复杂电磁环境下的多模式组合干扰预测系统及方法

摘要

本发明涉及电磁干扰预测，特别是复杂电磁环境下的多模式组合干扰预测系统及方法，其特征是：它依据复杂电磁环境下多模式组合干扰预测模型，利用瞬—稳态等效分析方法，结合工作电台“非线性”接收机建模及离散非线性分析技术，对复杂电磁环境中系统外部的干扰源构成的多模式组合干扰进行分析，并对其引起的接收机输出信号的变化，以BER或SINAD为判据进行评估，从而有效计算系统的电磁环境效应。它提供了一种复杂电磁环境下适用于数字通信的复杂电磁环境下的多模式组合干扰预测方法。

说明书

技术领域

本发明涉及电磁干扰预测，特别是复杂电磁环境下的多模式组合干扰预测系统及方法。

背景技术

在复杂和状态多变的现代战场电磁环境中，存在着大量的通信设备、战场监视设备、预警/目标探测设备、制导雷达、武器控制系统、距离测量/导航设备、电子对抗设备等，它们构成了非常高的电磁辐射源密度，覆盖了从长波、中波一直到微波、毫米波直至紫外波段的波段，功率从小于1瓦到几千瓦甚至更高。如此复杂的电磁环境下，各种干扰源所构成的多模式组合干扰，导致车辆系统面临着前所未有的电磁干扰威胁。对复杂电磁环境下的多模式组合干扰进行准确定量的预测，是预防和抑制干扰、保证系统可靠性和安全性的重要前提。

对于外界电磁干扰的预测，现有的预测方法大都是采用线性离散分析技术，针对单一模式的稳态干扰进行预测，而且预测仅限于射频端口，是基于能量的预测方法。显然，在干扰源数量及模式众多，瞬态、稳态干扰源混合存在，纠错、扩频等方式大量采用的现代战场，传统的预测方法已经不能适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种适应干扰源数量及模式众多，瞬态、稳态干扰源混合存在，纠错、扩频等方式大量采用的现代战场使用的复杂电磁环境下的多模式组合干扰预测系统及方法。

本发明的目的是这样实现的，复杂电磁环境下的多模式组合干扰预测系统，其特征是：其特征是：它至少包括：工作电台单元发射机、工作电台单元“非线性”接收机，复杂电磁环境下的多模式组合干扰源，包含背景噪声的信道单元，SINAD单元，BER单元；工作电台单元发射机的信源通过信源编码后输出信号S1，S1经信道编码、调制单元处理后以一定的功率发出射频信号，进入包含背景噪声N的信道单元的一个信道输入端；同时，复杂电磁环境下的多模式组合干扰源的输出干扰D进入包含背景噪声N的信道单元，两路输入信号与信道单元中的背景噪声叠加，产生信道单元的输出信号O2，作为工作电台单元“非线性”接收机的射频输入，信道单元的输出信号O2进入工作电台单元“非线性”接收机后经非线性环节、信道译码后输出信号记为O1，O1经信源译码最后进入输出端输出；所述的工作电台单元发射机经信道单元衰减后的信号S2进入SINAD单元一个输入端，信道单元的输出信号O2进入SINAD单元的另一个输入端，由进入SINAD单元的两面路信号计算SINAD；而工作电台单元发射机中的信源编码5的输出信号S1和工作电台单元“非线性”接收机中的信道译码的输出信号O1分路输出进入BER单元两个输入端，由BER单元计算出BER。

所述的信道单元中的背景噪声用于描述不同频段，不同地区的电磁环境，单元中利用符合高斯分布的随机数序列来模拟背景噪声，通过调整随机数序列的方差来获得噪声功率的合理取值，实现过程如下：

1)利用一个平稳随机过程来表示背景噪声

根据背景噪声的特征将其建立为自相关函数为R(τ)的平稳随机过程ξ(t)，实际噪声的功率一般都是指其交流功率，求解过程如下：

噪声平均功率为：R(0)＝E[ξ²(t)]，E[x]表示x的数学期望；

噪声直流功率为：R(∞)＝E²[ξ(t)]

所以其交流功率为：R(0)-R(∞)＝E[ξ²(t)]-E²[ξ(t)]＝σ²，σ²表示ξ(t)的方差，即噪声的功率用其过程的方差表示。

2)利用符合高斯分布的随机数序列来实现该平稳随机过程

根据测试中或标准中给出的典型环境电平值，通过调整该随机数序列的方差σ²获得合理的背景噪声，不同的σ²值表征不同的噪声。

所述的多模式组合干扰源3的输出干扰D是指针对复杂电磁环境下的外界干扰源，确定其在频域与时域内的幅度、功率的关联特性。

所述的非线性环节9指的是工作电台单元“非线性”接收机的非线性部分，非线性环节9是由线性滤波器201、203和无记忆非线性部件202的串联或并联或串并联组合。

所述的线性滤波器是指动态的有记忆线性滤波器，以系统采样时间为间隔，其当前状态的输出信号不仅与当前状态系统的输入信号有关，而且与之前m个状态的输入信号以及之前n个状态的输出信号有关，是之前m个状态的输入信号以及之前n个状态的输出信号的线性叠加，设当前状态为k，输入为x(k)，则当前线性滤波器的输出信号y(k)为：

