复杂电磁环境模拟系统研究
刘 粉1*，薄祥雷2
(1.蚌埠学院 计算机工程学院，安徽 蚌埠 233030；2.陆军军事交通学院 汽车士官学校，安徽 蚌埠 233010)
摘 要： 战场电磁环境日益复杂，采用软件定义构建具有一定复杂等级的复杂电磁信号源，通过矢量信号发信器、捷变频信号发生器等信号发生器来产生实际模拟信号，实现一种软硬相结合的复杂电磁环境模拟系统。该系统具有电磁信号参数编辑功能、多域实时监视功能、参数实时控制功能、试验效果评估功能、目标数据库管理功能、系统连接配置功能，对部队在复杂电磁环境下的作战能力提升具有重要意义。
关键词： 复杂电磁环境；信号模拟器；复杂度评估
近年来，发达国家都在开展复杂电磁环境下的模拟与实战训练研究。真实电子装备在模拟复杂电磁环境的逼真性方面具有不可取代的优势，但极难获取，通常不作为复杂电磁环境模拟生成的主要手段。因此，可用专用的电子战模拟器替代真实装备实现模拟训练与生成的复杂电磁环境相适应。电子战模拟器不仅包含产生特定信号的单部模拟设备，还包括由多部模拟设备构成的可以产生复杂信号环境的综合模拟系统。模拟器有造价相对低廉、功能灵活、适应性强、便于部署等优点，可用于室内形成逼真的电磁信号环境和外场实装演练，能够满足电子战隐蔽性的要求[1-2]。
国内仿真技术在电子设备的试验鉴定中有一定的应用，取得了一些成功的经验，但是训练保障机制不能完全适用复杂电磁环境下训练的实际环境，突出表现为缺乏先进的电子对抗设备，不能设置逼真的复杂电磁环境，从而导致训练真实性不强。研发一套软硬件相结合的复杂电磁环境模拟系统，对提高部队在复杂电磁环境下的作战能力提升具有重要意义。
1 复杂电磁环境模拟方法比较
复杂电磁环境主要是指战场电磁环境。在信息化战场上，由于敌对双方对通信、指挥、探测以及电子对抗等的需要，电子信息设备种类多、数量大、功率强，和民用通信、电视、广播、雷达和自然界的电磁辐射信号等构成了复杂电磁环境。世界各国十分重视复杂电磁环境的模拟生成。因此，复杂电磁环境的生成是开展复杂电磁环境下武器系统测试的关键。纵观国内外在复杂电磁环境模拟方面的主要做法，根据使用的器材和手段的不同，大体可分为三类：用模拟器、真实的电子装备以及计算机仿真技术生成复杂电磁环境[3-5]：
给她洗完澡，二丫叫我陪她坐会儿。我拉着她的手，这个脱了人形的可怜的女儿，她有气无力地说：“细婶儿，我撑不了几天了……”
(1)基于真实的电子装备生成复杂电磁环境：用真实的武器装备构建最接近实际的战场环境。该方法可以产生与战场电子装备一致的信号，适用于外场实装训练、演习等场合。但因电子装备关系到战场上的信息权，且很难获取敌方的实体电子装备，因而一般从第三方购买或者通过战争缴获等方式获取。
(2)基于模拟器生成复杂电磁环境：用计算机和模拟器模拟生成所需的电磁环境。采用高性能通用信号发生器设计信号模拟器，利用计算机搭建所需的电磁环境模型，此模型包含所需的模拟器、各模拟器的工作参数和协调关系。
(3)基于计算机仿真技术生成复杂电磁环境：需要多种从不同角度描述系统的数学模型，主要包括战情环境模型、雷达系统模型、雷达侦察系统模型、雷达干扰系统模型、武器系统模型、雷达电子战系统视景仿真模型机模型的校核验证与确认等，往往涉及到众多系统的建模仿真，需要很多经验知识，仿真系统的具体实现是比较复杂的。
从复杂电磁环境模拟生成的方法来看，上述三种方法各有优缺点，使用场合也不尽相同：其中基于实际电子装备和模拟器的生成方法多用于外场实装、实兵演练；而基于计算机仿真技术的生成方法则多用于室内的作战模拟和作战推演。
(3)原有的知识基础。即在学习过程中所积累知识经验。当学习者具备一定上网技能和原有知识基础时，能更好参与信息浏览和控制信息检索，减少无关信息的干扰，提高检索和学习效率。
(3)数据库与控制中心的数据库一样基于Access数据库实现。数据库主要包含设备类型表、注册类型表和仪器参数表。设备类型表存储了控制端软件支持的所有模拟类型的基本参数。注册类型表用于存储单个模拟器所支持的模拟类型，因为一个模拟器的硬件可能无法支持所有的模拟类型，需要选择能支持的模拟类型。仪器参数表则存储了当前模拟器下可用的信号发生器IP地址和端口号。
