一种基于场强分布的电磁环境相似度评估方法与流程

本发明属于电磁环境重构领域，特别是基于场强分布的电磁环境相似度评估方法，用于评价重构电磁环境的有效性。

背景技术：

随着科技的发展，通信电台日益增多,信号密度增大,频段不断向高低两端扩展,新的通信体制不断涌现,传播方式呈现多样化。这就必然会形成样式繁杂、密度极大的通信信号电磁环境。这样的复杂的电磁环境会对各种电子设备和系统的效能发挥带来直接的、多方面的影响。所以，只有使电子设备和系统首先适应复杂的电磁环境才能充分发挥其自身功能。但是，有时在真实电磁环境中进行设备及系统的检测会由于空间地域等因素的限制并不易实现。因此，重构出与实际电磁环境相似的电磁环境成为尤为重要的问题。如何评价重构的电磁环境的有效性则是在电磁环境重构中的重要环节。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于场强分布的电磁环境相似度评估方法，以便利用重构的电磁环境进行设备和系统的联试，以使电子设备能在复杂的电磁环境下效能发挥，功能适应复杂的电磁环境。

本发明的目的是这样实现的,一种基于场强分布的电磁环境相似度评估方法，其特征是:它至少包括如下步骤：

步骤1：分别对实际评估区和重构评估区进行网格划分,获取实际评估区和重构评估区的场强幅值；

步骤2：以数理统计与集对分析理论为依据，给出均值对比度、标准差对比度、相关系数和联系度四个指标以及其所对应的判据；

步骤3：根据步骤2四个指标的属性分别建立转化函数；

步骤4，根据步骤3的结果，建立综合评估函数，并将综合评估函数进行归一化处理，得到电磁环境相似度评估函数；最后给出函数相应的判据。

所述的步骤1包括：

步骤101：对实际评估区域进行网格划分，并设置采样精度,将区域的长、宽、高分为n、m、k段，共有(n+1)×(m+1)×(k+1)个采样点，设采样点处场强的表示方式为e(xa,yb,zc),场强的大小可以通过测试测得,实际评估区的场强表示数列为：

步骤102：将信号源放置在重构电磁环境的信号源放置区，以此来重构实际电磁环境；与实际评估区的网格划分类似，将区域的长、宽、高分为n、m、k段，共有(n+1)×(m+1)×(k+1)个采样点，设采样点处场强的表示方式为e^*(xa,yb,zc)，场强的大小可以通过测试与仿真结合来获得，实际评估区的场强表示数列为：

所述的步骤2包括：

步骤201：设置均值对比度ε，均值对比度是重构评估区场强的均值与实际评估区场强均值的比值，

在实际评估区的场强均值表示形式为：

在重构评估区的场强均值表示形式为：

那么，均值对比度ε为：

当ε∈[0.9,1.1]时，认为重构评估区的场强均值满足重构要求；

步骤202：设置标准差对比度φ，标准差对比度是重构评估区场强数据的标准差与实际评估区场强数据的标准差的比值；实际评估区场强的标准差表示为：

重构评估区场强的标准差表示为：

标准差对比度φ表示为：

当φ∈[0.9,1.1]时，认为重构评估区的场强标准差满足重构要求；

步骤203：设置相关系数ρ，相关系数是描述相关关系的数字特征量，是对两组数据间的相关程度的分析，相关系数作为重构方法的评估参量；

当ρ∈[0.6,1]时，认为重构评估区满足重构要求；

步骤204：设置联系度ψ，联系度是将实际电磁环境仿真下的采样点的场强复制作为一个集合，将重构环境下采样点的场强幅值作为另一个集合；基于两个集合性质的差异，建立联系度的构成指标，从而判断各个方案与实际数据的联系程度；

对于特定频点的实际评估区采样点数据集合e(x,y,z)和该频点的重构评估区采样点数据集合e^*(x,y,z)来说，集合的元素为场强幅值，为了体现两个元素的联系，以相同采样点场强幅值的差值大小进行分区间表示，以此来构成联系度指标；具体方法如下：

首先给出重构评估区场强数据与实际评估区场强数据对应采样点的差值公式：

δe(xa,yb,zc)＝|e(xa,yb,zc)-e^*(xa,yb,zc)|

式中，δe(x,y,z)表示重构评估区空间中采样点的场强值与实际评估区采样数据中同位置采样点场强值的差值，单位为db；

其次，设采样点的总个数为n，针对δe(xa,yb,zc)的大小设置如下参数：

同一性区间，当δe(xa,yb,zc)∈[0,3db]时，认为重构电磁环境中采样点的场强幅值与实际数据中该点的场强幅值具有同一性，设具有同一性的采样点的数量为s；

