CN103760426A - 一种基于矢量的复杂电磁环境度量***及度量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子信息***试验评估技术领域，公开一种基于矢量的复杂电磁环境度量***及度量方法，所述度量***包括：电磁环境参数采集***、电磁环境度量***，电磁环境参数采集***通过网络与电磁环境度量***相连，电磁环境参数采集***由频谱分析仪、信号测向***和***授时装置组成，所述***授时装置分别与频谱分析仪、信号测向***的时统装置相连；所述度量方法采用建立电磁环境参数数据中心、录入受试电子信息***参数、进行电磁环境复杂度计算，本发明解决了受试电子信息设备所面临电磁环境复杂度评估问题，实现了电磁环境各要素的精确测量，为电子信息***试验鉴定以及电子信息***电磁环境适应性训练提供了电磁环境设置依据。

Description

一种基于矢量的复杂电磁环境度量***及度量方法

技术领域

本发明属于电子信息***试验评估技术领域，尤其涉及用于电子信息***试验环境的评估以及电子信息***适应性训练时电磁环境评价的一种基于矢量的复杂电磁环境度量***及度量方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，各类用频设备不断增多，各种电磁辐射源数量呈指数增长，电磁环境越来越复杂。随着电子信息***向***化、综合化、网络化和一体化不断发展，电磁环境日益恶化，复杂电磁环境问题越来越成为关系社会公共安全、国防与军队建设的重要问题。人们开始逐步重视复杂电磁环境问题，并投入了大量的人力和物力进行相关研究。

在对电子信息***进行复杂电磁环境下的鉴定试验以及复杂电磁环境下电子信息***适应性训练时，均需要解决一个非常实际的问题，如何度量复杂电磁环境的问题；现在社会中还没有任何有关电磁环境复杂度度量的设备，更没有任何相关报道。仅有部分文献涉及电磁环境的评估，例如复杂电磁环境评估标准中（《合同战术训练复杂电磁环境系列标准》），充分考虑了时域、频域、能量域等复杂电磁环境所构成的必备要素，但是遗憾的是该文献没有考虑到复杂电磁环境各要素与被试电子信息***的相关度的评估，即不同的电子信息***对同样的电磁环境会有不同的响应程度。在一些学术刊物中，虽然已经开始公开进行基于相关度的复杂电磁环境评估，但是过程繁琐。

发明内容

为解决电子信息***试验、训练时所面临的复杂电磁环境评估问题，本发明提供了一种基于矢量的复杂电磁环境度量***及度量方法，通过应用该发明的研究成果，能够非常客观的鉴定电子信息***所面临电磁环境的复杂度，也为电子信息***试验、训练时复杂电磁环境的设置提供依据。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于矢量的复杂电磁环境度量***，包括：电磁环境参数采集***、电磁环境度量***，所述电磁环境参数采集***通过网络与电磁环境度量***相连，所述电磁环境参数采集***由频谱分析仪、信号测向***和***授时装置组成，所述***授时装置分别与频谱分析仪、信号测向***的时统装置相连；并且***授时装置通过频谱分析仪、信号测向***的时统，对整个数据采集***进行授时；所述电磁环境度量***由数据中心、数据计算中心和显示终端装置组成，所述数据中心通过数据线经数据计算中心与显示终端设备相连，所述数据计算中心具有将电子信息***所面临的电磁环境参数与自身设计参数进行电磁环境复杂度的相关计算，计算结果传输至输出显示终端设备，进行电磁环境复杂度显示。

一种基于矢量的复杂电磁环境度量***，所述电磁环境参数采集***通过网络为互联网，或为局域网或为GPIB接口卡或为GPIB转USB接口卡与电磁环境度量***相连。

一种基于矢量的复杂电磁环境度量***，所述数据中心由数据处理单元和磁盘阵列组成，所述数据处理单元与数据中心磁盘阵列的数据库相连；测得的参数通过网络传输到数据中心，在数据处理单元处理后存储到位于数据中心磁盘阵列的数据库中；数据库中接收、处理和存储参数测量***测得的参数为：电磁环境信号功率谱、电磁环境信号作用时间、电磁环境信号来波方位；

