通信對抗原理馮小平全書第7章課件

第7章通信干擾方程和干擾效果評價7.1通信干擾方程7.2通信干擾效果評價準則7.3通信干擾效能檢測和評估方法7.4對語音信號質(zhì)量的客觀評價方法7.5通信干擾效能評估的仿真技術(shù)

7.1通信干擾方程7.1.1理想條件下的通信干擾方程通信接收機輸入端的干信比大小基本上能夠反映干擾的有效性。下面分自由空間傳播和地面反射傳播兩種情況討論通信干擾基本方程，它用通信接收機輸入端的干信比描述。1)自由空間傳播的通信干擾方程在自由空間中，通信主要傳播方式是直接波，根據(jù)自由空間電波傳播方程，到達通信接收機輸入端的通信信號功率為(7.1-1)式中,Pst是通信發(fā)射機功率;Gst是發(fā)射天線在接收天線方向的增益;Gsr是通信接收天線在發(fā)射天線方向的增益;Rc是通信距離;λ是通信信號波長。同樣，在通信接收機輸入端的干擾功率為(7.1-2)式中,Pjt是干擾發(fā)射機功率;Gjt是干擾發(fā)射天線在通信接收天線方向的增益;Gjr是通信接收天線在干擾發(fā)射方向的增益;Rj是干擾距離;λ是通信信號波長。因此，通信接收機輸入端的干信比為(7.1-3)(7.1-5)式中,Pjt、Gjt、Gjr、Rj意義與前面相同;hjt是干擾發(fā)射天線的高度。因此，通信接收機輸入端的干信比為(7.1-6)根據(jù)上式可以得出，當通信系統(tǒng)和干擾系統(tǒng)都是在地面?zhèn)鞑シ绞綍r，通信接收機輸入端的干信比與干通比(r=Rj/Rc)的4次方成反比，與干擾天線和通信天線的高度比的平方成正比。干擾天線高度每升高1倍，干信比提高6dB。因此，對于地面反射傳播方式工作的干擾系統(tǒng)，升高天線高度可以明顯的改善干信比，提高干擾效果。以上兩種情況都是假設(shè)通信系統(tǒng)和干擾系統(tǒng)工作在相同的電磁傳播模式下。但是在實際應用中，有時情況并非如此。比如，當采用升空平臺對地面目標通信系統(tǒng)干擾時，通信信號是地面反射傳播模式，而干擾信號是自由空間傳播模式，這時的干信比為(7.1-7)同理，如果通信信號是自由空間傳播模式(如地－空通信)，而干擾信號是地面反射傳播模式，這時的干信比為(7.1-8)7.1.2修正的通信干擾方程在上面的討論中，假設(shè)干擾信號的所有能量都能夠進入目標通信接收機。但是實際情況并非如此，也就是說干擾能量并不能全部進入目標通信接收機，即干擾信號與通信信號之間存在匹配損耗。匹配損耗主要由兩方面因素引起：其一是干擾天線與通信接收天線由于極化不同引起的極化損耗；其二是干擾信號帶寬與通信接收機帶寬不一致(一般干擾帶寬大于通信接收機帶寬)引起的帶寬失配損耗。所以在計算干信比時，還需要考慮天線極化損耗La和帶寬失配損耗Lb。設(shè)目標通信接收機中頻帶寬為Br，干擾信號帶寬為Bj，則帶寬失配損耗為(7.1-9)此外，如果通信接收機接收天線是水平全向的(大部分戰(zhàn)術(shù)通信電臺都是如此)，則有Gjr=Gsr，那么上式簡化為(7.1-11)通常把發(fā)射機輸出功率P與發(fā)射天線增益G的乘積稱為有效輻射功率，并且表示為ERP=PG(7.1-12)則上式可以用有效輻射功率表示為(7.1-13)式中,ERPj表示干擾發(fā)射機的有效輻射功率;ERPs表示通信發(fā)射機的有效輻射功率。其他傳播條件的干信比也可以利用有效輻射功率表示，這里不再一一給出。上面討論的各種不同的傳播模式下的干信比關(guān)系就是通信干擾方程。當按照上面的關(guān)系計算得到的干信比超過干擾壓制系數(shù)時，對應的干擾就是有效的。通信干擾方程是一個重要的方程式，它是干擾功率計算和干擾壓制區(qū)計算的基礎(chǔ)。