差异性区间，当δe(xa,yb,zc)∈[3db,6db]时，认为重构电磁环境中采样点的场强幅值与实际数据中该点的场强幅值具有同一性，设具有同一性的采样点的数量为f；

对立性区间，当δe(xa,yb,zc)∈[6db,∞]时，认为重构电磁环境中采样点的场强幅值与实际数据中该点的场强幅值具有同一性，设具有同一性的采样点的数量为p；

显然，同一性点的数量、差异性点的数量和对立性点的数量之和为n，即

s+f+p＝n

我们用ψ表示联系度：

式中，s代表同一性点的数量，f代表差异性点的数量，p代表对立性点的数量，κ代表差异性不定系数，这里κ的值取0.5，λ为对立性系数，λ的值恒为-1；

ψ∈[0.7,1]范围内，认为重构评估区场强数据满足重构要求。

所述的步骤3包括：

步骤301：建立均值对比度转化函数，选用正态分布构建均值对比度的转化函数，公式如下：

其中ε的值为均值对比度，令μ和σ的值为：

则关于均值对比度ε的转化函数为：

f(ε)＝exp(-π(ε-1)²)

步骤302：建立标准差对比度转化函数，

标准差对比度φ的转化函数为：

f(φ)＝exp(-π(φ-1)²)

步骤303：建立相关系数转化函数，相关系数是描述某种相关关系的数字特征量，其取值区间为[-1,1]，相关系数等于1时，表示两者正向相关，-1表示两者负向相关，0表示两者不相关，相关系数为1时为最优值，因此建立如下转化函数：

f(ρ)＝ρ

步骤304：建立联系度转化函数，联系度是从集对理论的角度分析方案数据与测试数据的联系关系的，联系度越接近1，两集合的紧密性越强，因此建立如下转化函数：

f(ψ)＝ψ。

所述的步骤4包括：

步骤401：建立综合评估函数

基于上述步骤，得到了关于各个指标的转化函数，且每个指标的转化函数都具有同样的单调性，因此，建立综合评估函数为：

f(s)＝f(ε)+f(φ)+f(ρ)+f(ψ)

步骤402：将综合评估函数进行归一化处理，得到电磁环境相似度评估函数；

本发明的优点是:本发明通过建立综合评估函数：

f(s)＝f(ε)+f(φ)+f(ρ)+f(ψ)＝3.38

并将综合评估函数进行归一化处理，得到电磁环境相似度评估函数。

当综合评估函数的取值范围在[0.75,1]范围内时，认为重构评估区满足重构要求。综合所有指标的取值范围以及综合函数的取值范围，我们认为，该重构评估区是有效的，满足重构要求。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明:

图1所示为电磁环境重构示意图；

图2对实际评估区域进行网格划分；

图3实际电磁环境并进行网格划分；

图4重构出相似的电磁环境，将重构环境设定为平坦地区。

具体实施方式

为了说明如何评价重构电磁环境的有效性，在此先说明如何重构电磁环境。图1所示为电磁环境重构示意图。本发明评估的是在特定的频点下基于场强分布重构的电磁环境。在重构电磁环境的信号源放置区按照一定的方式放置信号源，以此来重构实际的电磁环境。

相关说明如下：

实际电磁环境：真实存在的一处电磁环境。

实际评估区域：实际区域中用于评估相似性的区域。

重构电磁环境：另一处用于电磁环境重构的区域。

重构评估区域：重构区域中用于评估相似性的区域。

在电磁环境重构中，由于实际电磁环境和重构电磁环境范围较广，所以首先往往需要划分出实际评估区域和重构区域来作为代表。所有的测试和评估在评估区域进行。接下来在评估区域进行采样设置和网格划分。通常，评估区域的网格划分与该频点下的波长有关。

评估重构电磁环境的有效性是在电磁环境重构中的重要环节。评估实际评估区和重构评估区的因素有很多，在这里我们主要关心场强幅值和频率分布。因此，本发明便提出基于场强分布的电磁环境相似度评估方法，其特征是:

