复杂干扰（精选4篇）
复杂干扰 篇1
现代信息化战场上,军队的指挥自动化、武器自动化控制、作战单元互联互通等都依赖于无线通信以实现信息传输,这使得无线通信在战争中的作用变得越来越重要。由于战时复杂电磁环境将对无线通信产生严重的干扰,那么密集、复杂、多变的电磁环境对无线通信产生的干扰是否可控、可减少、甚至可避免呢?对此应在了解复杂电磁环境基本情况的基础上,通过研究复杂电磁环境对无线通信的干扰,包括干扰种类、干扰方式、干扰强度等方面逐步解决。
1 复杂电磁环境的概念和特点
电磁环境是某一特定空间范围内存在的所有无线电波在频率、功率和时间上的总分布,是特定时间和空间内所有电磁能量的总和,可用电磁场强分布表示。而复杂电磁环境特指在一定空间范围内,由空间域、时间域、频率域上分布数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交迭的电磁能量所构成的电磁环境[1]。在空域上,各种电磁辐射密集交织,分布情况各不相同,并且受电波传播条件的影响,电磁环境的空间分布十分复杂;在时域上电磁辐射随时间而变化,具有强烈的动态性和流动性;在频域上,电磁辐射所占用的频谱不断拓宽,信道越来越拥挤,相互干扰增加,频谱管理十分复杂;在能量域上,电磁环境中的电磁能量不断增加。因此,电磁波在空域上的纵横交错、在时域上的流动多变、在频域上的密集交叠、在能量域上的不断增加,是复杂电磁环境的基本特点。
2 复杂电磁环境对装甲部队无线通信造成的干扰
由于战时复杂电磁环境中电磁波数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交迭,因此对装甲部队无线通信产生的干扰也呈现出多样性。为使对这些干扰的研究具有科学性及系统性,下面主要从干扰信号的频率、调制方式、强度等几个方面进行分析。又由于装甲部队无线通信网主要工作在短波和超短波波段,所以主要针对短波和超短波电台工作模式进行分析。
2.1 针对干扰信号频率的分析
由于复杂电磁环境的影响,无线信号在空间传播过程中会混入大量干扰信号,收信端接收信号为各种合成信号,这些信号既有有用信号成分,又有其它频率成分。其中的非有用成分,有的与信号频率相同,会直接干扰信号;有的虽然与信号频率相差较远,但如果能够通过高频选择回路加到高放或变频器,在高放管和变频管的非线性作用下相互组合而进入收信机的中频通道,也会形成干扰,这些干扰主要有以下几种。
(1) 同频干扰。
当复杂电磁环境中干扰信号的载频(中心频率)与有用信号频率重合,或干扰信号和有用信号的频谱宽度相同时,会对无线通信产生干扰。当干扰信号与有用信号频率重合的准确度较差,即干扰信号频谱与有用信号频谱没有完全重合,干扰频谱全部或绝大部分通过收信机的频率选择回路,也能形成一定程度的干扰。
(2) 组合干扰。
复杂电磁环境中的干扰信号与收信机本振同时,作用于前端非线性电路,会产生这两者的任意次谐波的组合频率。一旦组合频率落入中频通道,就会形成对收信机的干扰,这种干扰称为组合干扰。式(1)是形成组合干扰的条件。
式中,m,n为任意正整数,f1为干扰频率,fL为收信机本振频率,fi为收信机中频频率,B为收信机中频通道带宽[2]。
(3) 互调干扰。
复杂电磁环境下两个或多个电台干扰同时作用于收信机的输入端,由于前端电路的非线性作用,产生这些频率间的组合频率。若其中某些组合频率等于或接近于有用信号频率,就会对收信机形成干扰。例如有两个干扰,其频率分别为f1和f2,即使这两个干扰远离收信机调谐的信号频率fs,但只要进入高放管的非线性区,那么在高放级的输出电流中就会有这两个干扰频率的组合频率分量,即频率为
(4) 邻近波道干扰。
复杂电磁环境下如果频率分配不合理,相邻电台频率相距较近,收信机的高频滤波器和中频滤波器不能将其滤除,就会加到检波器上而形成对信号的干扰。这种干扰称为邻近波道干扰。
在装甲部队无线通信中,复杂电磁环境下对频率产生的干扰还有其它情况,这里只是分析了比较典型的几种。
2.2 针对干扰信号调制方式的分析
在装甲部队无线通信网中通信设备以短波和超短波电台为主,其信号调制方式主要采用单边带调幅(SSB)、调频(FM)和相移键控(2PSK)。下面针对常见信号样式进行分析。
2.2.1 对SSB信号干扰分析
对于一般的模拟调制信号,载频都在信号的频谱中心,用载频差就可以反映干扰与信号在频域上的重合程度。而对于SSB信号就不是这样了,一个上边带信号,如图1(a)所示,它的载频低于信号的所有频率分量,由于SSB信号抑制了载频,这个载频在实际中是不存在的。对SSB信号的干扰分析分两种情况,一种是对准载频的干扰,另一种是对准信号频谱中心的干扰。