复杂电磁环境模型是由若干以时间为基准的数据帧构成的(见表1)，每一帧数据包含工作时刻、所需模拟器以及各模拟器的参数信息[6]。
表1 复制电磁环境场景模型构成
2 模拟仿真系统设计
2.1 仿真系统整体框架
模拟系统整体框架如图1所示，整体上分为三层即：控制层、中间层和信号层。其中控制层包括控制中心和数据库，中间层包括模拟器和评估所必须的仪器，如微波毫米波信号分析仪及实时频谱分析仪，信号层即所形成的复杂电磁环境，武器装备的测试在信号层进行。
2.2 模拟器控制终端软件实现
模拟器控制终端软件主要由模拟模型解算模块、网络通信模块和数据库组成。模型解算模块实现将模拟信号类型转化为一系列的控制参数，是模拟器构建的核心；网络通信模块实现控制终端与控制中心和信号发生器的网络通信；数据库用于存储软件所支持的模拟类型、当前模拟器注册的模拟类型和信号发生器参数。
(1)模型解算模块，负责根据模拟类型选择相应的信号模型，输入相应的参数，将信号模型的返回参数提供给网络通信模块。在编程实现上，每个信号模型就是一个子程序，其编写需要满足一定约束的输入参数和输出参数。输入参数需满足的约束就是模拟类型表所要求的参数。输出参数则包含所需的信号发生器和相应的SCPI指令。
图1 复杂电磁环境模拟系统构成框图
由于各模拟器的架构相似，如网络通信模块和SCPI指令转化模块是可以通用的，因此，模拟器控制终端软件采用复用设计思想。控制端软件集成所有支持的信号模型，具体到某个模拟器只需选择其支持的模拟类型，而不用为其专门设计一套控制软件。
(2)网络通信模块，与控制中心的网路通信一样基于Socket实现，其功能有：接受控制中心发来的控制参数，并将控制参数传送给模型解算模块；将模型解算模块的输出参数发给信号发生器。
基于模拟器生成复杂电磁环境即利用计算机和模拟器模拟生成所需的电磁环境，其中控制中心用于生成所需模拟电磁环境的模型，并负责管理各模拟器的工作状态，如运行、停止等。信号模拟器由模拟器控制软件和信号发生器构成，其主要功能是根据控制中心发来的控制指令调整信号发生器的工作状态，从而产生实际的电磁信号。
2.3 控制中心各模块软件实现
控制中心主要由设备管理模块、控制模块、环境编辑模块、设备部署显示模块、网络通信模块及分析评估模块构成。软件编程采用面向对象设计方法，每个模块对应一个类。由于其他模块设计比较简单，许多文献都有介绍，不再赘述。本节只详细介绍环境模型编辑模块和分析评估模块。
本研究构建复杂电磁环境的主要目的是进行武器测试，由于武器的各项性能参数需要测定，且无法精确构建其仿真模型，因此不适于使用基于计算机仿真技术的模拟生成方法。而基于真实电子装备的模拟生成方法无法多次复现测试场景，不能获得较多的测试数据，同样不适于武器测试。基于模拟器的模拟生成方法则比较灵活，可以不用构建待测武器的数学模型，同时可以比较容易地复现测试场景，适于武器测试。综上，重点研究基于模拟器的复杂电磁环境模拟生成方法。
2.3.1 环境模型编辑模块设计
演示验证系统的执行过程主要有五步：
(1)测试对象编辑。测试对象参数主要包括工作频率、带宽、调制格式、位置。电磁环境复杂度是基于一定空间、一定频段、一定时间而言的，即构建的电磁环境应该是针对某种或某些测试目标而言的，因此必须设置测试对象。
启动模拟系统平台软件后，系统默认显示模拟环境控制子窗口(可选择显示/关闭，默认显示)和设备部署显示窗口，其中，模拟环境控制窗口是复杂电磁环境构建的核心。演示验证系统软件平台的界面如图6所示。
(2)模拟源编辑。模拟源是构成电磁环境的主要元素，其设置主要包括功率、维度、工作时间及设备类型所要求的参数。
据云南省发展改革委党组成员、主任助理梁琦介绍，截至目前，全省特色小镇新开工项目710个，累计完成投资633．2亿元，特色小镇实现新增就业6．5万人，新增税收8．6亿元，新入驻企业2576家，集聚国家级大师和国家级非遗传承人53人，特色小镇共接待游客人数1．8亿人次，其中过夜游客5832万人，实现旅游收入1052亿元。
