0 引言
電磁環(huán)境是指存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和。隨著無(wú)線電技術(shù)的不斷發(fā)展,各種臺(tái)站數(shù)量急劇增加,導(dǎo)致無(wú)線電頻譜資源日趨緊張,電磁環(huán)境日益復(fù)雜。尤其是在電子對(duì)抗領(lǐng)域,各種干擾使電子設(shè)備工作的電磁環(huán)境非常惡劣,所以如今的各種偵察、對(duì)抗手段均必須考慮復(fù)雜的電磁環(huán)境[1,2]。但何謂復(fù)雜?業(yè)界并沒(méi)有給出一個(gè)清晰的定義和定量的評(píng)價(jià)。通常在某些領(lǐng)域會(huì)有一些適應(yīng)本專業(yè)的一些評(píng)估指標(biāo),如雷達(dá)對(duì)抗領(lǐng)域的脈沖密度[3]、通信對(duì)抗領(lǐng)域的頻譜占用度
等。
采用脈沖密度描述電磁環(huán)境無(wú)論在實(shí)際應(yīng)用中還是在理論上都存在較大的爭(zhēng)議[4]。爭(zhēng)議主要在于:(1)單純強(qiáng)調(diào)外界高的脈沖密度對(duì)衡量系統(tǒng)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(fù)雜的信號(hào)環(huán)境;(3)脈沖密度本身缺乏一個(gè)公認(rèn)的可測(cè)量的定義。
頻譜占用度也不是科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo),相等的頻譜占用度并不能表征電磁環(huán)境的復(fù)雜度相當(dāng)。
另外,電磁環(huán)境的復(fù)雜度是有針對(duì)性的。相同的電磁環(huán)境對(duì)此類用戶而言甚為復(fù)雜,但對(duì)于其他類型的用戶又可能相當(dāng)簡(jiǎn)單。所以復(fù)雜度的定義需針對(duì)具體的應(yīng)用,考慮多種因素,以得到一個(gè)綜合的電磁環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)。
本文針對(duì)跳頻信號(hào)的偵察、分選,提出了“復(fù)合信息熵”的定量評(píng)估指標(biāo),該指標(biāo)綜合考慮電磁環(huán)境中的信號(hào)類型數(shù)、跳頻信號(hào)數(shù)目、跳速和信道分布情況。該熵值越大,代表電磁環(huán)境復(fù)雜度越高,跳頻信號(hào)的分選工作將更加困難。
1 “復(fù)合信息熵”的定義
對(duì)于跳頻信號(hào)分選,我們希望復(fù)雜電磁環(huán)境的定義能夠遵循以下幾個(gè)原則:
(1)信號(hào)種類(如定頻、跳頻、脈沖、掃頻信號(hào)等等)越多,電磁環(huán)境越復(fù)雜;
(2)信源數(shù)目越多,電磁環(huán)境越復(fù)雜;
(3)信號(hào)的特征變化越快(如高速跳頻),電磁環(huán)境越復(fù)雜;
(4)在信號(hào)種類數(shù)、信源數(shù)相等的情況下,各信號(hào)在時(shí)頻平面內(nèi)分布越不均勻(分布不均即頻率碰撞概率大,導(dǎo)致分選難度大),電磁環(huán)境越復(fù)雜。
“復(fù)合信息熵”S包含三個(gè)部分,第一部分稱為“類型熵”,表示為對(duì)信號(hào)類型描述的估計(jì),信號(hào)類型越多,其值越大;第二部分稱為“密度熵”,跳速越快和跳頻電臺(tái)數(shù)越多,觀測(cè)時(shí)段內(nèi)hop數(shù)越多,熵值也就越大;第三部分反映了信號(hào)在時(shí)頻圖上的分布均勻程度,分布越不均勻,熵值越大。
“復(fù)合信息熵”的定義滿足了上文中四個(gè)原則。下面給出幾種概率的定義。
對(duì)于信號(hào)類型,某種類型信號(hào)的概率不好統(tǒng)計(jì),一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值而定,不同環(huán)境不同頻段存在的用戶是不同的。本文假設(shè)每一個(gè)時(shí)刻各類型信號(hào)均存在,即定義信號(hào)類型概率為:
對(duì)時(shí)頻矩陣X(n,k)進(jìn)行分區(qū),再統(tǒng)計(jì)各空格的有效時(shí)頻點(diǎn)數(shù),得到直方圖如圖3所示。
圖1中的信號(hào)在觀測(cè)頻段內(nèi)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(jié)果
圖4為類型熵值與信號(hào)類型關(guān)系曲線。由圖可看出,信號(hào)類型數(shù)目增多,類型熵值增大。
圖5為密度熵值與跳速、跳頻電臺(tái)數(shù)的關(guān)系圖。圖中可見(jiàn),電臺(tái)數(shù)增多,密度熵值增大;相同的電臺(tái)數(shù)目,跳速更快熵值更大。
將圖1中信號(hào)在頻段內(nèi)進(jìn)行壓縮,根據(jù)(5)、(2)式第三部分計(jì)算分布熵,得到不同分布熵如表2所示。
表2中結(jié)果表示,相同的信號(hào)類型、信號(hào)數(shù)目,其分布的頻帶越窄,分布熵值越大。
復(fù)合熵等于類型熵、密度熵和分布熵的加權(quán)相加,仿真結(jié)果表明了復(fù)合熵值符合上文四個(gè)原則。各熵值的權(quán)值可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求而定。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)跳頻信號(hào)分選，定義的“復(fù)合信息嫡”實(shí)現(xiàn)了定量了評(píng)價(jià)電磁環(huán)境復(fù)雜度,仿真結(jié)果表明了方法的有效性。以信息熵作為電磁信號(hào)環(huán)境的一個(gè)量化指標(biāo),不僅是可行的,而且容易操作。