(1) 对准载频的干扰。
选择干扰的调制信号带宽等于信号的调制信号带宽,若干扰的调制信号为噪声,并设它在带内有均匀的频谱。
AM噪声调制干扰的频谱,如图1(b)所示。由于接收机边带滤波器的作用,AM噪声调制干扰的下边带及载波被抑制,可见AM调制干扰信号对SSB通信干扰的效率很低,大部分干扰能量被抑制。
FM噪声调制干扰,如图1(c)所示。设FM干扰信号的频谱在带内是均匀的,则接收机边带滤波器将至少滤除一半的干扰分量,接收机输出干信比为输入干信比的一半。
SSB调制干扰信号干扰SSB信号,SSB调制干扰信号,如图1(d)所示。当用SSB干扰信号干扰SSB信号时,干扰信号的边带与被干扰信号的边带相同,由图可以看出,采用SSB干扰与FM干扰在干扰效果上类似。
(2) 对准频谱中心的干扰。
选用与对准载频的干扰中完全相同的干扰信号样式进行分析,所不同的仅仅是干扰与信号频谱对准的位置不同,即用干扰的频谱中心对准信号的频谱中心,如图2所示。
采用AM调制干扰将有别于对准载频时的情况,此时载波通过接收机的边带滤波器,由于AM信号中载波携带能量较大,所以AM调制干扰对准被干扰的SSB信号频谱中心的干扰效果要比对准载频好。
采用FM干扰时,由于干扰信号的频谱在带内是均匀的,如图2所示,通过接收机边带滤波器的干扰分量与对准载频时的相差较小,所以对准频谱中心与对准载频时的干扰效果基本相同。
对于SSB干扰来说,对准频谱中心的干扰应使干扰与信号频谱完全重合。因此其与对准载频的SSB干扰效果完全相同。在这种情况下,干扰时为上边带还是下边带就无关紧要了[3]。
综上所述,噪声调频干扰和单边带调幅干扰对SSB信号的影响较大,在电台组网中应考虑这些干扰影响。
2.2.2 对FM信号干扰分析
为分析问题简便,设FM通信信号为单频调制信号,从频谱的角度分析FM信号受到单频正弦干扰和调频波干扰的情况。
FM信号频谱,如图3所示,FM信号频谱由载波分量和无限多对上下旁频分量之和表示。这些旁频分量是和载波分量的频率相差n倍的调制信号频率,n为任意正整数。
从频谱上分析当干扰信号载频与FM信号载频相接近时,在接收机端,信号与干扰叠加通过带通滤波器,两种干扰都会对FM信号产生影响,但由图3可见,噪声调频干扰的影响要比单频正弦干扰大些。
2.2.3 对2PSK信号干扰分析
由于2PSK信号解调需要一个与信号载波相同的本地参考载波,实现技术难度较大,所以实际中应用较多的是2DPSK信号,干扰选择正弦波和相移键控信号进行分析。
(1) 正弦波干扰2DPSK信号。
干扰仍选择单频正弦干扰,且干扰与信号的载频差为零,干扰的相位在整个干扰作用过程中相对固定。当信号发“0”码时,信号前后码元相位差为0,此时干扰与信号都没有相位变化,它们合成波的相位也没有变化。所以无论干扰大小,当信号为0码时,不会出现错误接收,误码率为0。当信号发“1”码时,信号前后码元相位差为π。由于信号相位发生了变化,所以合成波的相位一般要发生变化,相位变化的大小取决于干扰与信号幅度的大小。通过计算可知若2DPSK信号1,0码等概率出现,则总的误码率为
通过以上分析可知,只有当前后码元中信号与干扰的相位差发生改变,且干扰幅度大于信号时,才出现错误接收[4]。
(2) 相移键控干扰2DPSK信号。
与正弦干扰不同,若采用相移键控(2PSK 或2DPSK)干扰,当信号发0码时,可能会因干扰反相跳变而引起错码。而当信号发1码时,有可能由于干扰也发1码反相跳变而不发生错码。所以,采用相移键控干扰2DPSK信号时,只有当干扰与信号不同时为1码或0码,并且干扰幅度大于信号时才出现错误接收。若当信号及干扰的1,0码出现概率相等,且干扰与信号中只有一个码元反相时,误码率如式(3)所示。
比较式(2)和式(3)可知,采用1,0码等概率的相移键控干扰2DPSK信号与采用正弦波干扰2DPSK信号的干扰效果相同。
2.3 针对干扰强度的分析
无线通信质量的优劣与发射机的发射功率和接收机的灵敏度有着密切关系。复杂电磁环境中的干扰信号要有足够大的功率,才能真正对接收机的接收信号造成影响。
当电台发射机的功率、干扰设备与通信系统的相对位置一定时,根据通信干扰方程,如式(4)所示。
其中,PjE和PsE分别为干扰和信号发射机的有效功率,K为压制系数,Lsr与Ljr是信号和干扰到达接收机的距离函数,它与电波传播条件有关,称为线路衰减;Gsr,Grs,Gjr和Grj为各天线增益[5]。干扰强度随着PjE的增加而增强,当增加到一定程度使接收系统发生“门限效应”时,无论何种样式的干扰都会对接收机产生严重影响。