(3)电磁环境复杂度预设与一致性检测。测试对象提供了电磁环境评估的频段、空间范围、带宽，依据模糊教学理论的电磁环境评估方法即可以评估出每一时间点的电磁环境复杂度，具体计算由系统分析评估模块的功能接口提供。此模块面板如图2所示。
所谓协调就是和谐一致；配合得当。以正确处理组织内外各种关系，为组织正常运转创造良好的条件和环境，促进组织目标的实现。在市场营销学中，协调营销就是通过优化内外环境，配置适当的产销平衡，以实现经济体平稳可持续发展。
图2 环境模型编辑模块面板
2.3.2 分析评估模块
分析评估模块可用于分析评估现实电磁环境的复杂度，同时也可用于验证本系统模拟生成的电磁环境的复杂度。其又可细分为两个子模块，一个是表征参数复杂度区间划分的子模块，另一个是分析评估子模块。
(1)表征参数复杂度区间划分子模块。因为本系统采用基于改进模糊数学理论的电磁环境评估方法，因此首先要建立表征参数区间划分数据表和表征参数权重系数表。图3为表征参数复杂度区间划分操作界面，左侧为参与评估的专家列表，中间为相应专家为每个表征参数的每种复杂度划分的区间，右侧为每个表征参数的权重系数。输入的区间划分参数和权重系数，分别保存到表征参数复杂度区间划分表和权重系数表。
图3 表征参数复杂度区间划分操作界面
(2)分析评估子模块。要实现对电磁环境的评估，首先需要分析当前电磁环境。由于电磁环境的复杂性，要想精确地描述是无法做到的同时也是没有意义的，因此只需在空间、时间、频域上对其进行抽样检测，然后进行综合，就可得到实用的分析结果。
图4为评估子模块面板，分为三大部分：设置、评估结果、历史记录。测试对象为电磁环境评估确定了频点、带宽等参数。测试采用定时方式进行，操作员输入定时时间，点击开始评估按钮，评估模块就会按设定的周期进行评估。评估结果保存到数据库，方便以后查看。
啥都有：2011年的农历新年伊始，赶集网的一部视频广告开始陆续出现在银屏公交、楼宇电视等媒介上。广告依靠影星姚晨人气和一头驴子的幽默表演吸引了许多人的关注。“xxx，啥都有”的广告词由于朗朗上口，迅速被网友进行恶搞，赶集网广告海报中的驴子被换成了机器猫、愤怒的小鸟和变形金刚等形象，广告语也配合不同的形象进行了改变。
图4 分析评估子模块面板
3 系统测试
3.1 系统电磁环境评估测试
构建表征参数复杂度区间数据库和表征参数权重系数库后，对某复杂电磁环境进行评估。电磁环境由某导弹发射基地的雷达、无线通讯设备及其他设备参数的电磁信号构成。假设导弹运动范围为1 km*1 km，工作时间为10-30 s，工作频段为865-965 MHz，对其进行地面测试。评估步骤如下：
(1)提取10-30 s导弹所处的1 km*1 km空间、865-965 MHz的电磁信号，电磁门限S 0为-60 dBm。
(2)根据提取的电磁信号计算时间占用度、频率占用度等表征参数值，构造表征参数集合X ={时间占用度，频谱占用度，能量占用度，空间覆盖率，功率谱密度}={19.5%，13.2%，15.5%，14.4%，0.8S 0}，决策集Y ={简单，一般复杂，轻度复杂，中度复杂，重度复杂}。
(3)确定表征参数评判矩阵。通过表征参数复杂度区间数据库与专家对各表征参数的判断进行比对，得到其属于一般复杂。然后依次获得其他专家对于时间占用度的判断，最终获得所有专家对于时间占用度的判断，再根据表征参数权重数据库确定权重系数向量，确定复杂电磁环境评估结果为一般复杂。捕获的信号和分析参数如图5所示。
3.2 系统整体测试
坚持把组织工作作为一个有机整体来谋划，从大势大局中把握组织工作的正确方向、基本思路和重点任务。要坚持问题导向、目标导向、实效导向相统一，谋划工作、制定政策、推动落实，突出严谨专注、精准科学、务实管用、跟踪评估。要破除思维定式，紧紧围绕组织工作的“矛盾点”“症结点”，强化求解思维，发扬钻研精神，探索把握领导班子和干部队伍建设、人才建设等内在规律和特点，善于运用互联网、大数据、云计算等新技术新手段，推动组织工作实现新的提升。