其中，所述数据处理单元包括：数据接收、数据筛选、数据分类和数据处理的功能模块，所述磁盘阵列上的数据库以时间为数据入库牵引，存储不同时间对应电磁环境的参数，所述磁盘阵列上的数据库包含：水平极化信号参数和垂直极化信号参数，水平极化信号参数和垂直极化信号参数，其共有的信号作用时间、信号来波方位参数，及其分别含有水平极化信号功率谱、垂直极化信号功率谱。

一种基于矢量的复杂电磁环境度量***，所述数据计算中心由受试电子信息***参数输入单元和电磁环境复杂度计算单元组成；所述受试电子信息***参数输入单元通过数据线与电磁环境复杂度计算单元相连；

所述受试电子信息***参数输入单元主要用于接收用户输入信息，存储受试***工作带宽、极化方式、***天线空间扫描规律以及预计工作时间；所述电磁环境复杂度相关计算单元将电子信息***所面临的电磁环境参数与自身设计参数进行电磁环境复杂度的相关计算。

一种基于矢量的复杂电磁环境度量***，所述显示终端设备用于显示受试电子信息***所面临的电磁环境复杂度计算结果，包括显示：电磁频谱显示、电磁信号时域显示、极坐标来波方位显示，以及电磁环境各种测量数据、参量大小、电磁环境复杂度。

一种基于矢量的复杂电磁环境度量***的度量方法，其步骤如下：

步骤一：对电磁环境参数进行数据采集，建立电磁环境参数数据中心，通过建立不同时刻的信号来波方位、水平极化功率谱、垂直极化功率谱的电磁环境参数，并存储在磁盘阵列的大型存储设备上；通过局域网络或互联网将所采集的各个参数信息传输到数据中心，数据处理后录入中心数据库中存储；

步骤二：录入受试电子信息***参数，在数据计算中心的受试电子信息***参数输入单元输入受试设备的各项参数，包括：预计受试***开机工作时间、***工作带宽、天线极化方式、天线方向图空间扫描规律以及预计工作时间；

步骤三：电磁环境复杂度计算，电磁环境参数以及受试电子信息***参数，同时通过数据线输入数据计算中心的电磁环境复杂度的计算单元计算；该计算单元依据复杂度计算规则分别计算水平极化电磁环境复杂度ρ^∥和垂直极化电磁环境复杂度ρ^⊥；然后通过矢量标图的度量方式最终确定受试电子信息***所面临的复杂电磁环境复杂度；

其步骤如下：

1）、首先计算水平极化下的相关度，

2）、然后计算垂直极化下的相关度；

3）、最后依据受试***天线的极化方式，将原先计算的水平以及垂直极化的相关度向受试天线的极化方向投影，通过矢量合成的方式得到最终电磁环境的复杂度；其具体步骤如下：

a.在时刻i时，水平极化复杂度计算规则为：

分别计算指定时刻i时，水平极化的功率谱复杂度

和来波方位引起的空间复杂度

将上述相关度信息相乘，即可得该电子信息***所面临的在i时刻水平极化复杂电磁环境相关度

公式表达为：

（1）水平极化功率谱复杂度计算：读入时刻i时，电磁环境水平极化功率谱，以及受试电子设备工作频带；带内功率除以总功率即为功率谱相关度；

公式表达为： ${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Wi}}^{//}=\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_{\mathrm{all}}}\×100\%$

式中：P_in为带内水平极化功率，P_all为电磁环境总功率；

（2）空间复杂度计算：读入时刻i时，水平极化信号来波方位

依据受试电子信息***此时天线波束的指向β，依据受试***天线方向图可得空间复杂度为：

式中：f(θ)为受试电子信息***天线工作方向图；

b.在空间复杂度的计算过程中，仅仅考虑电磁环境信号从被试***天线口面进入受试***，而不考虑信号通过电缆或者其他途径耦合进入***；

空间复杂度计算规则为:

（1）依据时刻i时，水平极化复杂度计算规则可得到水平极化复杂度

（2）同理也可得该电子信息***所面临的垂直极化复杂电磁环境相关度

（3）依据受试电子信息***天线的工作极化方式，将水平极化电磁环境相关度

与垂直极化电磁环境相关度进行矢量合成；

矢量合成的横轴X代表水平极化相关度分量，纵轴Y代表垂直极化相关度分量；矢量Z代表受试电子信息设备天线的极化工作方式；

如果受试设备工作于水平极化，则矢量Z与横轴X代表水平极化相关度分量平行；

如果垂直极化则与纵轴平行，将水平极化电磁环境相关度

与垂直极化电磁环境相关度

进行矢量合成得到

将

向矢量Z进行投影，即可得到时刻i时受试电子信息***所面临的电磁环境复杂度ρ_i；

在时域对上述计算结果进行平均，即可得最终受试电子信息***所面临的复杂电磁环境复杂度ρ，

公式表达为：

式中：N为依据受试***工作时间以及数据采样频率所得数据点数。

步骤四：终端数据显示，通过数据线，将数据处理中心计算得到的电磁环境复杂度以及测量得到的电磁环境参数输出给显示终端设备显示，供用户查询。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

本发明的一种基于矢量图的复杂电磁环境度量***及度量方法，基本解决复杂电磁环境参数采集以及度量的问题。能够有效解决受试电子信息设备所面临电磁环境复杂度评估问题。该项发明为电子信息***试验鉴定以及电子信息***电磁环境适应性训练提供了电磁环境设置依据。

本发明着重解决复杂电磁环境的度量。通过整合现有测量仪器，经过一体化设计，能够实现电磁环境各要素的精确测量。通过矢量的度量方式，充分考虑电磁环境各要素与被试电子信息***相关度，可以非常客观、科学的度量电子信息***试验、适应性训练时所面临电磁环境的复杂度。

附图说明

图1是复杂电磁环境度量***的组成方框图；

图2是复杂电磁环境度量***的数据中心的电路方框图；

图3是复杂电磁环境度量***的数据计算中心的电路方框图；

图4是复杂电磁环境度量***的工作流程图；

图5是复杂电磁环境度量计算流程图；

图6是水平极化相关度

与垂直极化相关度

进行矢量合成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步说明。

如图1、2、3所示：一种基于矢量的复杂电磁环境度量***，包括：电磁环境参数采集***、电磁环境度量***，所述电磁环境参数采集***通过网络与电磁环境度量***相连，所述电磁环境度量***由数据中心、数据计算中心和显示终端装置组成，所述数据中心通过数据线经数据计算中心与显示终端设备相连。所述电磁环境参数采集***由频谱分析仪、信号测向***和***授时装置组成，所述***授时装置分别与频谱分析仪、信号测向***的时统装置相连；并且***授时装置通过频谱分析仪、信号测向***的时统，对整个数据采集***进行授时。

所述电磁环境参数采集***将采集的：电磁环境信号功率谱、电磁环境信号作用时间、电磁环境信号来波方位等受试电子信息***所面临的电磁环境参数通过网络传输至数据中心，并储存于数据中心相对应的数据库中；所述数据中心通过数据线与数据计算中心相连，所述数据计算中心具有将电子信息***所面临的电磁环境参数与自身设计参数进行电磁环境复杂度的相关计算，计算结果传输至输出显示终端设备，进行电磁环境复杂度显示。

所述电磁环境参数采集***通过网络为互联网或局域网或通过GPIB接口卡或GPIB转USB接口卡与电磁环境度量***相连。

所述数据中心由数据处理单元和磁盘阵列组成，数据中心具有用于接收、处理和存储参数测量***测得的电磁环境参数，电磁环境的参数为：电磁环境信号功率谱、电磁环境信号作用时间、电磁环境信号来波方位；如图2所示。

其中，所述数据处理单元与数据中心磁盘阵列的数据库相连，所述数据处理单元包括：数据接收、数据筛选、数据分类和数据处理的功能模块，磁盘阵列上的数据库包含：水平极化信号参数和垂直极化信号参数，水平极化信号参数和垂直极化信号参数，其共有信号作用时间、信号来波方位参数，并且分别含有水平极化信号功率谱、垂直极化信号功率谱。