3 针对电磁干扰情况改进抗干扰技术
虽然复杂电磁环境对装甲机械化部队无线通信的干扰如同环境本身一样,是密集、复杂、多变的,但通过分析产生干扰的因果关系,综合各种因素、采取有效措施,干扰也是可控、可减少的。但这将涉及到建制、机构、技术等,这里仅就抗干扰技术方面谈几点建议。
(1) 采用认知无线电技术改进我军电磁频谱动态管理。
结合战场频谱监测系统,采用认知无线电技术进行广域自适应的频谱接入和动态频率选择。在战场电磁环境极其复杂、电磁频谱资源相对有限的作战条件下,采用这种技术在已指配的频段内实时监测存在的空闲频段,一旦发现可用频段,将动态的产生合适的信号波形,当探测到主要用户用频需求时,自适应的信号传播将停止。该技术不仅能够提高频谱的再利用率,而且在无线系统开设时间有限、难以实现频谱协调使用的情况下,可用于应急和猝发通信。
(2) 引入全局最优化算法改进频率指配和复用方法。
频率指配和复用方法引入科学算法,如遗传算法、模拟退火算法、禁忌搜索算法等全局最优化算法,实时动态地考虑时域、频域、空域,全方位的指配和复用,保证用频方案一直处于最优化。
(3) 采用软件无线电技术从本质上改进发送、接收设备性能。
经过无线通信干扰分析,许多干扰是由于接收设备内部电路的非线性引起的,采用软件无线电技术,将从本质上改进发送、接收设备性能。软件无线电电台将减少功能单一、灵活性差的硬件电路,而采用可编程能力强的高速DSP对信号进行处理,它甚至能将叠加在一起的4种信号完全分离,抗干扰性明显加强。
4 结束语
复杂电磁环境对装甲机械化部队的影响不仅在无线通信领域,还涉及到作战指挥、情报侦察、武器制导、电子对抗等各领域,而文中针对复杂电磁环境对无线通信干扰的分析只是其中的一部分。
参考文献
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[6]王汝群.战场电磁环境[M].北京:解放军出版社,2006.
复杂干扰 篇2
1 系统设计原理
为了提高传统系统在复杂环境下的信号采集能力, 本文设计了一套可以应用到复杂环境下的通信信号采集系统。具体的设计方法如下。
通信信号采集系统架构设计, 系统是基于Zig-Bee原理, 以树型网络为基础, 通过CC2430 处理器, 以无线通信信号状态监测器为节点, 以PC机连接协调基站为控制中心, 完成实时通信信号采集功能。
系统能够自主、准确地获取数据, 并进行相应的操作。设计分为四个部分。
( 1) 无线通信信号监测器: 包含MODEL2420 三轴加速度传感器, 对通信信号进行合理的监控。
( 2) 传感器节点中包含数据分析模块, 能够获取邻近区域中的节点信息, 并对相应的节点中的信号类别、定位坐标以及数量进行分析。
( 3) 监测范围中的信号传感器模块, 模块采用射频端的无线通信方式, 将通信源状态数据和相关范围中的通信节点信息, 传递到协调器中。
( 4) 通信信号特征辨识模块: 负责对协调器采集网络中不同节点传递的数据进行解码处理, 对不同传感器节点中的信息和邻近区域中节点信息进行分类, 再将这些信息传输到控制基站中的服务程序, 最终为信号采集系统提供可靠的数据。系统的整体的结构图, 用图1 描述。
图1 中的信号监测范围中的信号具有三种类别的通信信号, 记为I种信号、II种信号以及III种信号。节点获取外部信息和邻居范围中节点信息后, 采用无线通信技术将相关数据传输到协调器节点, 再传输到控制基站, 为相应的信号分析人员提供实时准确的信息。
2 系统硬件设计与实现
2. 1 通信信号协调器节点硬件实现
当前通信环境的多样性造成了通信信号往往伴随着随机性特征, 流量变化也是不定的。因此信号采集系统中对相关硬件性能的要求也不断增加, 要求其具有较强的操作性能、存储性能以及通信性能。以往的通信信号采集系统的协调控制体系不健全, 导致信号采集发生冲突的概率增加。本文采用一种Zig Bee信号收集协调器, 其硬件主要由CC2430 模块、改进型电源模块、高清晰液晶显示模块、高速率输入输出模块和发射天线构成, 这种设计方式能够确保系统具备充足的能量。协调器节点可以增强信号采集系统的总体性能, 并且可确保Zig Bee的低成本以及低功耗的要求, 并且满足其在2. 4 GHz ISM波段中的有效应用。该协调器节点中的CC2430 主要由高性能的2. 4 GHz DSSS射频收发器以及体积较小的8051 控制器部件构成。
2. 2 信号采集传感器节点硬件实现
