CN103235844B - 一种复杂电磁环境仿真场景的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂电磁环境仿真场景的生成方法，包括：根据用户需求，确定需要创建的仿真电磁环境复杂度的等级值E，以及设置电磁环境基本配置参数；获取待测用频设备的基本信息；根据电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，获取电磁环境的复杂度等级值E0；根据E0、E，生成复杂电磁环境仿真场景。本发明可以分析判断用频设备在电磁环境中的可用性，对于复杂电磁环境下的用频设备的选择具有一定的指导意义；还可用于研究无线通信系统的电磁环境适应能力，抗干扰能力，可靠性等系统性能方面的分析。

Description

一种复杂电磁环境仿真场景的生成方法

技术领域

本发明涉及无线通信环境仿真技术领域，特别是涉及一种复杂电磁环境仿真场景的生成方法。

背景技术

复杂电磁环境是指在一定空间范围内，由空域、时域、频域、能量域上分布的数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交迭的电磁信号构成的电磁环境。现阶段利用计算机技术仿真电磁环境主要有两种方法：一种是功能仿真，另一种是信号仿真。功能仿真对电磁环境的功能、特性参数进行模拟，并不对具体信号的频率、相位进行模拟，所以它建立的是统计模型；信号仿真建立的是精确的数学模型，对具体信号的频率、相位进行仿真。这两种仿真方法各有优缺，相对而言，功能仿真要简单一些，运算量小一些，多用于系统级的仿真。信号仿真建模比较困难，运算量较大，需要速度快和运算能力强的计算机支持，多用于比特级的信号仿真分析。

目前，国内外对于复杂电磁环境构建还没有统一的评价标准。针对电磁环境的模拟仿真设计都集中突出电磁环境中的某个领域或者某一点，往往只考虑了电磁环境的客观性，复杂电磁环境的描述不具有主观相对性，没有考虑待测系统中用频设备间的电磁干扰，仅仅能够通过定性的方法构建仿真电磁环境，缺乏能够相对全面的定量的系统性的构建复杂电磁环境的方法。目前，在电磁环境复杂度的仿真设计和评定中，通常从客观角度选择电磁环境中物理特征(如：信号的密度、背景噪声平均功率、信号功率强度和频率重复度)进行复杂度定量的评估和描述，但是上述方法忽视了电磁环境复杂度的相对性(主观性)。在同一电磁环境中，用频设备的性能参数不同，特别是接收机性能的强弱以及接收机间的电磁干扰，决定了其不同的表现。因而，无法精准定量构建用户所需或和现实环境相一致的复杂电磁环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种复杂电磁环境仿真场景的生成方法，用以解决现有技术电磁环境仿真中无法精准构建用户所需或和现实环境相一致的复杂电磁环境的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种复杂电磁环境仿真场景的生成方法，包括：

步骤S101，根据用户需求，确定需要创建的仿真电磁环境复杂度的等级值E，以及设置电磁环境基本配置参数；

步骤S102，获取待测用频设备的基本信息；

步骤S103，根据电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，获取电磁环境的复杂度等级值E0；

步骤S104，当E0等于E时，则根据设置的电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，生成复杂电磁环境仿真场景；当E0小于E时，调整电磁环境基本配置参数，获取第i次修正后的电磁环境的复杂度等级值Ei，直至Ei等于E时，然后根据调整后的电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，生成复杂电磁环境仿真场景；当E0大于E时，输出无法生成复杂电磁环境仿真场景的结果。

进一步，设置电磁环境基本配置参数，包括：辐射源个数、辐射源类型、辐射源位置、工作时间、工作频段、发射功率、频谱占用FO的权重值、时间占有度TO的权重值、空间覆盖率SO的权重值和传播模型。

