精确微观模糊、宏观可控微观不可控的特点，可以减少数据量化的困难，较好地对复杂系统和问题进行科学评估。本文给出了电磁环境复杂度评估的主要指标，并逐一地对其进行了详细地分析，然后引入云重心评价法，定量地评估电磁环境复杂度。

2电磁环境复杂度评估指标集

电磁环境复杂度在对象上有所区分，分为电子目标环境的复杂度和干扰环境的复杂度。电子目标环境复杂度是用频装备所处的环境电磁复杂度，这个环境是已有的外部电磁环境的，具有客观性。而干扰环境复杂度是干扰装备所生成，具有主观性。传统的“四域”方法只考虑了辐射源辐射所构成的环境，并且之前人们所做的研究往往没有对复杂度进行区分，指标模型选取建立不具有针对性。本文将二者区别对待，针对电子目标环境复杂度评估展开研究，建立合理的指标。

2.1电子目标电磁环境评估指标模型

1) 电磁信号类型样式

在一定的空间里，辐射源种类数量越多，信号调制方式越繁杂，则对电子设备影响越大，电磁环境越复杂。假设用频设备在正常的情况下可识别信号样式数量K1，最大可识别信号样式数量Kmax，K表示当前空间内信号样式数量，则信号类型样式复杂度可用下列模型：

(1)

2) 时间重合度

时间重合度反映出用频设备的工作时间与干扰设备工作时间的重叠度，只有在有时间重合的情况下才会对电子目标产生效果。

3) 频率重合度

频率重合度反映了电子设备与电磁环境中的信号频率的重合程度，也体现出电磁信号环境对装备的影响程度，频率重合度模型如下：

(2)

式中：U(X)为阶跃函数;Δfr、fmax和fmin由下式得出

Δfr=frmax-frmin

(3)

fmax=min[frmax,fjmax]

(4)

fmin=max[frmin,fjmin]

(5)

frmax为装备接收机带宽的上限;frmin为装备接收机带宽的下限;fjmax为辐射源信号带宽的上限;fjmin为辐射源带宽的下限。

4) 方向重合度

方向重合度反映用频装备和电磁信号辐射源的方位关系，方向重合度越高则电磁环境复杂度越高。方向重合度模型：

(6)

Gr为用频装备接收天线在目标方向上的接收增益;Grj(θ)为用频装备在辐射源信号方向上的增益。

5) 背景信号强度

背景信号指装备在战场空间中所接收到的各种电磁信号电平的平均值，背景信号种类越多，平均电平越高，则环境复杂度越高。背景信号强度模型。

(7)

式中En为背景信号的平均电平，S0为产生干扰的电磁环境的信号功率密度谱的最小值即电磁环境门限。

6) 电磁信号密度

电磁信号密度是指在一定的战场空间，一定的频段范围，装备所接收到的电磁信号的数量，可用系数Kρ来反映电磁环境复杂度。

(8)

其中ρ1为电磁环境信号密度，ρ为装备对电磁环境所能承受的信号密度。

2.2云重心评价法的方法步骤

云的数字特征用期望值Ex、熵En和超熵He来表征。其中Ex是云的重心位置，标定了相应的模糊概念的中心值;En是概念模糊度的度量，其大小反映了在论域中可被模糊概念接受的元素数;He是云厚度的度量，是整个云厚度的最大值，反映了云的离散程度。

Step 1求各指标的云模型表示

在给出的指标集中，提取n组样品组成决策矩阵，n个精确数值型的指标用一个云模型来表示，即

Ex=(Ex1+Ex2+…+Exn)/n

(9)

En=(max(Ex1,Ex2,…,Exn)

-min(Ex1,Ex2,…,Exn))/6

(10)

式中Ex1，Ex2，…，、Exn分别为每个精确数值性指标的期望。同时，每个语言值型的指标都可以用一个云模型来表示，n个语言值(云模型)表示的一个指标就可以用一个一维综合云来表征，即

(11)

式中En1,En2,… ,Enn分别为各个语言值(云模型)的熵。

Step 3确定各指标的权重wj

确定权重的方法较多，有专家打分法、德尔菲法、AHP法、环比法和区间估计法等。

Step 4用加权偏离度来衡量云重心的改变

(12)

经过归一化之后，把各指标归一化之后的向量值乘以其权重值，再相加，取平均值后得到加权偏离度θ(0≤θ≤1)值

(13)

Step 5用云模型实现评测的评语集

采用由 11 个评语所组成的评语集V={v1,v2,…,v11}={Vt|t=1,2,…,11}(无，非常小，很小，较小，小，一般，大，较大，很大，非常大，极大)，构成1个定性评测的云发生器，如图1所示。

图1　定性评测曲线

3实例分析

假设针对某用频设备，对其所处的电磁环境复杂度做出评估。六个评估指标分别为D1，D2，D3，D4，D5，D6。

1) 首先用专家评估的方法，结合评估指标模型以及实验所采的数据进行评估，结果如表1所示。

表1　实验评估数据

2) 把语言值用相应三个数字特征(Ex、En、He)来表征，Ex、En的值可作为表1的定量表示值。

3) 根据式(1)和式(2)求各指标云模型的期望值、熵，结果如表1所示。

4) 用层次分析法确定权重wj=(0.196，0.046，0.071，0.323，0.116，0.247)。

5) 用加权偏离度来衡量云重心的改变。

6) 维加权综合云的重心向量为(0.03868，0.03456，0.05427，0.05338，0.03163，0.04381)，理想状态加权综合云的重心向量为(0.0059，0.0060，0.0063，0.0065，0.0060，0.0062)，归一化后分别为(0.8461，0.8260，0.8823，0.8955，0.8095，0.8571)(0，0，0，0，0，0)。由式(5)计算θ=0.8410，将其输入评测云发生器之后，将激活“很大”和“非常大”两个云对象.因为二者的激活程度相差较小，所以根据定性表示可用“介于很大和非常大之间”来说明。

4结语

本文利用云重心评价法，建立评估模型，着力解决电子目标电磁环境复杂度评估这一难以定量分析的问题，模型将专家经验有效化，实现了主观与客观的统一。但这一方法同样存在不足，如何确保准确度是一个难以把握的问题，指标的提出和细化以及选取都将是下一步亟待研究的问题。

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收稿日期：2016年1月11日,修回日期：2016年2月26日

基金项目：装备预研基金重点项目(编号：9140A33020112JB39085)资助。

作者简介：代强伟，男，硕士研究生，研究方向：战场电磁环境建模仿真。薛磊，男，教授，研究方向：通信对抗。李修和，男，教授，研究方向：战场电磁环境建模仿真。

中图分类号TP18

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.07.039

Complexity Evaluation of Target Electromagnetic Environment with Cloud Gravity Center Evaluation Method

DAI QiangweiXUE LeiLI Xiuhe

(Electronic Engineering Institute, Hefei230037)

AbstractThis paper aims to study how to measure the complexity of electronic target environment. The index for complexity evaluation then models for each evaluation index are established, and finally cloud centroid evaluation method is applied to evaluation of electromagnetic environment complexity. The evaluation indexes for complexity include electromagnetic signal style, the frequency of coincidence, the direction of coincidence, the background signal strength and electromagnetic signal density. Calculation and analysis results indicate that the cloud centroid evaluation method is applied on an assessment of battlefield electromagnetic environment complexity.

Key Wordscomplexity of electromagnetic environment, cloud centroid evaluation method, evaluation