定量評估電磁環(huán)境復雜度新方案
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
采用脈沖密度描述電磁環(huán)境無(wú)論在實(shí)際應用中還是在理論上都存在較大的爭議[4]。爭議主要在于:(1)單純強調外界高的脈沖密度對衡量系統的能力沒(méi)有太大的意義;(2)脈沖密度相同不能表示同樣復雜的信號環(huán)境;(3)脈沖密度本身缺乏一個(gè)公認的可測量的定義。
頻譜占用度也不是科學(xué)的評價(jià)指標,相等的頻譜占用度并不能表征電磁環(huán)境的復雜度相當。
另外,電磁環(huán)境的復雜度是有針對性的。相同的電磁環(huán)境對此類(lèi)用戶(hù)而言甚為復雜,但對于其他類(lèi)型的用戶(hù)又可能相當簡(jiǎn)單。所以復雜度的定義需針對具體的應用,考慮多種因素,以得到一個(gè)綜合的電磁環(huán)境評價(jià)指標。
本文針對跳頻信號的偵察、分選,提出了“復合信息熵”的定量評估指標,該指標綜合考慮電磁環(huán)境中的信號類(lèi)型數、跳頻信號數目、跳速和信道分布情況。該熵值越大,代表電磁環(huán)境復雜度越高,跳頻信號的分選工作將更加困難。
1 “復合信息熵”的定義
對于跳頻信號分選,我們希望復雜電磁環(huán)境的定義能夠遵循以下幾個(gè)原則:
(1)信號種類(lèi)(如定頻、跳頻、脈沖、掃頻信號等等)越多,電磁環(huán)境越復雜;
(2)信源數目越多,電磁環(huán)境越復雜;
(3)信號的特征變化越快(如高速跳頻),電磁環(huán)境越復雜;
(4)在信號種類(lèi)數、信源數相等的情況下,各信號在時(shí)頻平面內分布越不均勻(分布不均即頻率碰撞概率大,導致分選難度大),電磁環(huán)境越復雜。
“復合信息熵”S包含三個(gè)部分,第一部分稱(chēng)為“類(lèi)型熵”,表示為對信號類(lèi)型描述的估計,信號類(lèi)型越多,其值越大;第二部分稱(chēng)為“密度熵”,跳速越快和跳頻電臺數越多,觀(guān)測時(shí)段內hop數越多,熵值也就越大;第三部分反映了信號在時(shí)頻圖上的分布均勻程度,分布越不均勻,熵值越大。
“復合信息熵”的定義滿(mǎn)足了上文中四個(gè)原則。下面給出幾種概率的定義。
對于信號類(lèi)型,某種類(lèi)型信號的概率不好統計,一般根據經(jīng)驗值而定,不同環(huán)境不同頻段存在的用戶(hù)是不同的。本文假設每一個(gè)時(shí)刻各類(lèi)型信號均存在,即定義信號類(lèi)型概率為:
對時(shí)頻矩陣X(n,k)進(jìn)行分區,再統計各空格的有效時(shí)頻點(diǎn)數,得到直方圖如圖3所示。
圖1中的信號在觀(guān)測頻段內分布比較均勻,所以圖3中的直條分布在整個(gè)時(shí)頻面。
2.2 仿真結果
圖4為類(lèi)型熵值與信號類(lèi)型關(guān)系曲線(xiàn)。由圖可看出,信號類(lèi)型數目增多,類(lèi)型熵值增大。
圖5為密度熵值與跳速、跳頻電臺數的關(guān)系圖。圖中可見(jiàn),電臺數增多,密度熵值增大;相同的電臺數目,跳速更快熵值更大。
將圖1中信號在頻段內進(jìn)行壓縮,根據(5)、(2)式第三部分計算分布熵,得到不同分布熵如表2所示。
表2中結果表示,相同的信號類(lèi)型、信號數目,其分布的頻帶越窄,分布熵值越大。
復合熵等于類(lèi)型熵、密度熵和分布熵的加權相加,仿真結果表明了復合熵值符合上文四個(gè)原則。各熵值的權值可根據實(shí)際應用需求而定。
3 結束語(yǔ)
本文針對跳頻信號分選，定義的“復合信息嫡”實(shí)現了定量了評價(jià)電磁環(huán)境復雜度,仿真結果表明了方法的有效性。以信息熵作為電磁信號環(huán)境的一個(gè)量化指標,不僅是可行的,而且容易操作。
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