7.1.3通信干擾有效輻射功率計算干擾有效輻射功率計算是通信干擾系統(tǒng)設(shè)計的最重要的參數(shù)，它根據(jù)干擾系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)使用要求，如系統(tǒng)作用距離、干擾對象等，通過分析計算和計算機仿真后確定。根據(jù)前節(jié)得出的干信比公式，可以得到自由空間傳播模式下所需的干擾有效輻射功率為對于給定的干擾對象，當干擾設(shè)備與目標設(shè)備的配置關(guān)系確定時，干擾有效輻射功率將由實現(xiàn)有效干擾的干信比決定。當干擾目標給定和干擾樣式確定后，所需的干信比就是干擾壓制系數(shù)Kj。將上式中的干信比用干擾壓制系數(shù)代替，距離比用干通比代替，可以將自由空間傳播模式的干擾有效輻射功率重新表示為(7.1-14)(7.1-15)在以上各種傳播模式下的干擾有效輻射功率的表達式中，通信發(fā)射機的有效輻射功率ERPs、通信收發(fā)天線高度hsr和hst、工作波長λ取決于干擾對象；通信距離Rc、干擾距離Rj、干通比r則由戰(zhàn)術(shù)使用要求決定；干擾天線hjt的高度可以通過設(shè)計選取；最后只剩下干擾壓制系數(shù)的選取。干擾壓制系數(shù)的選取涉及到最佳干擾技術(shù)，理論上，壓制系數(shù)最小的干擾樣式是最佳干擾樣式，它需要的干擾功率最小。對于不同的通信體制，最佳干擾樣式不同，所需要的干擾壓制系數(shù)也不同。下面舉例說明通信干擾功率的計算方法和步驟。設(shè)計一個車載VHF(30～100MHz)戰(zhàn)術(shù)干擾系統(tǒng)，用于干擾空－地、地－空和地－地通信鏈路。最大干擾距離為30km，實施干擾后允許的最大通信距離為3km(即干通比r=10)，通信發(fā)射機最大有效輻射功率為100W。試計算該干擾系統(tǒng)所需的干擾有效輻射功率。(1)空－地通信鏈路干擾功率。空－地鏈路是指通信方的發(fā)送設(shè)備在空中，接收設(shè)備在地面，所以通信方是自由空間傳播模式。而干擾方是車載干擾系統(tǒng)，它位于地面對地面通信接收機實施干擾，因此是地面反射傳播模式。如果匹配條件良好，并且干擾天線可以升空，則根據(jù)視距傳播條件，可以得到其中,hjt、hsr分別是干擾發(fā)射天線和通信接收天線的高度。當hjt>>hsr時，可以得到干擾發(fā)射天線高度為即當干擾天線高度大于53m時，干擾信號可以按照自由空間傳播模型考慮。將r=30/3=10，因為假設(shè)匹配良好，可以取La＝1，Lb＝1，并設(shè)Kj＝2，代入自由空間傳播模式下的干擾有效輻射功率計算公式，可以得到實際上，在車載條件下，要將天線升高到53m幾乎是不可能的。如果干擾天線只能升高到20m，那么干擾信號就不滿足自由空間傳播模式的條件，而只能按照地面反射傳播模式考慮。此時干擾空－地鏈路需要的干擾功率將極大提高：(2)地—空通信鏈路干擾功率。地－空鏈路是指通信方的發(fā)送設(shè)備在地面，接收設(shè)備在空中，所以通信方是自由空間傳播模式。而干擾方是車載干擾系統(tǒng)，它位于地面對空中通信接收機實施干擾，因此也是自由空間傳播模式。我們已經(jīng)計算得到了干擾和通信雙方都在自由空間傳播模式下，需要的干擾有效輻射功率為20kW，因此，可以實現(xiàn)有效干擾。問題在于，由于通信發(fā)射機在地面，偵察引導設(shè)備也在地面，那么偵察設(shè)備是否能夠?qū)νㄐ判盘柨煽康膫墒蘸妥R別呢？下面就對此進行必要的分析。