它至少包括如下步骤：

步骤1：分别对实际评估区和重构评估区进行网格划分,获取实际评估区和重构评估区的场强幅值；

步骤2：以数理统计与集对分析理论为依据，给出均值对比度、标准差对比度、相关系数和联系度四个指标以及其所对应的判据；

步骤3：根据步骤2四个指标的属性分别建立转化函数；

步骤4，根据步骤3的结果，建立综合评估函数，并将综合评估函数进行归一化处理，得到电磁环境相似度评估函数；最后给出函数相应的判据。

所述的步骤1包括：

步骤101：对实际评估区域进行网格划分，并设置采样精度,将区域的长、宽、高分为n、m、k段，共有(n+1)×(m+1)×(k+1)个采样点，如图2所示。

设采样点处场强的表示方式为e(xa,yb,zc),场强的大小可以通过测试测得,实际评估区的场强表示数列为：

步骤102：将信号源放置在重构电磁环境的信号源放置区，以此来重构实际电磁环境；与实际评估区的网格划分类似，将区域的长、宽、高分为n、m、k段，共有(n+1)×(m+1)×(k+1)个采样点，设采样点处场强的表示方式为e^*(xa,yb,zc)，场强的大小可以通过测试与仿真结合来获得，实际评估区的场强表示数列为：

所述的步骤2包括：

步骤201：设置均值对比度ε，均值对比度是重构评估区场强的均值与实际评估区场强均值的比值，

在实际评估区的场强均值表示形式为：

在重构评估区的场强均值表示形式为：

那么，均值对比度ε为：

当ε∈[0.9,1.1]时，认为重构评估区的场强均值满足重构要求；

步骤202：设置标准差对比度φ，标准差对比度是重构评估区场强数据的标准差与实际评估区场强数据的标准差的比值；实际评估区场强的标准差表示为：

重构评估区场强的标准差表示为：

标准差对比度φ表示为：

当φ∈[0.9,1.1]时，认为重构评估区的场强标准差满足重构要求；

步骤203：设置相关系数ρ，相关系数是描述相关关系的数字特征量，是对两组数据间的相关程度的分析，相关系数作为重构方法的评估参量；

当ρ∈[0.6,1]时，认为重构评估区满足重构要求；

步骤204：设置联系度ψ，联系度是将实际电磁环境仿真下的采样点的场强复制作为一个集合，将重构环境下采样点的场强幅值作为另一个集合；基于两个集合性质的差异，建立联系度的构成指标，从而判断各个方案与实际数据的联系程度；

对于特定频点的实际评估区采样点数据集合e(x,y,z)和该频点的重构评估区采样点数据集合e^*(x,y,z)来说，集合的元素为场强幅值，为了体现两个元素的联系，本文以相同采样点场强幅值的差值大小进行分区间表示，以此来构成联系度指标；具体方法如下：

首先给出重构评估区场强数据与实际评估区场强数据对应采样点的差值公式：

δe(xa,yb,zc)＝|e(xa,yb,zc)-e^*(xa,yb,zc)|

式中，δe(x,y,z)表示重构评估区空间中采样点的场强值与实际评估区采样数据中同位置采样点场强值的差值，单位为db；

其次，设采样点的总个数为n，针对δe(xa,yb,zc)的大小设置如下参数：

同一性区间，当δe(xa,yb,zc)∈[0,3db]时，认为重构电磁环境中采样点的场强幅值与实际数据中该点的场强幅值具有同一性，设具有同一性的采样点的数量为s。

差异性区间，当δe(xa,yb,zc)∈[3db,6db]时，认为重构电磁环境中采样点的场强幅值与实际数据中该点的场强幅值具有同一性，设具有同一性的采样点的数量为f。

对立性区间，当δe(xa,yb,zc)∈[6db,∞]时，认为重构电磁环境中采样点的场强幅值与实际数据中该点的场强幅值具有同一性，设具有同一性的采样点的数量为p。

显然，同一性点的数量、差异性点的数量和对立性点的数量之和为n，即

s+f+p＝n

我们用ψ表示联系度：

式中，s代表同一性点的数量，f代表差异性点的数量，p代表对立性点的数量，κ代表差异性不定系数，这里κ的值取0.5，λ为对立性系数，λ的值恒为-1。

ψ∈[0.7,1]范围内，认为重构评估区场强数据满足重构要求。

步骤3中引入了转化函数的概念。

在步骤2中我们提出了四个指标，各个指标均有自身的指标属性，而且四个指标的性质不一，在表征重构区域有效性的时候并不具有统一性，导致有时我们无法单从指标的角度判断重构区域是否有效。