进一步，待测用频设备的基本信息包括：用频设备的位置、工作时间、工作频段、发射功率、天线增益和电磁环境门限。

进一步，待测用频设备的基本信息以文件接口方式导入。

进一步，调整电磁环境基本配置参数，是指调整参数FO、TO和/或SO的数值。

进一步，选择FO、TO和SO中权重值最高的参数进行修正。

进一步，当Ei大于E时，从FO、TO、SO中选择数值最大的参数进行修正，将其参数设置减小；当Ei小于E，从FO、TO、SO中选择数值最小的参数进行修正，将其的参数设置增大；其中，Ei是第i次修正参数后得到的电磁环境的复杂度等级值。

进一步，修正参数时，修正后的参数值等于修正前的参数加上校正参数值，首次校正参数值为初始电磁环境设定参数的一半，第n次校正参数值为第n-1次校正参数值的一半；校正参数值为正数或负数。

本发明有益效果如下：

本发明可以分析判断用频设备在电磁环境中的可用性，对于复杂电磁环境下的用频设备的选择具有一定的指导意义；还可用于研究无线通信系统的电磁环境适应能力，抗干扰能力，可靠性等系统性能方面的分析。

附图说明

图1是本发明实施例中一种复杂电磁环境仿真场景的生成方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明在电磁环境复杂度的仿真设计和评定中，引入待测无线通信系统场景参数，选择信噪比空间(根据用频设备接收机性能参数指标和设备在电磁环境中工作表现)度量电磁环境复杂度评价的方法，并且定义了明确的数据接口和算法表达形式，能够从主、客观多角度的定量的模拟和评估仿真电磁环境。此外，本发明独创性的将复杂度评定算法和回溯优化算法相结合，实现定量化、自动化的生成用户所需要不同等级复杂度的仿真电磁环境场景。

如图1所示，本发明实施例涉及一种复杂电磁环境仿真场景的生成方法，包括：

步骤S101，根据用户需求，确定需要创建的仿真电磁环境复杂度的等级值E，以及设置电磁环境基本配置参数；

本步骤中，用户根据自己的需要，首先确定需要创建的仿真电磁环境复杂度的等级值E，例如假设需要创建I级复杂度的电磁环境，E可在0-10％之间取一个值)，然后设置电磁环境基本配置参数，包括：辐射源个数、辐射源类型、辐射源位置(运动轨迹)、工作时间、工作频段、发射功率、权重设置(指定FO、TO、SO的权重值，用于回溯优化算法模块)、传播模型(根据特定的大气地理环境选择相适应的传播模型及配套参数)。

步骤S102，获取待测用频设备的基本信息；

本步骤中，考虑到电磁复杂环境的复杂度的评定与待测无线通信系统有关，因此，需要获取待测用频设备的基本信息，该信息以文件接口方式将各参数导入。待测用频设备的基本信息包括：用频设备的位置(经纬度、或者运动轨迹)、工作时间、工作频段、发射功率、天线增益、电磁环境门限。

步骤S103，根据电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，获取电磁环境的复杂度等级值E0；

本步骤，为实现电磁环境复杂度量级评定的功能，本发明实施例结合空间、时间、频谱三个特征，进行全面地描述无线通信电磁环境的整体状况。根据电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，利用电磁复杂环境的复杂度评定算法，计算在基本背景环境下的干扰和各用频设备间的干扰情况下，电磁环境的复杂度等级值E0。E0为电磁环境的复杂度的初始值，具体为：获取用频设备的位置，工作时间、工作频段，辐射源的位置，工作时间、工作频段后等参数后，使用复杂度评定算法获得FO(频谱占用度，电磁环境的平均功率密度谱超过设定的电磁环境门限所占有的频带与无线通信用频范围的比值)、TO(时间占有度，电磁环境的平均功率密度谱超过设定的电磁环境门限所占有的时间与无线通信用时间段的比值)和SO(空间覆盖率，电磁环境的平均功率密度谱超过设定的电磁环境门限所占有的空间与无线通信空间范围的比值)三个值，根据FO、TO、SO的值确定电磁环境的复杂度等级值E0，电磁环境的复杂度等级值E0值分为I、II、III、IV级，分级标准如表1所示：