近年来,输卵管妊娠的介入治疗具有安全、有效、不良反应少,可保存输卵管等优势。主要适用于输卵管妊娠未破裂者,尤其适用于要求保留生育功能的妇女。介入治疗异位妊娠的常用方式分两种,即经阴道输卵管胚囊内注射和经子宫动脉内插管灌注术。较常使用的药物为甲氨蝶呤、5- 氟尿嘧啶,由 于为局部用药,所以对全身影响较小,且杀胚率高[6]。有研究表明放射性血管介入治疗与腹腔镜手术治疗异位妊娠治疗成功率、完成手术后血B—h OG降至50%时间以及完成手术后血13一hCG降至正常时间几方面无显著差异(P>0.05)[7]。
图5 监测点信号分析仪捕获的信号和分析参数
图6 演示验证系统的软件平台界面
环境模型编辑模块用于电磁环境的编辑，此模块具备以下功能：
氨基酸态氮为料酒行业标准中的重要指标，也是酿造料酒中原料经蛋白酶分解成氨基酸的特征性指标。氨基酸是料酒鲜味的主要来源，氨基酸中具有鲜、甜、苦、涩、酸、咸等多种味感，正是这些多种、多味的氨基酸，赋予料酒丰富的味觉层次，使酒具有鲜美、醇和、浓郁、柔润、协调和多滋多味的特征[17]。在烹制过程中，氨基酸成分与盐结合，生成氨基酸钠盐即呈味成分。然而不同氨基酸的滋味贡献程度主要由味道强度值TAV表示，其中TAV值大于1时，说明该呈味物质对产品的滋味有显著影响，当TAV值小于1时，该呈味作用不显著[18]。杏鲍菇料酒（代表）的呈味游离氨基酸的色谱图如图3所示（其他7种类似，此处不再赘述）。
第一步，注册被测件属性，主要包括被测件名称、IP地址、端口号、功能描述、类型和子类型。IP地址、端口号用于网络连接。类型参数约束了在编辑电磁环境时必须提供的参数，包括频率、功率、调制格式、带宽等。
与教师相比，同伴榜样的“闪光点”起着更加具体化、实际化的示范作用，更贴近学生。为把榜样的引领落到实处，学校应每学期都评选“三好学生”“优秀学生干部”“文明之星”“礼仪小标兵”等榜样；班级也可利用“每周一星”的评选，发现好人好事并给予表扬、鼓励，把他们的先进事迹进行宣传，印在学生脑海中，让榜样在学校管理工作中不断发挥积极的作用。
第二步，注册模拟源属性，主要包括模拟源的名称、IP地址、端口号、功能描述、类型和子类型。
第三步，注册测试仪器属性，主要包括测试仪器的名称、IP地址、端口号、功能描述、类型和子类型。测试仪器的类型参数包括测试频率、带宽、测试方式等参数。
第四步，编辑复杂电磁环境。
第五步，执行复杂电磁环境模拟。
北大荒集团（总局）党委提高政治站位，把学习好、宣传好、贯彻好习近平总书记在垦区考察时的重要讲话精神作为首要政治任务，牢牢抓紧、抓实。
被测件、模拟源和测试仪器设置均在设备管理模块界面完成。
监狱里基本没有任何花，主人公在监狱里看到的唯一的一朵花是在运动场的一个角落里的一株酢浆草的花。虽然这不是主人公最喜欢的菊花，但是不管怎么说也是花啊，主人公因为能看到花而感到十分高兴。每天的运动时间是二十分钟。运动场很小，绕一圈也就二十步。在二十分钟内主人公能走一千五百步，也就是绕运动场七十圈，会见到酢浆草七十次。每次看到酢浆草主人公都会打招呼说“你好，酢浆草君！”。从这里能看出主人公对花的喜爱，也能看出主人公在监狱里的孤独，甚至他本身的孤独。在那日本走上军国主义道路的时期，政府对自由思想的压迫日益加重，能够不畏强权继续战斗的伙伴随着压迫的升级愈来愈少。
4 结论
研究了电磁环境模拟与评估系统的实现流程，详细介绍了数据库和各模块的构建方法，设计并开发了一套集复杂电磁环境模拟与评估为一体的演示验证系统平台。通过采用软件定义、硬件生成实际信号的方法来实现电磁环境的模拟，提取实时频谱数据和电磁监测数据，采用基于改进模糊数学理论的电磁环境评估方法来实现电磁环境复杂度评估。测试结果表明，该系统能有效构建具有一定复杂等级的复杂电磁环境，并通过对信号分析仪器捕获的数据进行实时处理，有效实时提取信号时域特征参数、频域特征参数并对电磁环境进行复杂度评估，具有一定的使用价值。
参考文献:
[1] 刘培国.电磁环境基础[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2010:1-7.
[2] 殷长春,张博,刘云鹤,等.2.5维起伏地表条件下时间域航空电磁正演模拟[J].地球物理学报,2015(4):1411-1424.
[3] 蒋立正,孟新,刘洪亮,等.某雷达信号环境模拟器杂波模拟方法研究[J].计算机仿真,2007,24(12):295-299.