上述这些参数通过网络传输到数据中心，在数据处理单元处理后存储到位于数据中心磁盘阵列的数据库中；所述磁盘阵列上的数据库以时间为数据入库牵引，不同时间对应电磁环境的参数包括：信号来波方位、水平极化功率谱、垂直极化功率谱。

所述数据计算中心由受试电子信息***参数输入单元和电磁环境复杂度相关计算单元组成如图3所示；所述受试电子信息***参数输入单元通过数据线与电磁环境复杂度相关计算单元相连；

受试电子信息***参数输入单元主要用来接收用户输入信息，存储受试***工作带宽、极化方式、***天线空间扫描规律以及预计工作时间等；上述信息通过数据线传递给电磁环境复杂度计算单元，该单元具有将电子信息***所面临的电磁环境参数与受试电子信息***自身设计参数进行电磁环境复杂度的相关计算，最后将计算结果通过控制单元输出传输至显示终端设备，进行电磁环境复杂度显示。

所述显示终端设备主要用于显示受试电子信息***所面临的电磁环境复杂度计算结果，以及电磁环境各种测量数据，包括电磁频谱显示、电磁信号时域显示以及极坐标来波方位显示等电磁环境各要素参量大小、电磁环境复杂度。

一种基于矢量的复杂电磁环境度量***的度量方法，如图4所示，

其实施步骤如下：

步骤一：对电磁环境参数进行数据采集，建立电磁环境参数数据中心，通过建立不同时刻的信号来波方位、水平极化功率谱、垂直极化功率谱的电磁环境参数，并存储在磁盘阵列的大型存储设备上；通过局域网络或互联网将所采集的各个参数信息传输到数据中心，数据处理后录入中心数据库中存储；

数据测量时，根据复杂电磁环境度量需求，选择测试场地。由于该***仅能测试接收天线处的信号环境，所以测试场地的选择应该兼顾受试设备工作场所。电磁环境参数采集***开机自检。主要检查***授时是否正常工作。***工作正常后可开始电磁环境参数采集。由于考虑数据存储限制，数据采集时间可参考受试电子信息***工作时间进行设置。

步骤二：录入受试电子信息***参数，为了结合受试电子信息***对电磁环境复杂度进行度量，这里需要录入受试电子信息***的工作参数。在数据计算中心的受试电子信息***参数输入单元输入受试设备的各项参数，这里需要收集的参数包括：预计受试***开机工作时间、***工作带宽、天线极化方式、天线方向图空间扫描规律以及预计工作时间；

步骤三：电磁环境复杂度计算，电磁环境参数以及受试电子信息***参数，同时通过数据线输入数据计算中心的电磁环境复杂度的计算单元计算；该计算单元依据复杂度计算规则分别计算水平极化电磁环境复杂度ρ^∥和垂直极化电磁环境复杂度ρ^⊥；然后通过矢量标图的度量方式最终确定受试电子信息***所面临的复杂电磁环境复杂度；

其具体步骤如下：

1）、首先计算水平极化下的相关度，

2）、然后计算垂直极化下的相关度；

3）、最后依据受试***天线的极化方式，将原先计算的水平以及垂直极化的相关度向受试天线的极化方向投影，通过矢量合成的方式得到最终电磁环境的复杂度；其具体步骤如下：

a.在时刻i时，水平极化复杂度

计算规则为：

分别计算指定时刻i时，水平极化的功率谱复杂度

和来波方位引起的空间复杂度

将上述相关度信息相乘，即可得该电子信息***所面临的在i时刻水平极化复杂电磁环境相关度公式表达为：

（1）水平极化功率谱复杂度

计算：读入时刻i时，电磁环境水平极化功率谱，以及受试电子设备工作频带；带内功率除以总功率即为功率谱相关度；

公式表达为： ${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Wi}}^{//}=\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_{\mathrm{all}}}\×100\%$

式中：P_in为带内水平极化功率，P_all为电磁环境总功率；

（2）空间复杂度计算：读入时刻i时，水平极化信号来波方位

依据受试电子信息***此时天线波束的指向β，依据受试***天线方向图可得空间复杂度为：式中：f(θ)为受试电子信息***天线工作方向图；

b.说明：在空间复杂度的计算过程中，仅仅考虑电磁环境信号从被试***天线口面进入受试***，而不考虑信号通过电缆或者其他途径耦合进入***；

空间复杂度计算规则为:

（1）依据时刻i时，水平极化复杂度计算规则可得到水平极化复杂度

（2）同理也可得该电子信息***所面临的垂直极化复杂电磁环境相关度

（3）依据受试电子信息***天线的工作极化方式，将水平极化电磁环境相关度

与垂直极化电磁环境相关度

进行矢量合成；

矢量合成如图6所示，图中矢量合成的横轴X代表水平极化相关度分量，纵轴Y代表垂直极化相关度分量；矢量Z代表受试电子信息设备天线的极化工作方式；

如果受试设备工作于水平极化，则矢量Z与横轴X代表水平极化相关度分量平行；

如果垂直极化则与纵轴平行，将水平极化电磁环境相关度

与垂直极化电磁环境相关度

进行矢量合成得到

将向矢量Z进行投影，即可得到时刻i时受试电子信息***所面临的电磁环境复杂度ρ_i；

在时域对上述计算结果进行平均，即可得最终受试电子信息***所面临的复杂电磁环境复杂度ρ，

公式表达为：

式中：N为依据受试***工作时间以及数据采样频率所得数据点数。

步骤四：终端数据显示，通过数据线，将数据处理中心计算得到的电磁环境复杂度以及测量得到的电磁环境参数输出给显示终端设备显示，供用户查询。

Claims (6)

1.一种基于矢量的复杂电磁环境度量***，其特征在于：包括：电磁环境参数采集***、电磁环境度量***，所述电磁环境参数采集***通过网络与电磁环境度量***相连，所述电磁环境参数采集***由频谱分析仪、信号测向***和***授时装置组成，所述***授时装置分别与频谱分析仪、信号测向***的时统装置相连；并且***授时装置通过频谱分析仪、信号测向***的时统，对整个数据采集***进行授时；所述电磁环境度量***由数据中心、数据计算中心和显示终端装置组成，所述数据中心通过数据线经数据计算中心与显示终端设备相连，所述数据计算中心具有将电子信息***所面临的电磁环境参数与自身设计参数进行电磁环境复杂度的相关计算，计算结果传输至输出显示终端设备，进行电磁环境复杂度显示。 

2.根据权利要求1所述的一种基于矢量的复杂电磁环境度量***，其特征在于：所述数据中心由数据处理单元和磁盘阵列组成，所述数据处理单元与数据中心磁盘阵列的数据库相连；测得的参数通过网络传输到数据中心，在数据处理单元处理后存储到位于数据中心磁盘阵列的数据库中；数据库中接收、处理和存储参数测量***测得的参数为：电磁环境信号功率谱、电磁环境信号作用时间、电磁环境信号来波方位； 

其中，所述数据处理单元包括：数据接收、数据筛选、数据分类和数据处理的功能模块，所述磁盘阵列上的数据库以时间为数据入库牵引，存储不同时间对应电磁环境的参数，所述磁盘阵列上的数据库包含：水平极化信号参数和垂直极化信号参数，水平极化信号参数和垂直极化信号参数，其共有的信号作用时间、信号来波方位参数，及其分别含有水平极化信号功率谱、垂直极化信号功率谱。 

3.根据权利要求1所述的一种基于矢量的复杂电磁环境度量***，其特征在于：所述数据计算中心由受试电子信息***参数输入单元和电磁环境复杂度计算单元组成；所述受试电子信息***参数输入单元通过数据线与电磁环境复杂度计算单元相连； 

所述受试电子信息***参数输入单元主要用于接收用户输入信息，存储受试***工作带宽、极化方式、***天线空间扫描规律以及预计工作时间；所述电磁环境复杂度相关计算单元将电子信息***所面临的电磁环境参数与自身设计参数进行电磁环境复杂度的相关计算。 

4.根据权利要求1所述的一种基于矢量的复杂电磁环境度量***，其特征在于：所述显示终端设备用于显示受试电子信息***所面临的电磁环境复杂度计算结果，包括显示：电磁频谱显示、电磁信号时域显示、极坐标来波方位显示，以及电磁环境各种测量数据、参量大小、电磁环境复杂度。 