信号传感器节点通过嵌入式技术进行信息采集, 各监测节点的数据操作、保存以及通信性能, 同节点大小、生产成本以及电池的能耗量具有较强的关联性。信号采集系统使用Zig Bee传感器节点, 并且该节点的硬件主要由CC2430 模块、三轴加速度传感器、高效电源模块、高速率输入输出模块以及发射天线等部件构成, 用图2 描述。
节点采用MODEL2420 三轴加速度传感器, 该传感器是一种微机械电容式加速传感器, 采用3 轴加速度传感技术、氮阻尼以及3320 模型, 通过G-LOGGERT、输出数字脉冲密度以及序列化进行分析, 确保部件具备较高的检测效率以及抗电磁影响性能, 该传感器具备四种加速度监测范围, 是一种单芯片传感器。
3 系统软件设计
传统的信号采集系统随着环境复杂程度的增加, 系统对特定信号的采集出现了较大弊端, 搜索信号时间的增加, 导致信号采集存在延迟性, 因而本文设计了一种简化的信号采集软件算法, 算法的功能如下:
( 1) 对新信号进行及时的监测, 对每个传感器节点进行唯一的标识。
( 2) 等待各个信号监测传感器节点反馈数据, 将通过自组织途径融入监测网络的所有传感器节点传输的数据, 传递到协调器节点数据库中。
( 3) 协调器节点将自主、集中获取的数据传递到控制基站, 控制基站通过监测算法及时分析相应的数据。
( 4) 软件算法的设计流程用图3 描述。
算法的规划原理为: 如果待挖掘信号数据集用X表示, 其中存在n条记录, m个属性ai ( i = 1, 2, …, m) , 若前r个属性是数值型, 后 ( m - r) 个属性是字符型。则采用基于划分的聚类算法将不同的数值型属性ai ( i = 1, 2, …, m) 值分割成li个模糊集, 并设置不同记录属于相应模糊集的隶属度, 按照信号属性的值对不同的字符型属性进行分类排序, 设置各记录属于对应划分的隶属度分别是0 或1, 再将全部隶属度的数据集当成新数据集, 通过模糊关联规则方法对其进行挖掘。
模糊关联规则方法的相关概念如下:
模糊支持度Fuzzy Supp ( B) : 任一模糊属性集B = { b1, b2, …, bp} 的模糊支持度如式 ( 1) 所示:
式 ( 1) 中, n用于描述记录数, B表示隶属度, Fuzzy-Supp ( B) 表示第j个记录在bt上的隶属度。模糊支持度Fuzzy Supp ( B≥D) : 任意模糊属性集B = { b1, b2, …, bp} ≥D = { d1, d2, …, dq} 的模糊支持度, 如式 ( 2) 所示:
模糊置信度Fuzzy Conf ( B≥D) , 如式 ( 3) 所示:
采集模糊关联规则的频繁项集的过程同关联规则具有一致性, 通常是将模糊支持度Fuzzy Supp高于最小支持度min_supp的项集当成频繁项集。将模糊置信度Fuzzy Conf高于最小置信度min_conf的规则当成分析标准, 采用冗余过滤方式, 降低信号挖掘时间, 提高信号挖掘效率。
通过以上分析可得, 获取模糊关联规则的过程为:
( 1) 设置最小支持度 ( min_support) 以及最小可信度 ( min_confident) , 提取不同信号属性的粒度, 通过基于划分的聚类算法对数值属性进行聚类, 通过实际值对分类属性进行分类。
( 2) 按照最小支持度, 运算不同属性值的模糊支持度, 最终得到模糊频繁项集。
( 3) 按照最小置信度, 运算含有属性集值的模糊置信度, 得到符合最小置信度的规则。
( 4) 优化信号冗余规则, 过程4 获取的规则中, 若存在X≥YZ且XY≥Z ( 或XZ≥Y) , 则仅保留X≥YZ规则。
4 系统测试
以真实系统为例, 系统的实物图如图4 所示。
图4 中, 实物通信信号采集系统中1、2、3、4 分别表示无线通信信号监测器、传感器节点中包含数据分析模块、监测范围中的信号传感器模块和通信信号特征辨识模块。验证本文设计的通信信号挖掘辨识系统的有效性, 实验检测信号的线谱成分主要分布在400 Hz以下。信号源的运行速度较低, 具备较低的连续谱特征, 以某潜艇的航载通信信号为测试用例, 旋转运行形成的离散线谱特征较为显著, 并且具有较低的频率, 通常小于100 Hz。实验采用的实际通信信号的原始采样频率是48 k Hz, 将原始采样信号的采样频率降低到200 Hz, 进而能够对0 ~100 Hz频段内的线谱信号进行有效的分析, 并且将其中的50 个采样点当成训练数据, 50 个采样点当成测试数据。
分别采用传统的信号采集系统以及本文设计的信号采集系统对原始信号进行采集, 详细的结果分别用图5 以及图6 描述, 图中横轴表示时间, 时间的单位是s, 纵轴表示采样值, 采样值的单位是Hz。