$y\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{a}_{i}y(k-i)+\underset{j=0}{\overset{m}{\Sigma }}{b}_{j}x(k-j)$

a_i，b_j由线性滤波器的参数决定。

所述的无记忆非线性部件，是指其输出信号与之前各状态的输出信号无关，而仅为当前输入状态的q次多项式，设当前输入为x(t)，则当前输出信号y(t)可以表示为：

$y\left(t\right)=\underset{p=0}{\overset{q}{\Sigma }}{a}_p{x}^q\left(t\right)$

其中p，q由无记忆非线性器件的参数决定。

所述的多模式组合干扰源3的输出干扰D是依据概率统计学原理和信号检测手段，建立典型干扰源的概率统计单元，并依据小波分析原理和最小相位原理，对干扰源进行时域内检测--频域内分析数据特征--时域内复现，即实现干扰源的瞬态检测-稳态分析-瞬态抑制的瞬态和稳态关联特征分析，建立其稳态与瞬态作用的数学关系，形成瞬态-稳态转换方法，得到干扰源的稳态等效单元，将其多模式组合后量化的表示为D。

SINAD(信纳德)的计算公式是：

$\mathrm{SINAD}=10\lg \frac{O2}{N+D}=10\lg \frac{S2+N+D}{N+D}$

所述的BER(误码率)计算公式是：

基于复杂电磁环境下的多模式组合干扰预测系统的复杂电磁环境下的多模式组合干扰预测方法：其特征是：它至少包括如下步骤：

执行步骤301，进行复杂电磁环境下的多模式组合干扰分析；

执行步骤302，进行复杂电磁环境下的干扰源获取；

首先执行步骤304进行干扰源获取方式的选择，如果获取方式为数学建模，则执行步骤305进行干扰源的数学建模，若干扰源获取方式为监测检测，则执行步骤311利用测量接收机进行干扰源的接收；

步骤305，进行干扰源的数学建模；

执行步骤306，进行干扰源类型的判断，若干扰源为瞬态，则执行步骤307；若干扰源为稳态，则直接执行步骤308；

干扰源为瞬态，执行步骤307，利用小波变换方法进行瞬-稳态等效；

执行步骤308，进行等效稳态干扰源的分析计算；

执行步骤309，进行干扰源是否计算完成判断，若未计算完成，则重复执行步骤302，若计算完成，执行步骤310；

执行步骤310，输出多模式组合干扰源至工作电台“非线性”接收机数学单元；

若干扰源获取方式为监测检测，则执行步骤311，利用测量接收机进行干扰源的接收；

执行步骤312，进行接收到的干扰源的特征分析；

执行步骤313，进行干扰源类型判断，若干扰源为瞬态，则执行步骤307，若干扰源为稳态，则执行步骤308。

执行步骤303，进行复杂电磁环境下的接收机建模；

执行步骤314，进行工作电台接收机非线性环节的分析；

然后执行步骤315，进行“非线性”接收机数学单元的提取和简化；

执行步骤316，得到工作电台“非线性”接收机数学单元，接收来自步骤310的多模式组合干扰；

执行步骤317，获取离散非线性进行计算的结果；

执行步骤318，计算得到“非线性”接收机的输出信号；

执行步骤319，进行信号性能的分析；

执行步骤320进行SINAD计算；

执行步骤321，将计算得到的SINAD与SINAD容限D0进行比较，如果SINAD大于等于D0则不干扰，预测结束，如果SINAD小于D0则执行步骤322，计算BER；

执行步骤322，计算BER；

执行步骤323，将计算得到的BER与BER容限值C0进行比较，若BER小于等于C0则不干扰，预测结束，如果BER大于C0则干扰，调整工作电台工作参数，重复执行步骤303进行预测。

所述的瞬-稳态等效307，是依据小波分析原理和最小相位原理，对干扰源进行时域内检测--频域内分析数据特征--时域内复现，即实现干扰源的瞬态检测-稳态分析-瞬态抑制的瞬态和稳态关联特征分析，建立其稳态与瞬态作用的数学关系，形成瞬态-稳态转换方法，得到干扰源的稳态等效单元。

