一種區(qū)域電磁環(huán)境的動態(tài)特性表征方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種動態(tài)特性表征方法，特別是涉及一種區(qū)域電磁環(huán)境的動態(tài)特性表 征方法。
【背景技術】
[0002] 區(qū)域電磁環(huán)境中各種電磁干擾輻射信號種類繁多、調(diào)制體制各異，且在傳播空間 的疊加，信號參數(shù)的動態(tài)變化，傳播路徑及其相應影響的不確定性，表明電磁信號在時間、 能量上相互干擾發(fā)生異常變化造成電磁環(huán)境動態(tài)性異常激烈。對區(qū)域中的接收設備造成嚴 重危害。
[0003] 文獻"AnalysisofComplexityinBattlefieldElectromagnetic Environment4thIEEE.ConferenceoIndustrialElectronicsandApplications Xi'an,China:IEEE, 2009"公開了一種對區(qū)域戰(zhàn)場電磁環(huán)境存在的異動信號特征分析方法。 該方法利用基于信號密度分布的方法對區(qū)域電磁環(huán)境復雜度進行估計與表征，為戰(zhàn)場電磁 環(huán)境分析奠定基礎。但是，該方法只是估計電磁環(huán)境復雜度特征，而電磁環(huán)境具有很多特 征，比如動態(tài)性、涌現(xiàn)性、非線性等。因此，難以表征真實區(qū)域電磁環(huán)境特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有區(qū)域電磁環(huán)境的動態(tài)特性表征方法實用性差的不足，本發(fā)明提供一 種區(qū)域電磁環(huán)境的動態(tài)特性表征方法。該方法首先基于信號基礎理論對區(qū)域接收點處電磁 信號集合的進行建模；其次，利用數(shù)學形態(tài)學濾波原理對接收的電磁信號集合進行交替濾 波，濾除電磁信號中的脈沖噪聲和白噪聲；最后，運用分形理論求解電磁環(huán)境接收點集合的 關聯(lián)維數(shù)。對區(qū)域電磁環(huán)境動態(tài)性量化表征。本發(fā)明根據(jù)區(qū)域電磁信號表示和數(shù)學形態(tài)學 理論，不僅對區(qū)域L個接收點N個輻射源產(chǎn)生的電磁信號進行了建模，并且濾除了環(huán)境中突 發(fā)噪聲，實現(xiàn)了對接收信號的動態(tài)性表征。
[0005] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種區(qū)域電磁環(huán)境的動態(tài)特性表征 方法，其特點是采用以下步驟：
[0006] 步驟一、將N個輻射源在某空間區(qū)域形成的電磁信號環(huán)境表示為L個點處電磁信 號的集合：
[0007] ?、派息?，···土⑴} (1)其中，ΕΛ接收點i處合成電磁信號，
[00081
[0009] 式中，Ajt)為電場的幅值，匕⑴為頻率，$·(?)為相位，&為場強方向或極化方向， Fi為福射天線方向圖，H為福射源i的j徑信號的傳遞函數(shù)，Σ表不傳輸信號多徑合成，Λ仁(t)為輻射源i相對接收點運動速度為Vl (t)時產(chǎn)生的頻移。
[0010] 步驟二、基于數(shù)學形態(tài)學的電磁環(huán)境信號處理。
[0011] 通過形態(tài)學混合開、閉運算交替濾波，濾除電磁信號中的脈沖噪聲和白噪聲。具體 公式如下：
[0012] (3):
[0013] <4) \ f- ./. f-
[0014] 式中，Ejt)是接收點一維離散電磁信號，取值范圍為Ejt) = {0，1，2,… ，N-1} ;g(m)是結構元素，取值范圍為G= {0, 1，2，"'M-l} ; ?表示膨脹算 子，表示為
?表示腐蝕算子，表示為 mζζ\j
[0015] 步驟三、基于分形理論求解電磁環(huán)境關聯(lián)維數(shù)D(m)。
[0016]
[0017]
[0018]
[0019] 式中，Η是Heaviside函數(shù)，當r>0，H(r)為 1，r< 0 是H(r)為 0。 {Ei，E2，…，Ε1; ···}為區(qū)域形成的電磁合成信號的集合，重構延時后得到新集合記為：