分析图5 以及图6 可得, 当信号规模较小时, 传统系统采集到的信号频谱中的线谱信号较少, 而本文系统获取的信号频谱中的信号频率分别是46. 236 Hz、50 Hz、63. 276 Hz、74. 635 Hz、84. 835Hz、92. 514 Hz以及95. 128 Hz的线谱成分很清晰地显现出来, 说明本文设计的系统有着较好的性能。
取50 个样本点, 同时发出信号, 采用本文系统和传统系统对信号进行采集, 采集结果如图7 所示。
由图7 结果可知, 在同样复杂环境中, 相同时间内本文系统采集到的信号量远比传统系统多, 由图中曲线的斜率可知, 随着时间的增加, 本文系统采集信号的速度远高于传统系统, 说明本文设计的系统有着较好的性能, 适合广泛应用。
5 结束语
本文研究并设计了一种新的适应复杂环境的通信信号采集系统。以某潜艇的航载通信信号为测试用例, 完成系统测试, 测试结论如下。
( 1) 分析图5 以及图6 可得, 当信号规模较小时, 传统系统采集到的信号频谱中的线谱信号较少, 而本文系统获取的信号频谱中的信号线谱成分很清晰地显现出来, 说明本文系统对复杂环境下的信号采集有着较好的优势。
( 2) 系统完成采集的时间得到了一定程度缩减, 主要是由于在复杂环境下, 信号采集的过程在系统中得到了一定程度的简化, 消除了外界复杂环境干扰因素, 给系统的采集效率带来了一定程度的提升。
参考文献
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[3] 许晓玲.基于计算机视觉的逃逸车辆识别系统设计与研究.科技通报, 2012;11 (28) :176—178
[4] 张宏锋, 李文锋.基于ZigBee技术的无线传感器网络的研究.武汉理工大学学报, 2006;28 (8) :12—14
复杂干扰 篇3
复杂断块油藏地质特征十分复杂, 油层连通性差。严重的非均质与不良的连通性使得压力分布严重不均衡。加强对注采井间复杂连通关系的认识对于复杂断块油藏的开发具有重要的意义。利用干扰试井资料, 结合油藏开发实际情况, 细分内部期次, 可以重新认识复杂断块油藏的连通关系, 为开发方案的优化及调整提供依据。
1 了解井与井之间地层的连通关系
在复杂断块油藏由于存在岩性边界的砂岩地层内, 虽然两口井之间作为砂层是对应的, 但是作为有效层, 并不一定能够互相对应, 这就导致两口井在地下并不连通。
为确定F142-X506井组的井间连通性, 为下一步注水开发提供重要的基础数据。以F142-X506井为激动井, F142-X512井为观察井, 进行了干扰试井测试。干扰测试曲线如图1所示。
激动井F142-X506井压裂进行正向激动, 正向激动约37小时后观察井F142-X512井的压力上升速度开始增大;激动井F142-X506井排液进行反向激动, 反向激动约58小时后压力上升速度逐渐变缓。说明观察井接收到了激动信号, 分析认为F142-X506井与F142-X512井是连通的。解释得到井间连通渗透率为3.77×10-3μm2。
2 低序级断层封堵性评价
以干扰试井测试为基础, 对测试资料进行深入分析, 确定低序级断层的伸长度, 评价其封堵性。干扰试井可以为复杂断块油藏低序级断层的准确描述提供有效的技术支持, 为复杂断块油及储层变化大的油藏的井网部署、注采系完善提供可靠的依据。
为完善W4区块井网, 初定在W4-X12井与W4-X13井之间部署一口加密井, 但对两井之间断层是否密封难以确定, 为此在对两井进行干扰测试。干扰测试曲线如图3所示。
通过干扰测试发现, 激动井工作制度改变引起了观察井井底压力相应变化, 说明W4-X12井与W4-X13两井是连通的, 解释得到井间平均渗透率0.15×10-3μm2, 说明两井间连通性较差。分析认为, W4-X12井与W4-X13井间断层不完全封堵, 为泄露性断层。
3 地层各向异性研究
利用干扰试井资料, 结合油藏开发实际情况, 细分内部期次, 重新认识该油藏平面上的连通关系, 为开发方案的优化及调整提供依据。
Y22块油藏渗透率平面非均质性分布及渗透率方向性有待进一步确定, 平面非均质性变化趋势和局部分布规律不清楚。针对该块存在的问题, 以Y22-2为激动井, 周围8口井为观察井进行群井干扰试井, 观察井下入高精度电子压力计, 激动井注水激动。
通过干扰测试明确了Y22块各井连通情况, 计算得到了地层连通参数, 与22-2连通的井有22-22、22-13、及22-x12井;不连通的井为22-x1、22-23及22-43;连通性差的井有22和22-42井。
4 结论