5.根据权利要求1所述的一种基于矢量的复杂电磁环境度量***，其特征在于：所述电磁环境参数采集***通过网络为互联网，或为局域网或为GPIB接口卡或为GPIB转USB接口卡与电磁环境度量***相连。 

6.如权利要求1所述一种基于矢量的复杂电磁环境度量***的度量方法，其步骤如下： 

步骤一：对电磁环境参数进行数据采集，建立电磁环境参数数据中心，通过建立不同时刻的信号来波方位、水平极化功率谱、垂直极化功率谱的电磁环境参数，并存储在磁盘阵列的大型存储设备上；通过局域网络或互联网将所采集的各个参数信息传输到数据中心，数据处理后录入中心数据库中存储； 

步骤二：录入受试电子信息***参数，在数据计算中心的受试电子信息***参数输入单元输入受试设备的各项参数，包括：预计受试***开机工作时间、***工作带宽、天线极化方式、天线方向图空间扫描规律以及预计工作时间； 

步骤三：电磁环境复杂度计算，电磁环境参数以及受试电子信息***参数，同时通过数据线输入数据计算中心的电磁环境复杂度的计算单元计算；该计算单元依据复杂度计算规则分别计算水平极化电磁环境复杂度ρ^∥和垂直极化电磁环境复杂度ρ^⊥；然后通过矢量标图的度量方式最终确定受试电子信息***所面临的复杂电磁环境复杂度；其具体方法如下： 

1）、首先计算水平极化下的相关度， 

2）、然后计算垂直极化下的相关度； 

3）、最后依据受试***天线的极化方式，将原先计算的水平以及垂直极化的相关度向受试天线的极化方向投影，通过矢量合成的方式得到最终电磁环境的复杂度；其具体步骤如下： 

a.在时刻i时，水平极化复杂度

计算规则为： 

分别计算指定时刻i时，水平极化的功率谱复杂度

和来波方位引起的空间复杂度

将上述相关度信息相乘，即可得该电子信息***所面临的在i时刻水平极化复杂电磁环境相关度

公式表达为：

（1）水平极化功率谱复杂度

计算：读入时刻i时，电磁环境水平极化功率谱，以及受试电子设备工作频带；带内功率除以总功率即为功率谱相关度； 

公式表达为：

式中：P_in为带内水平极化功率，P_all为电磁环境总功率； 

（2）空间复杂度

计算：读入时刻i时，水平极化信号来波方位

依据受试电子信息***此时天线波束的指向β，依据受试***天线方向图可得空间复杂度为：

式中：f(θ)为受试电子信息***天线工作方向图； 

b.在空间复杂度的计算过程中，仅仅考虑电磁环境信号从被试***天线口面进入受试***，而不考虑信号通过电缆或者其他途径耦合进入***； 

空间复杂度计算规则为: 

（1）依据时刻i时，水平极化复杂度计算规则可得到水平极化复杂度

（2）同理也可得该电子信息***所面临的垂直极化复杂电磁环境相关度 

（3）依据受试电子信息***天线的工作极化方式，将水平极化电磁环境相关度

与垂直极化电磁环境相关度

进行矢量合成； 

矢量合成的横轴X代表水平极化相关度分量，纵轴Y代表垂直极化相关度分量；矢量Z代表受试电子信息设备天线的极化工作方式； 

如果受试设备工作于水平极化，则矢量Z与横轴X代表水平极化相关度分量平行； 

如果垂直极化则与纵轴平行，将水平极化电磁环境相关度

与垂直极化电磁环境相关度

进行矢量合成得到

将

向矢量Z进行投影，即可得到时刻i时受试电子信息***所面临的电磁环境复杂度ρ_i； 

在时域对上述计算结果进行平均，即可得最终受试电子信息***所面临的复杂电磁环境复杂度ρ， 

公式表达为：

式中：N为依据受试***工作时间以及数据采样频率所得数据点数。 

步骤四：终端数据显示，通过数据线，将数据处理中心计算得到的电磁环境复杂度以及测量得到的电磁环境参数输出给显示终端设备显示，供用户查询。 

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