周國祥,戴浩, 劉兵, 周亞民

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報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能評估

周國祥,戴浩, 劉兵, 周亞民

(海軍蚌埠士官學(xué)校三系, 安徽蚌埠, 233012)

評估報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能, 對于干擾環(huán)境下科學(xué)制定報務(wù)計劃、優(yōu)化和提升報務(wù)系統(tǒng)各項抗干擾通信指標(biāo)等具有重要意義。報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能評估涉及大量難以量化的因素, 且因素間存在多重相關(guān)性。建立了報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能評估模型, 運(yùn)用主成分分析法將相關(guān)性很高的變量轉(zhuǎn)化成彼此獨(dú)立或不相關(guān)的變量, 并對該模型的多項指標(biāo)進(jìn)行綜合聚集。計算結(jié)果表明, 利用主成分分析進(jìn)行報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能評估是有效可行的。

報務(wù)系統(tǒng); 抗干擾通信; 效能評估; 主成分分析

無線電報務(wù)是保障部隊作戰(zhàn)指揮的主要通信方式, 是現(xiàn)代海戰(zhàn)中通信系統(tǒng)的一部分, 其目標(biāo)是使部隊在合成作戰(zhàn)環(huán)境中達(dá)到高度的信息互通, 從而使戰(zhàn)斗部隊獲得信息優(yōu)勢。同時, 報務(wù)系統(tǒng)也是敵方實施偵察、干擾的重要目標(biāo)。對報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能進(jìn)行評估, 對于干擾環(huán)境下科學(xué)制定報務(wù)計劃、優(yōu)化和提升報務(wù)系統(tǒng)各項抗干擾通信指標(biāo)具有重要意義。目前, 對無線電報務(wù)方面的研究主要集中在莫爾斯報務(wù)信號的檢測和識別、報務(wù)訓(xùn)練系統(tǒng)開發(fā)、報務(wù)訓(xùn)練組織等方面, 對報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能評估方面的研究較少, 缺乏具體的抗干擾通信效能評估指標(biāo)。文獻(xiàn)[1]構(gòu)建了戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)抗干擾效能評估指標(biāo)體系, 采用定性方法進(jìn)行通信網(wǎng)效能評估, 結(jié)果難免受專家主觀性影響; 文獻(xiàn)[2]提出了報務(wù)系統(tǒng)通信效能指標(biāo), 但沒有給出各指標(biāo)的量化計算方法; 文獻(xiàn)[3]采用PCA方法進(jìn)行了超短波電臺通信效能評估, 同樣沒有給出指標(biāo)的計算方法。本文針對報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信問題, 提出了效能評估指標(biāo), 給出了部分評估指標(biāo)的定量計算, 采用定量與定性相結(jié)合的方法進(jìn)行效能評估[4–5]。同時, 為了消除各指標(biāo)間的多重相關(guān)性, 采用主成分分析法(PCA)準(zhǔn)確、快速地將相關(guān)性很高的變量轉(zhuǎn)化成彼此獨(dú)立或不相關(guān)的變量, 有效降低維度, 最終達(dá)到數(shù)據(jù)化簡、揭示變量間關(guān)系和進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋的目的。

1 報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能評估指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)體系建立

電報傳遞必須迅速、準(zhǔn)確、保密和不間斷, 以適應(yīng)通信的實際需要, 因此報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能指標(biāo)關(guān)心的是在干擾環(huán)境下電報傳遞的完成情況。報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信能力, 主要取決于報務(wù)系統(tǒng)性能、抗干擾戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用水平、裝備保障能力、戰(zhàn)場電磁環(huán)境以及報務(wù)員技能5個方面, 如果詳細(xì)考慮各方面指標(biāo), 所涉及的指標(biāo)非常多, 雖然這些指標(biāo)多少都會對報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能產(chǎn)生一定影響。若對其均一考評, 則會使得對系統(tǒng)的抗干擾效能評估成為一項極其復(fù)雜的過程。因此, 在報務(wù)系統(tǒng)性能方面選擇電報傳輸能力、接收點(diǎn)場強(qiáng)、詞匯清晰度及抗干擾能力4個指標(biāo), 而將抗干擾戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用水平、裝備保障能力、戰(zhàn)場電磁環(huán)境以及報務(wù)員技能4個方面作為綜合性指標(biāo)。依據(jù)上述分析, 構(gòu)建了報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能評估指標(biāo)體系(圖1)。