τ為延遲時間，τ=kΛt，Λt是時 間序列的采樣時間間隔，N^N-On-l)τ為的總點數(shù)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：該方法首先基于信號基礎理論對區(qū)域接收點處電磁信號集 合的進行建模；其次，利用數(shù)學形態(tài)學濾波原理對接收的電磁信號集合進行交替濾波，濾除 電磁信號中的脈沖噪聲和白噪聲；最后，運用分形理論求解電磁環(huán)境接收點集合的關聯(lián)維 數(shù)。對區(qū)域電磁環(huán)境動態(tài)性量化表征。本發(fā)明根據(jù)區(qū)域電磁信號表示和數(shù)學形態(tài)學理論， 不僅對區(qū)域L個接收點Ν個輻射源產(chǎn)生的電磁信號進行了建模，并且濾除了環(huán)境中突發(fā)噪 聲，實現(xiàn)了對接收信號的動態(tài)性表征。
[0021] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明方法中QPSK信號關聯(lián)維數(shù)D= 1. 7的曲線。
[0023] 圖2是本發(fā)明方法中QPSK和16QAM合成關聯(lián)維數(shù)D= 1. 8的曲線。
[0024] 圖3是本發(fā)明方法中DPSK和ASK合成關聯(lián)維數(shù)D= 1. 6的曲線。
[0025] 圖4是本發(fā)明方法中DPSKASK16QAMQPSK合成關聯(lián)維數(shù)D= 2. 2的曲線。
【具體實施方式】
[0026] 參照圖1-4。本發(fā)明區(qū)域電磁環(huán)境的動態(tài)特性表征方法具體步驟如下：
[0027] 步驟一、區(qū)域電磁環(huán)境信號表示。
[0028] N個福射源在某空間區(qū)域形成的電磁信號環(huán)境表不為L個點處電磁信號的集合：
[0029] {EjthEjt)，…上⑴} (1)
[0030] 其中，EiS接收點i處合成電磁信號，
[0031]
[0032]Ai⑴為電場的幅值，匕⑴為頻率，％·(〇為相位，叾.為場強方向或極化方向， 福射天線方向圖，為福射源i的j徑信號的傳遞函數(shù)，Σ表不傳輸信號多徑合成，Λf; (t) 為輻射源i相對接收點運動速度為Vi(t)時產(chǎn)生的頻移。
[0033] 步驟二、基于數(shù)學形態(tài)學的電磁環(huán)境信號處理。
[0034] 通過形態(tài)學混合開、閉運算交替濾波，濾除電磁信號中的脈沖噪聲和白噪聲。具體
公式如下，
[0035] (3)
[0036] (4)
[0037] 式中屯⑴是接收點一維離散電磁信號，取值范圍為Ejt)= {0，1，2，···，Ν-1} ;g(m)是結構元素，取值范圍為G= {0，1，2，···，Μ-1};十表示膨 脹算子，表示戈
；?表示腐蝕算子，表示為
[0038] 步驟三、基于分形理論求解電磁環(huán)境關聯(lián)維數(shù)D(m)。
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]式中Η是Heaviside函數(shù)，當r>0，H(r)為 1，r< 0 是H(r)為 0。 {Ei，E2，…，Ε1; ···}為區(qū)域形成的電磁合成信號的集合，重構延時后得到新集合記為：
:，τ為延遲時間，τ=kΛt，Λt是時 間序列的采樣時間間隔，N^N-On-l)τ為的總點數(shù)。
[0043] 參照表1首先運用Matlab模擬產(chǎn)生了四種不同調(diào)制方式的通信信號作為構成復 雜區(qū)域電磁環(huán)境的主要要素，其次對于其余的信號和雜波一并作為噪聲信號模擬產(chǎn)生。運 用基于數(shù)學形態(tài)學和分型理論對該區(qū)域四中不同調(diào)制的通信信號及其相互作用后信號關 聯(lián)維數(shù)的計算，解算其分行維數(shù)對區(qū)域電磁環(huán)境動態(tài)性進行特征。
[0044]表1仿真信號參數(shù)設置
[0045]