[4] HE Z S,XIE S L,DING S,et al.Convolutive blind source separation in frequency domain based on sparse representation[J].IEEE Transactions on Audio,Speech and Language Processing,2007,15(5):1551-1563.
[5] BELL A J,SEJNOWSKI T J.An information-maximization approach to blind separation and blind deconvolution[J].Neural Computation(S0899-7667),1995,7(6):1129-1159.
[6] 彭武,何怡刚,方葛丰,等.一种靶场电磁环境复杂度评估方法[J].计算机工程与科学,2014,32(1):105-110.
Study on Complex Electromagnetic Environment Simulation System
LIU Fen1*,BO Xiang-lei2
(1.School of Computer Engineering,Bengbu University,Bengbu,233030,Anhui;2.Army Military Transportation College,School for Non-commissioned Officers,Bengbu,233010,Anhui)
Abstract ：As the electromagnetic environment becomes more and more complex,the complex electromagnetic signal source with a certain level of complexity was built by using software definition,and the actual analog signal was generated by signal generators such as vector signal sender and agile frequency signal generator to achieve a combination of hard and soft complex electromagnetic environment simulation system.The system has the functions of electromagnetic signal parameter editing,multi-domain real-time monitoring,parameter real-time control,test effect evaluation,target database management and system connection configuration,to improve the ability of combat troops in complex electromagnetic environment is of great significance.
Key words ：complex electromagnetic environment;signal simulator;evaluation of complexity
中图分类号: TJ02; TN03
文献标识码: A
文章编号: ( 2019) 05-0046-04
收稿日期： 2018-11-02
*通讯联系人
基金项目： 蚌埠学院自然科学研究项目(2017ZR11)。
作者简介： 刘粉(1987-)，女，陕西周至人，讲师，硕士。E-mail:1027304740@qq.com
标签：复杂电磁环境论文; 信号模拟器论文; 复杂度评估论文; 蚌埠学院计算机工程学院论文; 陆军军事交通学院汽车士官学校论文;