根據(jù)地面反射傳播模型，到達偵察接收機的通信信號功率為其中,計算時通信發(fā)射機天線高度hs＝2m，偵察接收機天線在天線發(fā)射機方向的增益Gjr=4，偵察(干擾)天線高度hj＝20m，通信發(fā)射機有效輻射功率PstGjt＝100W。一般，通信偵察系統(tǒng)的靈敏度都優(yōu)于－100dBm，所以使用20m高度的天線是可以偵收和識別地－空通信鏈路的通信信號，實現(xiàn)對干擾機的引導。(3)地－地通信鏈路的干擾功率。地－地通信鏈路是指通信方的發(fā)送和接收設(shè)備都在地面，所以通信方是地面反射傳播模式。干擾方是車載干擾系統(tǒng)，它位于地面對地面通信接收機實施干擾，因此也是地面反射傳播模式，它所需要的干擾有效輻射功率為7.1.4干擾壓制區(qū)分析前面幾節(jié)討論了干信比，給出了在給定干通比條件下的干擾有效輻射功率的計算公式。利用這些關(guān)系，基本上可以確定干擾系統(tǒng)的干擾能力。到目前為止，衡量干擾系統(tǒng)的干擾能力的最重要指標是干擾設(shè)備能夠達到的干通比，但是干通比不是很直觀的，而且與敵我雙方的對抗態(tài)勢無關(guān)。干擾是否有效，與對抗雙方的布局有關(guān)的。干擾壓制區(qū)能夠很好的說明這個問題。根據(jù)前幾節(jié)的討論，在自由空間傳播模式下，一旦干擾功率確定，則該干擾機所能夠達到的干通比為(7.1-19)同理，在地面反射傳播模式下，干擾機所能夠達到的干通比為(7.1-20)一旦干擾對象確定，則它的有效輻射功率ERPs和發(fā)射天線高度hst就是確定的。并且如果干擾機性能確定，它的干擾有效輻射功率ERPj和干擾機發(fā)射天線高度hjt也是確定的。在這種條件下，上式的右側(cè)實際上是一個常數(shù)。設(shè)該常數(shù)分別為c1和c2，則上述關(guān)系可以表示為不失一般性，將c1和c2統(tǒng)一用c表示，則有(7.1-21)注意到，常數(shù)c取決于干擾機和干擾對象的參數(shù)及其傳播模式。顯然，該干擾機能夠達到的干通比為，當干擾距離與通信距離之比小于時干擾有效，當干擾距離與通信距離之比大于時干擾無效。設(shè)干擾機和通信系統(tǒng)的布局關(guān)系如圖7.1-1所示。其中，干擾機位于坐標原點(O)，干擾機與通信發(fā)射機(B)的連線為x軸，通信接收機位于A點，其坐標為(x，y)。按照上述布局，可以得到干擾機與通信接收機、通信發(fā)射機與通信接收機之間的距離分別為(7.1-22)式中,d是干擾機與通信發(fā)射機之間的距離。利用干通比關(guān)系(dj/dc)2=c，可以得到x2+y2=c［(d－x)2+y2］(7.1-23)當c=1時，可以得到(7.1-24)即當c=1時，干擾壓制區(qū)的邊界為一條直線，它位于干擾機與通信發(fā)射機的連線的中點位置，如圖7.1-2所示。于是，在該直線的左側(cè)(干擾機的一側(cè))為干擾壓制區(qū)，在該區(qū)域中，干擾距離與通信距離之比小于1。類似地，當c≠1時，經(jīng)過簡單的數(shù)學運算可以得到：(7.1-25)上式說明，干擾壓制區(qū)的邊界為一個圓，圓心位于x軸上，離坐標原點的距離為，圓的半徑為。下面按照c>1和c<1的情況分別討論。圖7.1-3c>1時的干擾壓制區(qū)2)c<1的情況當c<1時，由于值，所以邊界圓的圓心位于負x軸上，如圖7.1-4所示。注意到，邊界圓始終覆蓋干擾發(fā)射機，因為該圓的圓心離原點的距離與圓半徑的差始終大于0，即小于通信發(fā)射機離原點的距離。由于在圓內(nèi)，干擾距離與通信距離之比小于，因此圓內(nèi)為干擾有效區(qū)；在圓外，干擾距離與通信距離之比大于，所以圓外為干擾無效區(qū)。并且c越小，邊界圓的圓心越接近干擾發(fā)射機，圓的半徑也越小。