为了解决这一问题，下面针对每个指标建立关于该指标的转化函数，构建的目的为是当指标取最优值时，转化函数具有最大值。最后将各个指标的转化函数相加，得到关于四个指标的综合评估函数，便可用该函数作为相似性评估的计算公式来评估重构方案。

所述的步骤3包括：

步骤301：建立均值对比度转化函数，选用正态分布构建均值对比度的转化函数，公式如下：

其中ε的值为均值对比度，令μ和σ的值为：

则关于均值对比度ε的转化函数为：

f(ε)＝exp(-π(ε-1)²)

步骤302：建立标准差对比度转化函数，

标准差对比度φ的转化函数为：

f(φ)＝exp(-π(φ-1)²)

步骤303：建立相关系数转化函数，相关系数是描述某种相关关系的数字特征量，其取值区间为[-1,1]，相关系数等于1时，表示两者正向相关，-1表示两者负向相关，0表示两者不相关，相关系数为1时为最优值，因此建立如下转化函数：

f(ρ)＝ρ

步骤304：建立联系度转化函数，联系度是从集对理论的角度分析方案数据与测试数据的联系关系的，联系度越接近1，两集合的紧密性越强，因此建立如下转化函数：

f(ψ)＝ψ

所述的步骤4包括：

步骤401：建立综合评估函数

基于上述步骤，得到了关于各个指标的转化函数，且每个指标的转化函数都具有同样的单调性，因此，建立综合评估函数为：

f(s)＝f(ε)+f(φ)+f(ρ)+f(ψ)

步骤402：将综合评估函数进行归一化处理，得到电磁环境相似度评估函数：

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

如图3所示，选取典型山区作为实际电磁环境并进行网格划分，网格划分单位为1km，发射天线距离地面高度为488m，发射频率为30mhz，发射位置在如图3所示的(-3,2)处，在图3中标记的采样点用测量与仿真结合的方式获取采样点的场强值如表1所示。

实测结果如下：

表1

如图4所示，为了重构出相似的电磁环境，我们将重构环境设定为平坦地区。同样将平坦地区进行网格划分，网格单位为1km。与实际电磁环境相似，将发射天线的位置放在图4中(-3,2)处,设定发射天线的频率为20mhz，离地面的高度为50m，

经过仿真计算，获取采样点处重构场强结果。重构结果如表2所示：

表2

接下来计算各个指标，并与判据进行比较。

1、计算均值对比度ε.

在实际评估区的场强均值表示形式为：

在重构评估区的场强均值表示形式为：

那么，均值对比度ε为：

当ε∈[0.9,1.1]时，认为重构评估区的场强均值满足重构要求。从均值对比度的角度看，该重构评估区的场强均值满足重构的要求。2、计算标准差对比度φ。

实际评估区场强的标准差表示为：

重构评估区场强的标准差表示为：

标准差对比度φ表示为：

当φ∈[0.9,1.1]时，认为重构评估区场强的标准差满足重构要求。因此，从标准差对比度的角度，该重构评估区满足重构要求。

3、计算相关系数ρ

当ρ∈[0.6,1]时，认为重构评估区满足重构要求。因此，从相关系数的角度，该重构评估区与实际评估区相关，满足重构要求。

4、计算联系度ψ

计算实际场强值与重构区域获取得到的场强值得差值。列表如下：

采样点总个数为24.

场强差值在[0,3db]范围内的点数s＝19

场强差值在[3,6db]范围内的点数f＝2

场强差值在[6db,∞]范围内的点数p＝3

计算联系度：

当联系度在[0.7,1]范围内时，重构区域满足重构要求。因此，从联系度的角度看，此重构区域满足重构要求。

计算相应的转化函数

1、建立均值对比度转化函数为：

f(ε)＝exp(-π(ε-1)²)＝0.99

2、建立标准差对比度转化函数为：

f(φ)＝exp(-π(φ-1)²)＝0.99

3、建立相关系数转化函数为：

f(ρ)＝ρ＝0.73

4、建立联系度转化函数为：

f(ψ)＝ψ＝0.71

综合评估

1、建立综合评估函数为：

f(s)＝f(ε)+f(φ)+f(ρ)+f(ψ)＝3.38

2、将综合评估函数进行归一化处理，得到电磁环境相似度评估函数。

当综合评估函数的取值范围在[0.75,1]范围内时，认为重构评估区满足重构要求。

综合所有指标的取值范围以及综合函数的取值范围，我们认为，该重构评估区是有效的，满足重构要求。