所述的离散非线性技术317，是指针对复杂电磁环境下的各类干扰源，在“非线性”接收机前端利用离散单元对其进行简化描述；将非线性接收机的线性滤波器在频域建模，将其无记忆非线性器件在时域建模，用FFT进行时域-频域变换；用多分枝搜索程序确定非线性干扰源，对所关心信号经过接收机单元后的性能进行评估。

本发明的优点是：它依据复杂电磁环境下多模式组合干扰预测系统，利用瞬-稳态等效分析方法，结合工作电台“非线性”接收机建模及离散非线性分析技术，对复杂电磁环境中系统外部的干扰源构成的多模式组合干扰进行分析，并对其引起的接收机输出信号的变化，采取SINAD和BER分层预测的方法进行电磁干扰预测，从而有效计算系统的电磁环境效应。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是复杂电磁环境下多模式组合干扰预测单元；

图2是“非线性”接收机的非线性环节单元；

图3是复杂电磁环境下多模式组合干扰分析流程图：

图4是背景噪声单元的测试图例；

图5是背景噪声单元的仿真图例。

图中：1、工作电台单元发射机；2、工作电台单元“非线性”接收机；3、复杂电磁环境下的多模式组合干扰源；4、信源；5、信源编码；6、信道编码；7、调制单元；8、背景噪声的信道单元；9、非线性环节；10、信道译码；11、信源译码；12、输出端；13、SINAD单元；14、BER单元。

具体实施方式

如图1所示，复杂电磁环境下的多模式组合干扰预测系统，包括：工作电台单元发射机1、工作电台单元“非线性”接收机2，复杂电磁环境下的多模式组合干扰源3，包含背景噪声的信道单元8，SINAD单元13，BER单元14；工作电台单元发射机1的信源4通过信源编码5后输出信号S1，S1经信道编码6、调制单元7处理后以一定的功率发出射频信号，进入包含背景噪声N的信道单元8的一个信道输入端；同时，复杂电磁环境下的多模式组合干扰源3的输出干扰D进入包含背景噪声N的信道单元8，两路输入信号与信道单元中的背景噪声叠加，产生信道单元8的输出信号O2，作为工作电台单元“非线性”接收机2的射频输入，信道单元8的输出信号O2进入工作电台单元“非线性”接收机2后，经非线性环节9、信道译码10后输出信号记为O1，O1经信源译码11最后进入输出端12输出。

工作电台单元发射机1经信道单元8衰减后的信号S2进入SINAD单元一个输入端，信道单元8的输出信号O2进入SINAD单元的另一个输入端，由进入SINAD单元的两面路信号计算SINAD。

而工作电台单元发射机1中的信源编码5的输出信号S1和工作电台单元“非线性”接收机2中的信道译码10的输出信号O1分路输出进入BER单元14两个输入端，由BER单元14计算出BER。

如图4和图5所示，所述的背景噪声的信道单元8的背景噪声N用于描述不同频段，不同地区的电磁环境。背景噪声的信道单元8中利用符合高斯分布的随机数序列来模拟背景噪声，通过调整随机数序列的方差来获得噪声功率的合理取值，实现过程如下：

1)利用一个平稳随机过程来表示背景噪声

根据背景噪声的特征将其建立为自相关函数为R(τ)的平稳随机过程ξ(t)，实际噪声的功率一般都是指其交流功率，求解过程如下：

噪声平均功率为：R(0)＝D[ξ²(t)]，D[x]表示x的数学期望。

噪声直流功率为：R(∞)＝E²[ξ(t)]

所以其交流功率为：R(0)-R(∞)＝E[ξ²(t)]-E²[ξ(t)]＝σ²，σ²表示ξ(t)的方差，即噪声的功率用其过程的方差表示。

2)利用符合高斯分布的随机数序列来实现该平稳随机过程

根据测试中(图5)或标准中给出的典型环境电平值，通过调整该随机数序列的方差σ²获得合理的背景噪声，不同的σ²值表征不同的噪声(图6)。

所述的多模式组合干扰源3的输出干扰D是指针对复杂电磁环境下的外界干扰源，确定其在频域与时域内的幅度、功率的关联特性。所述的多模式组合干扰源3的输出干扰D是依据概率统计学原理和信号检测手段，建立典型干扰源的概率统计单元，并依据小波分析原理和最小相位原理，对干扰源进行时域内检测--频域内分析数据特征--时域内复现，即实现干扰源的瞬态检测-稳态分析-瞬态抑制的瞬态和稳态关联特征分析，建立其稳态与瞬态作用的数学关系，形成瞬态-稳态转换方法，得到干扰源的稳态等效单元，将其多模式组合后量化的表示为D。

所述的非线性环节9指的是工作电台单元“非线性”接收机的非线性部分，非线性环节9是由线性滤波器201、203和无记忆非线性部件202的串联或并联或串并联组合。“非线性”参数可从接收机性能指标或者测量获得，对测试数据统计分析后即可设置参数默认值。

