定量評估電磁環境復雜度新方案
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采用脈沖密度描述電磁環境無論在實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境;(3)脈沖密度本身缺乏一個公認的可測量的定義。
頻譜占用度也不是科學的評價指標,相等的頻譜占用度并不能表征電磁環境的復雜度相當。
另外,電磁環境的復雜度是有針對性的。相同的電磁環境對此類用戶而言甚為復雜,但對于其他類型的用戶又可能相當簡單。所以復雜度的定義需針對具體的應用,考慮多種因素,以得到一個綜合的電磁環境評價指標。
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境中的信號類型數、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境的定義能夠遵循以下幾個原則:
(1)信號種類(如定頻、跳頻、脈沖、掃頻信號等等)越多,電磁環境越復雜;
(2)信源數目越多,電磁環境越復雜;
(3)信號的特征變化越快(如高速跳頻),電磁環境越復雜;
(4)在信號種類數、信源數相等的情況下,各信號在時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),電磁環境越復雜。
“復合信息熵”S包含三個部分,第一部分稱為“類型熵”,表示為對信號類型描述的估計,信號類型越多,其值越大;第二部分稱為“密度熵”,跳速越快和跳頻電臺數越多,觀測時段內hop數越多,熵值也就越大;第三部分反映了信號在時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”的定義滿足了上文中四個原則。下面給出幾種概率的定義。
對于信號類型,某種類型信號的概率不好統計,一般根據經驗值而定,不同環境不同頻段存在的用戶是不同的。本文假設每一個時刻各類型信號均存在,即定義信號類型概率為:
對時頻矩陣X(n,k)進行分區,再統計各空格的有效時頻點數,得到直方圖如圖3所示。
圖1中的信號在觀測頻段內分布比較均勻,所以圖3中的直條分布在整個時頻面。
2.2 仿真結果
圖4為類型熵值與信號類型關系曲線。由圖可看出,信號類型數目增多,類型熵值增大。
圖5為密度熵值與跳速、跳頻電臺數的關系圖。圖中可見,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原則。各熵值的權值可根據實際應用需求而定。
3 結束語
本文針對跳頻信號分選，定義的“復合信息嫡”實現了定量了評價電磁環境復雜度,仿真結果表明了方法的有效性。以信息熵作為電磁信號環境的一個量化指標,不僅是可行的,而且容易操作。
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