(1) 干扰试井可以确定井与井之间地层的连通关系、井间断层的密封性、井间连通参数、裂缝方位以及地层各向异性等, 对于储层的了解能力, 是一般的单井不稳定试井所不具备的。
(2) 利用干扰试井资料, 结合油藏开发实际情况, 可以重新认识复杂断块油藏的连通关系, 为复杂断块油藏油藏部署开发井网、完善注采关系, 实施高效注水开发提供可靠的科学依据。
摘要：复杂断块油藏具有非均质严重、连通性复杂等特点, 利用干扰试井能够有效判断井间断层是否存在及其封堵性, 确定断层的伸长度, 认识油藏平面上的非均质性, 研究地层的各向异性, 计算井间的储层物性参数等。干扰试井解释结果可以为复杂断块油藏及储层变化大的油藏部署开发井网、完善注采关系, 实施高效注水开发提供可靠的科学依据。
关键词：干扰试井,断块油藏,试井解释,储层连通性,应用
参考文献
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复杂干扰 篇4
随着各种新技术、新体制雷达不断涌现,现代的雷达抗干扰技术已经发展到了相当高的水平。现代雷达为了抑制干扰,往往采用多种抗干扰手段;相应地,一些新型干扰装备和干扰技术也随之出现[1]。雷达干扰和雷达抗干扰作为一对对立统一体,正是在这种相互制约相互促进的过程中共同发展的。雷达抗干扰效能是衡量雷达对抗中抗干扰是否有效和雷达设备性能优劣的重要指标,如何准确、客观、快捷地评估雷达抗干扰效能,对雷达、干扰双方均具有重要的现实意义[2]。
伴随信息化的不断发展,复杂电磁环境已经渗透到战场的方方面面,同时也对雷达的效能产生了十分深刻的影响。复杂电磁环境是指在一定的空域、时域、频域和功率域上,对武器装备运用和作战行动产生一定影响的电磁环境[3]。这个定义强调,只有在特定的战场空间内,在时间使用、频谱使用、功率变化等方面,形成了信号密集、种类繁杂、对抗激烈、动态多变,对战场感知、指挥控制、武器装备作战效能发挥以及战场生存等产生严重影响和制约作用的电磁环境,才被称为复杂电磁环境。
以往的雷达抗干扰效能评估大都基于单纯的计算机仿真,这种方法无法模拟真实的战场环境,得出的结果可信度不高[4]。在对雷达抗干扰作战效能进行评估时,必须将雷达置于一个特定的复杂电磁环境中,只有这样才能充分反映雷达的抗干扰性能,有效地考核雷达在贴近实战的复杂电磁环境条件下的作战效能。文章基于此思想,通过分析评估准则,研究指标体系构建原则。针对压制性干扰和欺骗性干扰两种不同干扰样式,构建了相应的抗干扰效能评估指标体系。
1 评估准则
评估雷达抗干扰效能是一个复杂的系统工程问题,由于其涉及面广,不同的领域,考虑的角度不同,评估的准则也就不同。在这方面,国内外专家进行了不懈的努力,从不同的角度出发,提出了功率准则、信息准则、效率准则、概率准则和时间准则等几方面的评估准则[5,6]。这些准则从不同的方面反映了雷达在采取抗干扰处理前后工作性能的变化程度。
1.1 功率准则
功率准则也称干信比准则,它通过干扰条件下,系统干扰与信号的功率比的变化来评估干扰效能,通常采用压制系数、自卫距离等功率性的量来表示。功率准则主要针对压制性干扰而言,是提出较早应用广泛的评估准则。压制系数的定义为:雷达在噪声干扰条件下,发现概率下降到给定值时,雷达接收机输入端的最小干扰信号比。压制系数仅能够确定对某雷达干扰时所要求的最小干扰功率,它不能反映干信比低于压制系数时的干扰效能。
1.2 信息准则
信息准则是从信息损失的角度来评估雷达抗干扰效能的,它用抗干扰处理后雷达信号中所包含的目标信息量的变化来评估抗干扰效能。该准则概念清晰,理论严密,能够正确体现雷达的抗干扰能力,但计算复杂,目前未能得到广泛应用。
1.3 效率准则
效率准则又称战术应用准则,是在干扰条件下,雷达完成本身使命的能力,如搜索雷达对目标的检测能力、跟踪雷达对目标的跟踪能力,它们的变化能直观地反映雷达抗干扰效能。该准则具有直接性、全面性以及可测性等优点,是在试验及解析分析中都被广泛采用的准则。
1.4 概率准则
概率准则反映了没有考虑具体干扰样式的条件下,在未采取或者采取抗干扰措施的条件情况下,雷达实现同一性能指标的概率。常用的衡量指标有雷达抗欺骗干扰概率、雷达抗干扰成功概率、雷达发现概率等。该准则概念清楚,但较难分析和计算。
1.5 时间准则
在特定条件下,雷达系统的各个工作环节都需要一定的时间。雷达发现目标、识别目标、信号处理等都需要时间。反应时间的早晚能够直观反映出系统性能的优劣。当有干扰时,各个环节的反应时间将有所延迟,因此时间准则是一种直观且有效的抗干扰效能评估准则。
