基于时频空能量调制域分析的电磁环境复杂度评估方法与流程

1.本发明涉及一种电磁环境复杂度评估方法，具体涉及基于时频空能量调制域分析的电磁环境复杂度评估方法。


背景技术：

2.电磁环境是存在于给定场所的所有电磁现象的总和。随着信息化时代，电子技术和电子战设备大量应用，任何民用、军事行动都处在一定的电磁环境中，其地位作用与地形、气象、水文等传统环境要素同等重要，而且日趋突出，但电磁环境是一种无形的环境，并且呈现出动态多样性的特征；尤其是敌对双方日趋激烈的电磁对抗行动，更加剧了战场电磁环境的复杂性。因此，针对战场电磁环境复杂程度的定性定量研究，是当前复杂电磁环境研究面临的重点。
3.对于工作在同一电磁环境中不同电子信息系统所产生的效应也是完全不同的，即电磁环境的复杂度具有明显的相对性。对于特定的电子信息系统，有针对性地获取电磁环境要素，进而评估该系统所处的电磁环境复杂度，须获取影响电子信息系统的电磁环境要素，这就需要研制对应的量测设备或系统。影响电子信息系统的电磁环境要素可归纳为时域、频域、能量域和极化域信息，如何客观评估电磁环境对电子信息系统的影响，目前，国内外少有该领域的研究，国内外研究成果多见于基础电磁环境信息—如功率谱密度的研究，进而进行电磁环境评估。那么，获取影响电子信息系统的电磁环境要素所需的基础条件是什么，以及如何获取影响电子信息系统的电磁环境要素，迄今成果少见，而这恰恰是掌握电磁环境复杂特性和及其对装备影响评估的重要基础。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是目前，对电磁环境复杂度评估指标的选取存在着较大争议，先后提出了信号强度、频率占用度、频率重合度、电磁设备抗干扰度等度量指标。但在实际应用中，应充分考虑选取的度量指标的可操作性，目的在于提供基于时频空能量调制域分析的电磁环境复杂度评估方法，解决上述的问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：基于时频空能量调制域分析的电磁环境复杂度评估方法，所述方法包括如下步骤：s1：通过对功率密度、复杂电磁环境的信号持续时间、频率覆盖范围、空间覆盖范围、信号密度和信号样式对电磁环境复杂度进行指标评估；s2：通过步骤s1产生的评估指标完成对电磁环境在时域特征、空域特征、频域特征和能量域特征四个纬度的表征模型建模；s3：针对建模后的时域特征、空域特征、频域特征和能量域特征模型分别对应建立时间占有度指标、空域覆盖率指标、频谱占用度指标和能域平均功率密度谱指标，分析对时域、空域、频域的占用度；
s4：通过复杂度评价公式对电磁环境复杂度进行数值指标量化，并根据量化指标建立电磁环境复杂度等级。
6.近年来，有很多学者尝试从不同方面来定量分析战场电磁环境复杂度。但国内的研究重点集中在两个方面：电磁环境监测仪器或电磁环境复杂度评估方法，而将两者结合起来对电磁环境复杂度进行实时评估的研究却很少。
7.电磁辐射的能量是以电磁波的形式传播到空间的，复杂电磁环境就是各种电磁活动的电磁波在时间、空间、频谱和能量分布变化情况的一种综合反映。目前，对电磁环境复杂度评估指标的选取存在着较大争议，先后提出了信号强度、频率占用度、频率重合度、电磁设备抗干扰度等度量指标。但在实际应用中，应充分考虑选取的度量指标的可操作性。
8.磁环境是复杂且动态多变的，其中的单一因素都不可能永远独立存在并单独发挥作用，研究战场电磁环境不可以只考虑其中某些方面而忽视了其他要素。例如既要研究通信电磁环境，又要研究雷达和光电等电磁环境；既要研究电磁信号的时域特征，又要对频域、空域和能量域特征进行分析，缺少了任何一方面，都不能完整的反映客观存在的战场电磁环境。
9.进一步地，所述步骤s2中时域特征表征为在一定作战空间和频率范围内，信号强度随时间的变化规律，可以由平均功率密度表示：式中： 为时变功率密度谱，r为作战空间中某一点，t为某一时刻，f为频率，为作战空间，f1为频率范围内最低频率，f2为频率范围内最高频率。
10.进一步地，所述步骤s2中空域特征表示为在一定时间范围和频率范围内，任何一点r处的信号强度，可以用平均功率密度表示：式中： 为时变功率密度谱，r为作战空间中某一点，t为某一时刻，f为频率，f1为频率范围内最低频率，f2为频率范围内最高频率，t1为开始时间，t2为结束时间。
11.进一步地，所述步骤s2中的频域特征表示各种战场电磁辐射所占用频谱的总体状态，表示为在一定作战空间 和时间范围内不同频率处的信号平均功率谱：式中： 为时变功率密度谱， 为作战空间，t1为开始时间，t2为结束时间。
12.进一步地，所述步骤s2中的能域特征表示电磁信号功率强弱的变化情况，用场强表示，通过图形、表格或数据的形式，给出特定区域、特定时间段、特定频谱范围内的信号强度分布规律，在一定作战空间 、时间范围、频率范围内信号强度可以表示为：
式中：为时变功率密度谱；为作战空间； f1为频率范围内最低频率，f2为频率范围内最高频率，t1为开始时间，t2为结束时间。