表1

复杂度评定算法是现有成熟算法，在标准中已有详细描述，本发明只是利用该算法进行计算，并没有对其进行改进，因此，本实施例不再详细描述该算法。

步骤S104，当E0等于E时，则根据设置的电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，生成复杂电磁环境仿真场景；当E0小于E时，调整电磁环境基本配置参数，重新计算E0，直至E0等于E，根据调整后的电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，生成复杂电磁环境仿真场景；当E0大于E时，输出无法生成复杂电磁环境仿真场景的结果。

本步骤，如果E0大于用户设定E值，则说明系统本身的电磁环境复杂度大于用户想创建的电磁环境复杂度的值，则认为无法创建用户所需量级值的电磁环境，输出结果，本发明方法流程结束。当E0等于E时，说明用户设置的电磁环境基本配置参数合适，则根据设置的电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，生成复杂电磁环境仿真场景，完成本次复杂电磁环境仿真；当E0小于用户设定E值时，这时候可以使用回溯优化算法修订电磁环境中的辐射源的个数、类型、位置、工作时间、工作频段等参数，来构建相应量级的电磁环境。

该步骤主要通过回溯优化算法，进行多次的迭代的过程寻找满足用户所需相应量级的电磁环境的辐射源的相关参数。回溯寻参的过程主要基于用户设置的空域、频域、时域的权重值，依次对辐射源的位置、工作频率、工作时间参数进行修正；采用试探的方式，将与电磁环境相关的配置参数按照设定顺序逐一枚举和检验，当发现当前参数配置不满足需求时，就修改当前参数，继续试探，直至满足电磁环境等级需求。复杂电磁环境的等级与FO、TO、SO这三个条件相关，在这里采用回溯试探的方法，逐步修订这三个条件的输入参数，每一次回溯后，都重新计算复杂电磁环境E0，根据E0与E的大小关系，选择修订条件，修订复杂电磁环境的方法如下：

从FO、TO、SO这三个相关条件中选择一项进行修订。选择方法有两种：一种是权重法，如果用户在“复杂电磁环境基本信息设置”接口中进行条件权重设置，此时必须优先修订权重值高的条件，对其参数进行修正；一种是判定法，如Ei大于用户设定值E，从FO、TO、SO中选择值最大的条件进行修正，将其参数设置减小；如Ei小于用户设定值E，从FO、TO、SO中选择值最小的条件进行修正，将其的参数设置增大；其中，Ei是第i次修正参数后得到的电磁环境的复杂度等级值。

修正参数时，修正后的参数值等于修正前的参数加上校正参数值，首次校正参数值为初始电磁环境设定参数的一半，第n次校正参数值为第n-1次校正参数值的一半；校正参数值可以为正数，也可以为负数。通过这种方法，逐步减少修订步长，增强修订的精度，从而最快找到满足用户要求的配置参数。

根据回溯优化过程确定的电磁环境配置参数，从模型库中选择相对应的辐射源模型、地形模型、传播模型进行自动电磁环境仿真场景的创建和参数配置。此外，该过程还会将各用频设备的信噪比值及电磁环境复杂度值以报表的形式输出，便于用户从多个角度对电磁环境的复杂度进行分析和评估。

在回溯优化算法根据用户设定的复杂度等级寻找到合适的电磁环境参数后，场景生成模块就根据各辐射源参数和场景参数，从模型库中选择相应的辐射源模型和地形模型和传播模型，进行布放和设置。在仿真运行时，根据辐射源的工作参数和运动特性计算其地理位置和生成干扰包，根据电磁环境复杂性度量的综合输出信噪比值，实时计算电磁环境的复杂性，将复杂度等级和仿真运行的信噪比值进行输出显示，并写入报表文件进行保存。