综上所述,雷达抗干扰效能评估准则已经从早期的由雷达操作人员简单地分为“抗干扰有效”、“抗干扰无效”的初始阶段,发展到后来的利用功率、信息、效率、概率和时间等方面指标精确定量评估的阶段。但由于雷达功能及雷达对抗的多样性,现在还没有针对所有干扰情况的统一的抗干扰效能评估方法,一般都针对具体对抗双方选择最能反映雷达采取抗干扰措施前后性能变化的指标来评估抗干扰效能。
2 指标体系的构建原则
评估指标体系是评估系统的一个重要组成部分,它是指一套能够全面反映所评估对象的总体目标和特征,并且具有内在联系、起互补作用的指标的集合[7,8]。
在文中,雷达抗干扰效能并不是一个真实存在的、可以直接被测量的量,所以一般需要根据雷达的功能选择最能反映其工作能力变化的指标,利用对这些指标的综合处理得到抗干扰效能。然而在实际应用中,某些指标,例如雷达干扰条件下的信息熵、雷达信号的识别概率等难以实际测量,而另一些指标,例如雷达天线的低副瓣、脉冲压缩、宽-限-窄电路等抗干扰技术,作为雷达系统的固有组成部分,不需要也无法进行独立操作。因此,对雷达抗干扰效能进行评估,需要选取具有代表性和可测性的评估指标来建立评估指标体系。
由于雷达抗干扰效能评估指标的特点,在构建时,需要重点遵循以下基本原则:
2.1 指标的科学性
指标评估的内容要有科学规范性,各项指标的概念要科学、确切,有准确的内涵和外延,计算范围要明确,不能含糊其辞,更应避免加入个人的主观意愿。建立指标体系时,必须有科学的理论作支撑,能够反映雷达的客观实际情况,无论建立什么样的评估模型和采用什么样的评估方法,指标特性都必须是对客观实际的抽象描述。
2.2 指标的完备性
评估指标体系作为一个系统,应保持自身的整体完备性,并且毫无遗漏地体现所要达到的目标。评估指标体系的完备性原则本质上要求评估指标体系内的各项指标能够完全地描述和刻画评估对象的相应性能。由于雷达抗干扰效能评估的构成因素和影响因素的复杂性,在训练评估中,为了能够把握影响目标的主要因素,允许忽略一些虽有影响但次要的因素。强调指标体系的完备性就是要在任何时候都不能舍弃那些反映评估对象本质的指标。
2.3 指标的简明性
虽然指标的完备性原则要求指标体系全面反映评估目标的性能,但并不是多多益善,而是应该尽量简明扼要。简明性原则就是要求在满足完备性原则的前提下,尽可能减少指标数量,突出主要指标,以免造成评估指标体系过于庞大,给后续的评估带来困难。
2.4 指标的独立性
构建的指标体系中各项指标之间,应保持相互独立,防止相互包含,排除指标间的相容性。冗余指标的存在,不仅加大了评估的工作量,降低了评估的可行性,而且重复的指标被重复计算,等于加大了它的权重,自然会影响到整个评估的科学性。因此应避免各指标间的相互关联,使指标的选择既必要又充分。
2.5 指标的可测性
可测性是指标能够定量表示,即指标能够通过数学公式、测试仪器或试验统计等方法获得。指标本身便于实际使用,度量含义明确,具备现实的收集渠道,便于定量分析,具备可操作性。
3 指标体系的构建
雷达受到的干扰分为压制性干扰和欺骗性干扰两种。压制性干扰就是用噪声或类似噪声的干扰信号遮盖或淹没有用信号,破坏或阻碍雷达发现目标、测量目标参数。欺骗性干扰就是采用假的目标和信息作用于雷达的目标检测和跟踪系统,使雷达不能正确地检测真正的目标或者不能正确地测量真正目标的参数信息,从而达到迷惑和扰乱雷达对真正目标检测和跟踪的目的[9]。
根据评估指标体系的构建原则,文章分别针对压制性干扰和欺骗性干扰两种情况来构建雷达抗干扰效能评估的指标体系。
3.1 抗压制性干扰的指标体系构建
3.1.1 雷达自卫距离改善因子
雷达自卫距离改善因子是采取抗干扰措施后的自卫距离的改善程度与未采取抗干扰措施时的自卫距离的比值,该指标是基于战术应用准则构建的。具体计算公式如式(1):
式中,R为雷达受到干扰时的自卫距离,R′为采取抗干扰措施后的自卫距离。
3.1.2 探测精度改善因子
雷达采取一定的抗干扰措施,可以降低压制性干扰对雷达探测性能的影响,因此雷达的探测精度将有一定的改善。探测精度改善因子主要包括以下3个方面,且均是基于战术应用准则构建的。
(1)距离探测精度改善因子
该因子为雷达在采取抗干扰措施后距离探测精度的改善程度与未采取抗干扰措施时的距离探测精度的比值。公式如式(2):
式中,EMR为雷达受到干扰时的距离探测精度,E′MR为雷达采取抗干扰措施后的距离探测精度。
(2)方位探测精度改善因子
该因子为雷达在采取抗干扰措施后方位探测精度的改善程度与未采取抗干扰措施时的方位探测精度的比值。公式如式(3):
式中,EMα为雷达受到干扰时的方位探测精度,E′Mα为雷达采取抗干扰措施后的方位探测精度。
(3)俯仰探测精度改善因子