當c→0時，圓心與干擾發(fā)射機重合，圓半徑→0,此時整個區(qū)域均為干擾無效區(qū)。c→0表示干擾功率→0，或者由于干擾對象采取了極強的抗干擾措施,使所需的干擾壓制系數(shù)Kj→∞，再大的干擾功率也難以奏效。圖7.1-4c<1時的干擾壓制區(qū)從以上對干擾有效區(qū)的分析可以看出，不同的c值對應的干擾壓制區(qū)的形狀是不同的。c=1時的干擾壓制區(qū)是一個半平面，c>1時的干擾壓制區(qū)為扣除了邊界圓后的整個區(qū)域，而c<1時的干擾壓制區(qū)是邊界圓內(nèi)部區(qū)域。顯然，c>1時的干擾壓制區(qū)最大，而c<1時的干擾壓制區(qū)最小。所以，再干擾機設(shè)計時，應該盡可能提高c值，以獲得盡可能大的干擾壓制區(qū)。特別需要指出的是，c≤1時干擾機只適合于防御作戰(zhàn)情況，因為此時干擾機只能干擾周圍區(qū)域的通信接收機，而無法干擾靠近敵方區(qū)域的通信接收機。這一點從c=1和c<1時的干擾壓制區(qū)上就能夠明確的看出。不過，隨著干擾機的微型化、網(wǎng)絡(luò)化，一種所謂分布式干擾技術(shù)將可以工作在c<1方式下，利用大量的微型干擾機在某個區(qū)域通過自組織網(wǎng)協(xié)調(diào)工作，形成合力來共同對付給定目標。這種分布式干擾技術(shù)在未來戰(zhàn)場上將是十分有用的一種干擾形式。另外，從c>1方式的有效干擾壓制區(qū)可以看出，干擾距離不能完全反映干擾機的干擾能力，或者說，單純的講干擾距離是沒有意義的。如圖7.1-4中邊界圓右側(cè)，雖然離干擾距離較遠，但是該區(qū)域的干通比小于設(shè)計值，仍然是有效干擾壓制區(qū)，并且干擾壓制區(qū)并不是以通信發(fā)射機為中心的圓，而是中心偏離通信發(fā)射機位置并且偏向其右側(cè)的圓。只有當c很大時，其圓心才會接近通信發(fā)射機的位置。干擾壓制區(qū)的上述特點，如果不進行詳細的分析是很難想象的。以上僅給出了干擾信號和通信信號在相同的傳播模式下的干擾壓制區(qū)的情況。如果兩者的傳播模式不同，其干擾壓制區(qū)要復雜得多，這里不再討論。7.2通信干擾效果評價準則7.2.1概述通信干擾是通信對抗的進攻手段，以破壞敵方指揮控制和通信系統(tǒng)的正常工作，使敵武裝部隊失去或部分失去作戰(zhàn)能力為目的。因此，敵方作戰(zhàn)能力到底損失了沒有，實施通信干擾之后到底起了多少作用，也就是說通信干擾的效能如何，這對于實施電子進攻的一方是極希望知道的。另外，獲取通信干擾效能的數(shù)據(jù)對于通信對抗裝備技術(shù)的發(fā)展也十分必要。為此，就產(chǎn)生并迅速發(fā)展了通信干擾效能檢測與評估這一門技術(shù)。1)通信干擾效能的檢測與評估定義效能是指一個武器系統(tǒng)在戰(zhàn)場環(huán)境中能夠成功履行其作戰(zhàn)使命和完成任務(wù)的程度。通信干擾效能就是通信對抗裝備在戰(zhàn)場環(huán)境中能夠成功地對敵通信過程進行破壞和壓制的程度。(1)通信干擾效能檢測的定義。通信干擾效能檢測是指在給定條件下，針對人為設(shè)定的環(huán)境(如電子靶場、仿真環(huán)境等)，對通信對抗裝備干擾特性和干擾效能進行測試和數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作。(2)通信干擾效能評估的定義。通信干擾效能評估是指在通信對抗裝備實施干擾后，對被干擾的目標對象受到破壞或削弱程度進行全面而綜合的評價和估計。