所述的线性滤波器201是指动态的有记忆线性滤波器，以系统采样时间为间隔，其当前状态的输出信号不仅与当前状态系统的输入信号有关，而且与之前m个状态的输入信号以及之前n个状态的输出信号有关，是之前m个状态的输入信号以及之前n个状态的输出信号的线性叠加。设当前状态为k，输入为x(k)，则当前线性滤波器的输出信号y(k)为：

$y\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{a}_{i}y(k-i)+\underset{j=0}{\overset{m}{\Sigma }}{b}_{j}x(k-j)$

a_i，b_j由线性滤波器的参数决定。

所述的无记忆非线性部件202，是指其输出信号与之前各状态的输出信号无关，而仅为当前输入状态的q次多项式，设当前输入为x(t)，则当前输出信号y(t)可以表示为：

$y\left(t\right)=\underset{p=0}{\overset{q}{\Sigma }}{a}_p{x}^q\left(t\right)$

其中p，q由无记忆非线性器件的参数决定。

调制单元7进入信道单元8的信号通路包括一支路输出进入SINAD单元13的第一输入端；信道单元8进入非线性环节9的信号通路包括一支路输出进入SINAD单元13的第二输入端；信源编码5进入信道编码6的信号通路包括一支路输出进入BER单元14的第一输入端；信道译码10进入信源译码11信号通路包括一支路输出进入BER单元14的第二输入端；得到所述的S2、O2、D后，根据SINAD(信纳德)的定义式得：

$\mathrm{SINAD}=10\lg \frac{O2}{N+D}=10\lg \frac{S2+N+D}{N+D}$

得到所述的S1、O1后，根据如下公式得到BER(误码率)：

得到SINAD和BER后，采取SINAD和BER分层预测的方法进行电磁干扰预测。

如图3所示为复杂电磁环境下多模式组合干扰分析流程图，执行步骤301，进行复杂电磁环境下的多模式组合干扰分析，然后并行进行步骤302，和303；

执行步骤302，进行复杂电磁环境下的干扰源获取，首先执行步骤304进行干扰源获取方式的选择，如果获取方式为数学建模，则执行步骤305进行干扰源的数学建模，执行步骤306进行干扰源类型的判断，若干扰源为瞬态，则执行步骤307利用小波变换方法进行瞬-稳态等效，然后执行步骤308，若干扰源为稳态，则直接执行步骤308，执行步骤308进行等效稳态干扰源的分析计算；执行步骤309进行干扰源是否计算完成判断，若未计算完成，则重复执行步骤302，若计算完成，则输出多模式组合干扰源至工作电台“非线性”接收机数学单元；若干扰源获取方式为监测检测，则执行步骤311利用测量接收机进行干扰源的接收，执行步骤312进行接收到的干扰源的特征分析，执行步骤313进行干扰源类型判断，若干扰源为瞬态，则执行步骤307，若干扰源为稳态，则执行步骤308。

执行步骤303，进行复杂电磁环境下的接收机建模，首先执行步骤314，进行工作电台接收机非线性环节的分析，然后执行步骤315，进行“非线性”接收机数学单元的提取和简化，执行步骤316得到工作电台“非线性”接收机数学单元，接收来自步骤310的多模式组合干扰，执行步骤317，结合离散非线性技术进行计算，执行步骤318，计算得到“非线性”接收机的输出信号，执行步骤319，进行信号性能的分析，执行步骤320进行SINAD计算，执行步骤321，将计算得到的SINAD与SINAD容限D0进行比较，如果SINAD大于等于D0则不干扰，预测结束，如果SINAD小于D0则执行步骤322计算BER，执行步骤323，将计算得到的BER与BER容限值C0进行比较，若BER小于等于C0则不干扰，预测结束，如果BER大于C0则干扰，调整工作电台工作参数，重复执行步骤303进行预测。

所述的瞬-稳态等效307，是指针对复杂电磁环境下的外界干扰源，确定其在频域与时域内的幅度、功率的关联特性。依据概率统计学原理和信号检测手段，建立典型干扰源的概率统计单元，并依据小波分析原理和最小相位原理，对干扰源进行时域内检测--频域内分析数据特征--时域内复现，即实现干扰源的瞬态检测-稳态分析-瞬态抑制的瞬态和稳态关联特征分析，建立其稳态与瞬态作用的数学关系，形成瞬态-稳态转换方法，得到干扰源的稳态等效单元。

所述的离散非线性技术317，是指针对复杂电磁环境下的各类干扰源，在“非线性”接收机前端利用离散单元对其进行简化描述；将非线性接收机的线性滤波器在频域建模，将其无记忆非线性器件在时域建模，用FFT进行时域-频域变换；用多分枝搜索程序确定非线性干扰源，对所关心信号经过接收机单元后的性能进行评估。