定量評估電磁環(huán)境復雜度新方案
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采用脈沖密度描述電磁環(huán)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(diào)外界高的脈沖密度對衡量系統(tǒng)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(huán)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(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(huán)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(huán)境中的信號類型數(shù)、跳頻信號數(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(huán)境越復雜;
(2)信源數(shù)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)在信號種類數(shù)、信源數(shù)相等的情況下,各信號在時頻平面內(nèi)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(shù)越多,觀測時段內(nèi)hop數(shù)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(tǒng)計,一般根據(jù)經(jīng)驗值而定,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(qū),再統(tǒng)計各空格的有效時頻點數(shù),得到直方圖如圖3所示。
圖1中的信號在觀測頻段內(nèi)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(jié)果
圖4為類型熵值與信號類型關(guān)系曲線。由圖可看出,信號類型數(shù)目增多,類型熵值增大。
圖5為密度熵值與跳速、跳頻電臺數(shù)的關(guān)系圖。圖中可見,電臺數(shù)增多,密度熵值增大;相同的電臺數(shù)目,跳速更快熵值更大。
將圖1中信號在頻段內(nèi)進行壓縮,根據(jù)(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(jié)果表示,相同的信號類型、信號數(shù)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(quán)相加,仿真結(jié)果表明了復合熵值符合上文四個原則。各熵值的權(quán)值可根據(jù)實際應用需求而定。
3 結(jié)束語
本文針對跳頻信號分選，定義的“復合信息嫡”實現(xiàn)了定量了評價電磁環(huán)境復雜度,仿真結(jié)果表明了方法的有效性。以信息熵作為電磁信號環(huán)境的一個量化指標,不僅是可行的,而且容易操作。
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