[0046]圖1所示曲線表示區(qū)域中是1. 4GHz的QPSK信號時接收點集合的關聯(lián)維數(shù)；直線 表示最小二乘擬合后，該區(qū)域的關聯(lián)維數(shù)。
[0047] 圖2所示曲線表示區(qū)域中是1. 4GHz的QPSK信號和1. 2GHz的16QAM合成時接收 點集合的關聯(lián)維數(shù)；直線表示最小二乘擬合后，該區(qū)域的關聯(lián)維數(shù)。
[0048] 圖3所示曲線表示區(qū)域中是1. 1GHz的DPSK信號和1. 2GHz的ASK合成時接收點 集合的關聯(lián)維數(shù)；直線表示最小二乘擬合后，該區(qū)域的關聯(lián)維數(shù)。
[0049] 圖4所示曲線表示區(qū)域中是1. 1GHz的DPSK信號、1. 2GHz的ASK、1. 4GHz的QPSK 信號和1. 2GHz的16QAM合成時接收點集合的關聯(lián)維數(shù)；直線表示最小二乘擬合后，該區(qū)域 的關聯(lián)維數(shù)。
【主權項】
1. 一種區(qū)域電磁環(huán)境的動態(tài)特性表征方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟一、將N個輻射源在某空間區(qū)域形成的電磁信號環(huán)境表示為L個點處電磁信號的 集合： -,EL(t)} (1) 其中，EiS接收點i處合成電磁信號，式中，Ajt)為電場的幅值，&(〇為頻率，&(?)為相位，g為場強方向或極化方向，F(xiàn)iS 福射天線方向圖，為福射源i的j徑信號的傳遞函數(shù)，Σ表不傳輸信號多徑合成，Λf; (t) 為輻射源i相對接收點運動速度為Vi(t)時產(chǎn)生的頻移； 步驟二、基于數(shù)學形態(tài)學的電磁環(huán)境信號處理； 通過形態(tài)學混合開、閉運算交替濾波，濾除電磁信號中的脈沖噪聲和白噪聲；具體公式 如下： 開運算：(Ei〇g) (n) =EiΘg?g (3) 閉運算：(Ei·g) (n) =Ei?gΘg (4) 式中，Ejt)是接收點一維離散電磁信號，取值范圍為Ejt) = {0, 1，2,… ，N-1} ;g(m)是結構元素，取值范圍為G= {0, 1，2, "·，Μ-1} ; ?表示膨脹算子，?Θ表示腐蝕算子，表示為步驟三、基于分形理論求解電磁環(huán)境關聯(lián)維數(shù)D(m);式中，Η是Heaviside函數(shù)，當r>0,H(r)為 1，r< 0 是H(r)為 0 ; {Ε1;E2,…，…} 為區(qū)域形成的電磁合成信號的集合，重構延時后得到新集合記為：Yn(m，τ) = (En，En+1，… En+〇n1)τ)，η= 1，…，Nm，τ為延遲時間，τ=kΛt，Λt是時間序列的采樣時間間隔，Nm = N-(m-l)τ為的總點數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種區(qū)域電磁環(huán)境的動態(tài)特性表征方法，用于解決現(xiàn)有區(qū)域電磁環(huán)境的動態(tài)特性表征方法實用性差的技術問題。技術方案是：首先，基于信號基礎理論對區(qū)域接收點處電磁信號集合的進行建模；其次，利用數(shù)學形態(tài)學濾波原理對接收的電磁信號集合進行交替濾波，濾除電磁信號中的脈沖噪聲和白噪聲；最后，運用分形理論求解電磁環(huán)境接收點集合的關聯(lián)維數(shù)。對區(qū)域電磁環(huán)境動態(tài)性量化表征。本發(fā)明根據(jù)區(qū)域電磁信號表示和數(shù)學形態(tài)學理論，不僅對區(qū)域L個接收點N個輻射源產(chǎn)生的電磁信號進行了建模，并且濾除了環(huán)境中突發(fā)噪聲，實現(xiàn)了對接收信號的動態(tài)性表征。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105389431
【申請?zhí)枴緾N201510750250
【發(fā)明人】郭淑霞, 張磊, 高穎, 王亞鋒, 陳旭, 于學偉, 董文華, 劉瑞兵, 李瑛
【申請人】西北工業(yè)大學
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月6日