2)通信干擾效能檢測與評估的方法由于通信干擾自身所具有的前瞻性、科學性、破壞性，被干擾的對象往往是敵方最敏感的部分，開展實戰(zhàn)環(huán)境下通信干擾效能檢測與評估是非常困難的。因此，通信干擾效能的檢測與評估，除在設(shè)定的實際環(huán)境進行試驗和測試外，通常還使用仿真的原理和方法。仿真是進行通信干擾效能檢測與評估比較可行的辦法。所謂仿真，就是應用相似定理和類比關(guān)系來研究事物，也就是用實物或模型代替實際系統(tǒng)進行實驗和研究。在通信對抗干擾效能檢測和評估的仿真中，根據(jù)所介入的實物或模型的程度不同，分為物理仿真和數(shù)學仿真兩類。(1)物理仿真。由全部或部分物理設(shè)備(包括模擬設(shè)備)參與仿真試驗的方式稱物理仿真。根據(jù)參與仿真的物理設(shè)備數(shù)量的多少可分為全物理仿真(習慣上稱為“全實物仿真”)和半物理仿真(習慣上稱為“半實物仿真”)。(2)數(shù)學仿真。數(shù)學仿真是用計算機構(gòu)成系統(tǒng)以實現(xiàn)并求解給定數(shù)學模型的仿真，習慣上稱為“計算機仿真”。計算機仿真是由計算機和數(shù)學模型模擬實際的物理設(shè)備，通過運行仿真軟件演示被仿真裝備的實際工作，檢測和評估被仿真裝備的功能和性能。7.2.2干擾效果評價準則1.信息準則一般情況下，干擾信號是某種隨機信號，換句話說，干擾信號含有不確定性成分。當給定限制條件時，干擾信號的不確定性越大，對方消除這種干擾的潛在可能性就越小，而且對方采取決策時的不確定性也越大，那么干擾效果就越好。1)信息熵準則熵是隨機變量或隨機過程不確定性的度量方法。設(shè)離散隨機變量J的概率分布為(7.2-1)式中,Ji(i=1,2,…,n)是隨機變量的值;Pi(i=1,2,…,n)是隨機變量值的出現(xiàn)概率,并且滿足：(7.2-2)則隨機變量J的熵由下式定義：(7.2-3)如果隨機變量x用連續(xù)分布密度p(x)表示，則它的熵表示為(7.2-4)當其他條件相同時，干擾信號中熵最大的那個信號是最好的。引用熵作為遮蓋性干擾信號的品質(zhì)特性，在評估干擾的潛在能力時，可以不管被壓制設(shè)備對它們的具體處理方法。應用干擾信號的熵，在某種程度上可以評估它們的潛在干擾能力。但是為了應用這些準則評價干擾信號時，必須知道它們的先驗統(tǒng)計特性。2)信息流量準則信息準則的另一種方式按照信息流量(信道容量)進行評價。設(shè)一個通信系統(tǒng)在沒有受到人為干擾時，其信道通過能力為(7.2-5)式中,C是單位時間內(nèi)信道中的信息流量；Bs是信道帶寬；Ps是信號功率；Nt是信道高斯噪聲功率。當有通信干擾時，干擾功率進入通信信道，則信道的通過能力下降為(7.2-6)式中，Pj為通信干擾功率。由上式可知，隨著干擾功率的增加信息流量Cj將減小。當Pj增加到一定程度，即Cj減小到使信息的損失達到不能容忍的程度時，可以說干擾有效了。這種根據(jù)信息流通量來衡量干擾效能的準則就是信息流量準則。2.功率準則功率準則又稱為信息損失準則。干擾信號功率的一個重要特性是壓制系數(shù)。壓制系數(shù)稱為干擾信號品質(zhì)的功率準則。但是，所研究的壓制系數(shù)不是作為一個獨立的準則，而是作為給定干擾信號與被壓制設(shè)備的一個功率特性。所謂壓制系數(shù)可以理解為，當被壓制的通信系統(tǒng)出現(xiàn)指定的信息損失時，在被壓制通信系統(tǒng)接收機輸入端的最小干擾信號與有用信號的能量比，即(7.2-7)式中,Pj是干擾信號功率；Ps是目標通信信號的功率。由于干擾信號的作用，造成的信息損失表現(xiàn)在對目標通信信號的遮蓋、擾亂、產(chǎn)生判決錯誤，甚至中斷信息傳輸?shù)?。信息損失的情況與干擾樣式和被干擾目標通信信號的體制等因素有關(guān)。