模型库为电磁环境仿真提供基础的模型，主要包括：辐射源模型、地形模型、传播模型。它们构建电磁环境仿真平台的基本要素。辐射源模型主要用于刻画电磁环境中的各种辐射源，通过分类构建各种辐射源，仿真模模拟不同数量不同位置的各种辐射源在电磁环境中按照一定规则叠加计算产生对待测无线通信系统的电磁影响；地形模型主要指电磁环境的所在的地形环境要素，可通过导入所在经纬度的高层地形数据获得；传播模型用于模拟辐射通过不同传播媒介后的损耗。

本发明采用面向对象和定量分析的方法构架复杂电磁环境，基于统计的功能仿真是指仿真建模是基于包的离散事件的统计仿真方法，该方法能够刻画包及分片间的随机干扰，能够用于链路级和网络级的仿真建模和分析。所谓的面向对象是指电磁环境复杂度的描述和分析是以待测无线通信系统为依据和约束条件，通过引入用频通信设备的性能和用频设备间的干扰，来设计和分析复杂电磁环境。而定量构建复杂电磁环境是指通过电磁复杂度评定和回溯优化算法自动创建用户所需复杂度的仿真电磁环境。

本发明给出了一种主客观相结合的电磁环境复杂度的评定方法，可以分析干扰源、干扰特性和类型、综合电磁环境的危害等级、区分导致性能降级的关键因素；此外，本发明还可用于分析判断用频设备在电磁环境中的可用性，对于复杂电磁环境下的用频设备的选择具有一定的指导意义；还可用于研究无线通信系统的电磁环境适应能力，抗干扰能力，可靠性等系统性能方面的分析。本发明采用模块化的构架方法，可保证系统的重用性和可操作性，支持仿真系统的可扩展性。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (7)

1.一种复杂电磁环境仿真场景的生成方法，其特征在于，包括：

步骤S101，根据用户需求，确定需要创建的仿真电磁环境复杂度的等级值E，以及设置电磁环境基本配置参数；

步骤S102，获取待测用频设备的基本信息；

步骤S103，根据电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，获取电磁环境的复杂度等级值E0；

步骤S104，当E0等于E时，则根据设置的电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，生成复杂电磁环境仿真场景；当E0小于E时，基于用户设置的空域、频域、时域的权重值，依次对电磁环境基本配置参数中的辐射源的位置、工作频率、工作时间参数进行调整，获取第i次修正后的电磁环境的复杂度等级值Ei，直至Ei等于E时，然后根据调整后的电磁环境基本配置参数和待测用频设备的基本信息，生成复杂电磁环境仿真场景；当E0大于E时，输出无法生成复杂电磁环境仿真场景的结果。

2.如权利要求1所述的复杂电磁环境仿真场景的生成方法，其特征在于，设置电磁环境基本配置参数，包括：辐射源个数、辐射源类型、辐射源位置、工作时间、工作频段、发射功率、频谱占用FO的权重值、时间占有度TO的权重值、空间覆盖率SO的权重值和传播模型。

3.如权利要求1或2所述的复杂电磁环境仿真场景的生成方法，其特征在于，待测用频设备的基本信息包括：用频设备的位置、工作时间、工作频段、发射功率、天线增益和电磁环境门限。

4.如权利要求3所述的复杂电磁环境仿真场景的生成方法，其特征在于，待测用频设备的基本信息以文件接口方式导入。

5.如权利要求2所述的复杂电磁环境仿真场景的生成方法，其特征在于，选择FO、TO和SO中权重值最高的参数进行修正。

6.如权利要求2所述的复杂电磁环境仿真场景的生成方法，其特征在于，当Ei大于E时，从FO、TO、SO中选择数值最大的参数进行修正，将其参数设置减小；当Ei小于E，从FO、TO、SO中选择数值最小的参数进行修正，将其的参数设置增大；其中，Ei是第i次修正参数后得到的电磁环境的复杂度等级值。

7.如权利要求5或6所述的复杂电磁环境仿真场景的生成方法，其特征在于，修正参数时，修正后的参数值等于修正前的参数加上校正参数值，首次校正参数值为初始电磁环境设定参数的一半，第n次校正参数值为第n-1次校正参数值的一半；校正参数值为正数或负数。