13.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本发明基于时频空能量调制域分析的电磁环境复杂度评估方法，本发明基于监测可得到信息，取电磁辐射源时域分布、电磁辐射源频域分布、电磁信号空域分布等作为战场电磁环境复杂度的度量指标。将复杂的电磁环境简化，从而形成复杂电磁环境中作战的决策依据。
具体实施方式
14.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
15.本发明基于时频空能量调制域分析的电磁环境复杂度评估方法，基于时频空能量调制域定量分析电磁环境复杂度的评估方法主要涉及的关键技术是复杂电磁环境复杂度评估的指标体系的构建。战场电磁环境的一般复杂性是用来定量描述特定战场上客观的、共同的、宏观的战场电磁环境特征，它有助于指挥员宏观地了解和掌控整个战场的电磁态势，并对战场电磁环境的复杂性进行一个初步的估计。复杂电磁环境的特点包括空间范围广阔、时间分布随机、频率拥挤重叠、能力分布不均、信号密度高、信号样式复杂、对抗激烈、环境动态变化。对于电磁环境复杂度评估指标体系主要从以下几个指标进行评估，如表1所示。
16.表1 复杂电磁环境复杂度评估指标通过对以上指标的评估完成对电磁环境在时、空、频、能四个纬度的表征模型建模。
[0017] 1）时域特征表征建模时域特征表示电磁辐射信号随时间变化情况，表现为电磁辐射信号随时间序列的分布状态，通常可用单位时间内超过一定强度的信号密度等参数来表示。因此，时域特征表征为在一定作战空间 和频率范围内，信号强度随时间的变化规律，可以由平均功率密度表示：
式中：为时变功率密度谱，r为作战空间中某一点，t为某一时刻，f为频率，为作战空间。
[0018] 2）空域特征表征建模空域特征表示电磁辐射在不同空（地）域的分布情况和电磁信号随空间的变化情况，采用对应于具体位置的电磁信号功率密度谱严格表示。因此，空域特征可表示为在一定时间范围和频率范围内，任何一点r处的信号强度，可以用平均功率密度表示： 3）频域特征表征建模频域特征表示各种战场电磁辐射所占用频谱的总体状态，看表示为在一定作战空间 和时间范围内不同频率处的信号平均功率谱： 4）能量域特征表征建模能域特征表示电磁信号功率强弱的变化情况，通常用场强表示，它通过图形、表格或数据的形式，给出特定区域、特定时间段、特定频谱范围内的信号强度分布规律。在一定作战空间、时间范围和频率范围内，信号强度可以表示为：从战场电磁环境在“四域”上的整体表现入手，对其进行客观的、共同的、宏观的量化描述，从“客观环境”的角度评估整体复杂性，称为电磁环境复杂度评估。
[0019]
实施例二本实施例在实施例一的基础上，对四域表征”特性对应的“四域特性”评估指标包括时间占有度、空间覆盖率、频谱占有度、能域平均功率谱密度。下面分别给出这四个指标的定义及指标的表达式进行进一步的说明。
[0020]
1）时间占有度指标建模时间占有度可以定义为在一定空间 和频率范围内，电磁环境的功率密度谱的平均值超过指定的电磁环境门限所占用的时间长度与作战时间段的比值。其表达式为：将时域特征函数表达式代入上式，可简化为：式中：u为单位阶跃函数，是为了定义大于门限的时间范围从而简化计算，为时域特征函数， 为电磁环境门限。
[0021]
2）空域覆盖率指标建模在一定时间范围和频率范围内，电磁环境的功率密度谱的平均值超
过指定的电磁环境门限 所占用的空间范围与作战空间范围 的比值称为空间覆盖率，表示为：将空域表征函数表达式代入上式，可简化为：式中， 为空域特征函数。
[0022]
3）频谱占用度指标建模在一定作战空间 和时间范围内，电磁环境的信号功率密度谱的平均值超过指定的环境电平门限 所占用的频带与作战用频范围的比值称为频谱占用度，表示为：将频域表征函数表达式代入上式，可简化为：式中， 为频率特征函数。
[0023]
4）能域平均功率密度谱指标建模在一定时间、空间范围 和频率范围内，电磁环境的信号功率密度谱的平均值称为平均功率谱密度，表示为：基于上面给出的电磁环境复杂性评估指标，综合分析这些指标与复杂程度的关系可知，时域、空域、频域的占用度越大，冲突越大，电磁环境的复杂程度越高。因此，可构建复杂度值度量公式如下：另外需考虑的是，在评价电磁环境复杂度过程中，可能会出现复杂度值c很小但平均功率谱密度谱很大的情况。如部分电磁环境可能在某一维（时域或频域）高度集中，像电磁脉冲在时域高度集中，窄带强干扰在频域高度集中，这一类电磁环境如果只从时域、频域、空域的冲突来考虑是不够的，必须考虑功率的影响。因此在判断电磁环境复杂度等级时，增加了平均功率密度谱的“或”关系条件，战场电磁环境复杂度等级判定如下表2所示。
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表2 战场复杂电磁环境复杂度评价以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。