如果Ps和Pj理解為信號平均持續(xù)時間內(nèi)功率的平均值，那么，以所需的最小干擾功率和目標信號功率比表示的壓制系數(shù)的定義，適用于任意形式的信號。但是壓制系數(shù)的數(shù)值，只有當干擾信號和被壓制設(shè)備給定時才能求出。因此，功率準則與信息準則不同，它需要知道被壓制系統(tǒng)的具體特性。如果系統(tǒng)是已知的，那么采用適當?shù)母蓴_信號，以較低的功率消耗，系統(tǒng)就可以被壓制，但按照信息準則不一定是最佳的。當干擾信號和有用信號的概率特性已知，而且干擾信號與有用信號在無線電通信設(shè)備中的變換特性也已知時，利用統(tǒng)計決策理論就可以確定所需的最小功率比。其中對于遮蓋性干擾來說，壓制系數(shù)可以分兩步求得：首先，根據(jù)信息準則，提供質(zhì)量最好的干擾信號；然后根據(jù)信息準則提供的最佳信號，求出對于給定無線電通信設(shè)備的壓制系數(shù)，求得壓制系數(shù)的數(shù)值是近似的，而且近似的程度與所采用的不同決策準則有關(guān)。對于兩種必擇其一的假設(shè)(干擾或信號＋干擾)的選擇，可以利用如貝葉斯(Bayes)準則、極小極大(minmax)準則、諾伊曼-皮爾遜(NeumnnPearson)準則、柯捷里尼可夫-齊格特(Kotellnikovzlgert)準則和瓦爾德(wald)準則等進行判決。這兩種必擇其-的假設(shè)的選擇，是以在觀察區(qū)間(0，T)所得到的隨機電壓(電流)，即有用信號與干擾信號之和作為這種選擇的考察基礎(chǔ)的。3.其他準則1)概率準則概率準則是從通信對抗裝備在電磁環(huán)境中完成給定任務(wù)的概率出發(fā)評價通信干擾的效能。概率準則建立在大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運用統(tǒng)計實驗分析方法，得到完成給定任務(wù)的概率。通常用干擾有效概率、壓制概率、誤差概率、虛警概率等具體形式來表現(xiàn)。2)時間準則當干擾作用于通信系統(tǒng)之后，由于信息傳輸速率的降低或信道中通過的信息流量減少，完成給定信息量傳輸任務(wù)所花費的時間必然增加。因此，通過檢測通信系統(tǒng)完成給定傳輸任務(wù)所需時間的變化量來進行干擾效能檢測的準則稱為時間準則。3)戰(zhàn)術(shù)運用準則根據(jù)通信對抗裝備在戰(zhàn)術(shù)使用過程中對戰(zhàn)斗進程和作戰(zhàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響來評價通信干擾效能的準則稱為戰(zhàn)術(shù)運用準則。4)廣義關(guān)聯(lián)準則通信干擾效能是一個多元函數(shù)。它與各種各樣的因素有關(guān)，有設(shè)備的、技術(shù)的、操作方面的以及戰(zhàn)術(shù)使用的方式與時機，敵我雙方人員的心理素質(zhì)與技術(shù)水平等。同時干擾效能的表現(xiàn)也是多方面的，有直接的，有間接的，有速效的，也有經(jīng)較長時間才能顯現(xiàn)的。通信干擾效能的影響有些在干擾消除后立即消除，有些在干擾消失后仍持續(xù)相當長時間。故對通信干擾效能的評估，從一定意義上講，需要遵循這些廣義關(guān)聯(lián)準則。7.3通信干擾效能檢測和評估方法7.3.1對語音通信系統(tǒng)干擾效能的檢測和評估一般說來，語音質(zhì)量至少包括三個方面內(nèi)容：清晰度、可懂度和自然度。