圖1 報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能評估指標(biāo)體系

1.2 指標(biāo)計算方法

電報傳輸能力是指發(fā)信臺站在一定工作模式、功率、效率等技術(shù)參數(shù)條件下發(fā)送定量報文的能力,用傳輸速率進(jìn)行度量。在進(jìn)制下, 設(shè)信息速率為b, 碼元速率為, 則有。

在已知發(fā)射機(jī)功率T, 發(fā)射天線增益T, 則在計算出電路的基本傳輸損耗b后, 即可計算出接收點(diǎn)的場強(qiáng)。由天線理論可知, 接收功率R等于來波的功率流密度和接收天線有效面積e的乘積, 即, 其中:為接收點(diǎn)場強(qiáng)的有效值,R為接收天線增益。接收功率又可寫成, 由以上兩式求出接收點(diǎn)的接收場強(qiáng)。若以分貝表示, 則。

詞匯清晰度是報務(wù)系統(tǒng)所傳輸?shù)脑捯粜畔⒛鼙粺o誤接收的非相關(guān)詞匯的比例。首先, 計算通信接收機(jī)接收到的功率信干比。, 式中:j為干擾機(jī)發(fā)射功率;j為干擾機(jī)天線最大增益;t為通信發(fā)射機(jī)功率;t為通信發(fā)射機(jī)天線最大增益;rt為通信接收機(jī)天線最大增益;rt()為通信接收機(jī)天線在干擾機(jī)方向上的接收增益;為通信發(fā)射機(jī)、干擾機(jī)對通信接收機(jī)的張角;j為干擾的極化損失, 圓極化時取j= 0.5; Δr為通信接收機(jī)帶寬; Δj為干擾信號帶寬;為通信信號傳播衰耗, 它與通信距離和傳播條件有關(guān);為干擾信號傳播衰耗, 它與干擾機(jī)到通信接收機(jī)的距離和傳播條件有關(guān)。若通信信號和干擾信號到接收機(jī)都是自由空間波傳播, 則有。對模擬通信(話音通信)系統(tǒng), 接收機(jī)解調(diào)器輸出端的信干比, 式中:為模擬通信系統(tǒng)解調(diào)器制度增益。假設(shè)機(jī)內(nèi)噪聲與干擾相比可以忽略不計, 則可計算出話音通信的詞匯清晰度。

抗干擾能力是指報務(wù)系統(tǒng)所采用的抗干擾技術(shù)和干擾識別技術(shù)[6], 消除或削弱敵方通信干擾的有害影響, 保障己方報務(wù)系統(tǒng)正常工作的能力[7]; 抗干擾戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用水平是通信指揮員運(yùn)用戰(zhàn)術(shù)方法應(yīng)對敵方對報務(wù)系統(tǒng)實施干擾的能力, 包括抗干擾組織指揮水平和戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用水平2個方面; 裝備保障能力包括裝備保障、技術(shù)保障等; 戰(zhàn)場電磁環(huán)境包括戰(zhàn)場電磁頻譜管控、電磁兼容、電磁防護(hù)等; 報務(wù)員技能包括裝備操作熟練程度、戰(zhàn)術(shù)創(chuàng)新能力、技術(shù)保障能力等。因上述5項指標(biāo)涉及因素較廣, 因此由領(lǐng)域?qū)＜乙罁?jù)實踐經(jīng)驗進(jìn)行評分。

2 主成分分析

(1) 為消除各指標(biāo)之間因為量綱不同引起的差異, 先將原始數(shù)據(jù)矩陣中元素采用Score法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理:

(2) 對標(biāo)準(zhǔn)化矩陣求樣本指標(biāo)相關(guān)矩陣:

。 (4)

(6) 計算綜合評價值:

其中, 向量的第行元素表示第個被評價對象的綜合評價值。

3 算例

應(yīng)用上述模型, 通過使用Matlab數(shù)據(jù)處理工具[8], 對6個報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能進(jìn)行評估排序。對電報傳輸能力、接收點(diǎn)場強(qiáng)、詞匯清晰度依據(jù)定量方式計算得出, 其余指標(biāo)依據(jù)專家打分, 依照好、中、差的模糊描述賦值為5, 3, 1。其原始數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 評價目標(biāo)及屬性

依據(jù)表1中原始指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣, 由(1)式得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣:

再由式(2)得樣本的指標(biāo)相關(guān)矩陣

并可計算出的特征值和方差貢獻(xiàn)率。將特征值按從大到小的順序列出，分別為1= 3.896 0,2= 2.888 2,3= 0.728 2,4= 0.360 6,5= 0.127 1,6=7= 0。根據(jù)特征值分別計算各分量的方差貢獻(xiàn)率，由公式(3)得到1= 0.487 0,2= 0.361 0,3= 0.091 0,4= 0.045 1,5= 0.015 9,6=7= 0。則可得到各分量的累積貢獻(xiàn)率1=1= 0.487 0,2=1+2= 0.848 0,3=1+2+3= 0.939 0,4=1+2+3+4= 0.984 1,5= 1,6=7= 0(表2)。

表2 R的特征值λi及方差貢獻(xiàn)率pi

用Pareto圖可直觀地顯示各主成分所引起變化的百分比情況(圖2)。

圖2 各主成分所在百分比

應(yīng)用公式(5)構(gòu)造主成分分量1,2,3, 得到:

,

。

圖3 原數(shù)據(jù)在主成分上的投影

表3 報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能綜合評價排序

上述評估結(jié)果與實際情況相符, 可為客觀的評估報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信能力提供科學(xué)依據(jù)。當(dāng)然, 由于計算的數(shù)據(jù)來源等因素, 雖不能保證結(jié)果百分之百的客觀性, 但也能說明問題。

4 結(jié)語

主成分分析法是一種科學(xué)、方便的評估方法, 采用主成分分析, 可以比較客觀地對報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信效能進(jìn)行評估, 其準(zhǔn)確率較高, 原理較簡單, 計算所得結(jié)論比較客觀。并且當(dāng)評價指標(biāo)增加時, 這種方法在處理數(shù)據(jù)、進(jìn)行有效決策方面更具優(yōu)勢, 可很快得出科學(xué)的結(jié)果。該研究對于有效評估報務(wù)系統(tǒng)抗干擾通信能力具有一定的理論意義和應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

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[6] Ling Qi, Li Tongtong. Modeling and detection of hostile jamming in spread spectrum systems [C]//IEEE Signal Processing Society SAFE 2007: Workshop on Signal Processing Applications for Public Security and Forensics. Washington: IEEE Press, 2007:1–5.

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[8] 陳桂明. MATLAB數(shù)理統(tǒng)計[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2002.

(責(zé)任編校:劉剛毅)

Effectiveness evaluation of anti-jamming communication for telegraph system

Zhou Guoxiang, Dai Hao, Liu Bing, Zhou Yamin

(Department of No. 3, Bengbu Naval Petty Officer Academy, Bengbu 233012, China)

The evaluation of the anti-jamming communication effectiveness in the telegraph system has a great significance for working out a practical telegraph-scheme and optimizing various performance indexes of anti-jamming communication. It refers to many associated factors, which are hard to quantize. The evaluation model of anti-jamming communication effectiveness in the telegraph system is established. With the application of the principal component analysis, the closely associated variables are transformed to mutually independent ones, and many performance indexes of the model are synthetically aggregated. The calculation results show that the principal component analysis is effective on the evaluation of the anti-jamming communication in the telegraph system.

telegraph system; anti-Jamming communication; effectiveness evaluation; principal component analysis

10.3969/j.issn.1672–6146.2015.02.017

TN 975

1672–6146(2015)02–0057–05

周國祥, chanjuan0924@163.com。

2014–12–17