该因子为雷达在采取抗干扰措施后俯仰探测精度的改善程度与未采取抗干扰措施时的俯仰探测精度的比值。公式如式(4):
式中,EMβ为雷达受到干扰时的俯仰探测精度,E′Mβ为雷达采取抗干扰措施后的俯仰探测精度。
3.1.3 时间改善因子
该指标是基于时间准则构建的,主要有以下两个方面。
(1)有效截获时间(或发现时间)改善因子
“发现时间”可以认为是一个随机变量,设开始试验的时刻为零,到真实目标被雷达系统发现的时间间隔为T1。
比较采取抗干扰措施前后“发现时间”的变化,可以得到抗干扰效能的一种评估,公式如式(5):
式中,T1′为采取抗干扰措施后的“发现时间”。
(2)目标起始航迹平均时间改善因子
起始航迹平均时间是指每条航迹从程序开始到建立可靠航迹的平均时间。目标起始航迹平均时间改善因子定义为:雷达在采取抗干扰措施后起始航迹平均时间的改善程度与未采取抗干扰措施时起始航迹平均时间之间的比值,如式(6):
式中,T2为未采取抗干扰措施时的起始航迹平均时间,T2′为采取抗干扰措施后的起始航迹平均时间。
3.1.4 观察扇区改善因子
以雷达终端显示器视频质量为基础,通过简单的灰度检测,可计算出干扰扇面。由于对雷达视频显示质量的评价更直观、更容易量化,且与雷达的信噪比和杂噪比有一定的对应关系,因此,将雷达采用抗干扰措施前后雷达视频显示质量的评估作为对雷达抗干扰效能的评估方法是可行的。
压制性干扰对雷达进行干扰,是在雷达终端显示画面上出现密集亮点,即形成干扰扇区,淹没雷达回波信号亮点,从而使雷达有效观察目标的区域减小。雷达采取抗干扰措施后观察扇区改善的程度就可以用来评估雷达的抗干扰效能,可用式(7)来衡量雷达观察扇区改善的程度。
式中,SJ为雷达受到干扰时的观察扇区面积,S′J为雷达采取抗干扰措施后的观察扇区面积。该指标是基于雷达视频显示质量准则提出的。
3.2 抗欺骗性干扰的指标体系构建
3.2.1 抗欺骗性干扰成功率
在欺骗式干扰条件下,无论采用何种欺骗方式,反映雷达抗干扰效能的只有两种状态:受欺骗和不受欺骗。因此采用抗欺骗干扰成功率这个指标是可行的,因其概念清晰、测试方便,可操作性强,具有直接性、全面性、可比性和可测性。该指标是基于概率准则提出来的,在实际测量中,可以通过统计试验来得到。在某种欺骗性干扰的条件下进行Nd次试验,抗欺骗干扰成功的次数为Md,则得到在此特定条件下的抗欺骗干扰成功率,如式(8):
3.2.2 跟踪精度改善因子
(1)距离跟踪精度改善因子
该因子为雷达在采取抗干扰措施后距离跟踪精度的改善程度与未采取抗干扰措施时的距离跟踪精度的比值。公式如式(9):
式中,ETR为雷达受到干扰时的距离跟踪精度,E′TR为雷达采取抗干扰措施后的距离跟踪精度。
(2)方位跟踪精度改善因子
该因子为雷达在采取抗干扰措施后方位跟踪精度的改善程度与未采取抗干扰措施时的方位跟踪精度的比值。公式如式(10):
式中,ETα为雷达受到干扰时的方位跟踪精度,E′Tα为雷达采取抗干扰措施后的方位跟踪精度。
(3)俯仰跟踪精度改善因子
该因子为雷达在采取抗干扰措施后俯仰跟踪精度的改善程度与未采取抗干扰措施时的俯仰跟踪精度的比值。公式如式(11):
式中,ETβ为雷达受到干扰时的俯仰跟踪精度,E′Tβ为雷达采取抗干扰措施后的俯仰跟踪精度。
(4)速度跟踪精度改善因子
该因子为雷达在采取抗干扰措施后速度跟踪精度的改善程度与未采取抗干扰措施时的速度跟踪精度的比值。公式如式(12):
式中,ETv为雷达受到干扰时的速度跟踪精度,E′Tv为雷达采取抗干扰措施后的速度跟踪精度。
3.2.3 抗拖引成功率
拖引干扰的目的是使雷达目标航迹产生跟踪误差,进而失去跟踪目标。抗拖引成功率的公式为式(13):
式中,Np为实施拖引干扰的次数,Mp为干扰未将雷达波门脱离目标的次数。
4 结束语
雷达抗干扰效能是衡量雷达对抗中抗干扰措施是否有效和雷达设备性能优劣的重要指标,如何准确、客观、快捷地评价雷达抗干扰性能,对雷达、干扰双方均具有重要的现实意义。本文紧贴复杂电磁环境下的实战要求,对雷达抗干扰效能评估的指标体系进行了构建,提出了在恶劣电磁环境下对雷达抗干扰效能进行评估的具体指标要求,这些指标具有科学性、独立性和可测性,为今后的雷达抗干扰效能评估提供了一些思路和经验。
摘要：如何准确、客观、快捷地评估复杂电磁环境下的抗干扰效果对提高雷达在作战中的能力具有重要的现实意义。文章首先系统总结了现有的诸多评估准则,然后分析了构建指标体系需要把握的几个原则,最后针对压制性干扰和欺骗性干扰两种情况分别构建了雷达抗干扰效能评估指标体系。该体系概念明确,简明扼要,便于测量而又能够进行定量分析,具有较好的完备性和可测性。