清晰度是指語音中語言單元為意義不連貫的(如音素、聲母、韻母等)單元的清晰程度；可懂度是指語音中有意義的語言單元(如單詞、單句等)內(nèi)容的可識別程度；自然度則與語音的保真性密切相關(guān)。目前對語音可懂度、清晰度的主觀評測已有國際和國內(nèi)標準，對語音自然度還缺乏公認的評價準則。當需要對一個通信干擾系統(tǒng)的干擾能力作出評價的時候,或在給定條件下對一個通信干擾系統(tǒng)的干擾效能給出數(shù)值估值的時候，可以用實驗或仿真模擬方法對干擾的作用結(jié)果進行檢測。對語音通信系統(tǒng)的干擾效能的評估可以采用主觀評價和客觀評價兩種方式，主觀評價通過專家進行人工試聽，評價干擾效能，而客觀評價是利用計算機進行自動評價。1.通信干擾效能的主觀檢測方法主觀評價方法種類很多，其中又可分為可懂度評價和音質(zhì)評價兩類。音質(zhì)直接反映評聽人對輸出語音質(zhì)量好壞的綜合意見，包括自然度和可辨識說話人能力等方面。而可懂度評價反映了評聽人對輸出語音內(nèi)容的識別程度，音質(zhì)高一般意味著可懂度也高，但反過來卻不一定。可懂度評價的方法包括判斷韻字測試、改進的韻字測試、拼寫字母測試、語音平衡字表法等。在音質(zhì)評價方法中，典型的如平均意見得分(MOS)法，用于對語音整體滿意度或語音通信質(zhì)量評價。MOS法通常邀請若干個專家，對經(jīng)過通信系統(tǒng)傳輸后失真的標準測試語音段進行試聽，然后對該語音做出1~5分的評價，并且進行平均，得到語音質(zhì)量評價。語音主觀評價當然是最準確的，也是最容易理解的一種方法，但也是十分耗費時間、人力和財力的，并且經(jīng)常要受到人為因素的內(nèi)在不可重復性的影響。一般來說，一個編碼器的評價結(jié)果不能夠可靠地與另一個編碼器的結(jié)果直接比較，除非測試環(huán)境完全一致。因此許多主觀測試一般用于成對的對比評價過程，另外，為評聽者能夠建立有意義的統(tǒng)計結(jié)果，失真語音的樣本數(shù)應該足夠大。下面以話音通信為例說明通信干擾效能主觀檢測方法的一般過程。通信系統(tǒng)受干擾作用之后最為直觀的表現(xiàn)是通信接收端語音可懂度下降。但是作為檢測對象，語言可懂度的概念不確定性較大，語言試樣的內(nèi)容對檢測結(jié)果影響很大，在同樣強度的干擾作用下，傳送無意義的數(shù)碼報文和傳送有意義的語音消息，可能測得完全不同的可懂度結(jié)果。這是因為在這兩種情況下，監(jiān)聽者從干擾背景下提取有用信息的先驗知識是不一樣的。語音的語句各音節(jié)之間是部分關(guān)聯(lián)的，后續(xù)語句的可預知性較大，所以用語句可懂度來檢測干擾效能，結(jié)果的可信度不高。語音信號受干擾作用之后，可懂度降低的本質(zhì)在于音節(jié)清晰度下降。研究表明，影響音節(jié)清晰度的因素有四種：音頻頻譜范圍、混響、信號失真和信噪比。在這四種因素中，對于給定的通信系統(tǒng)，干擾的作用主要體現(xiàn)在信噪比的降低和信號失真度的增加。語音音節(jié)清晰度定義為(7.3-1)式中,A是語音音節(jié)清晰度；Ee是判聽差錯音節(jié)數(shù)的平均值；Et是傳送的總音節(jié)數(shù)。假定在沒有干擾作用時，A=As，施加人為干擾后，A=As+j。人為干擾作用前后音節(jié)清晰度的相對變化量，即干擾效能為(7.3-2)主觀檢測方法如下：(1)在沒有干擾作用時，通信系統(tǒng)發(fā)信方發(fā)送標準測試語音100個單音節(jié)，通信接收端接收并記錄相應的判聽結(jié)果，找出錯誤判聽的音節(jié)數(shù)，并將此試驗重復多次，將多人次所得的結(jié)果取平均值。然后，計算沒有干擾作用時的音節(jié)清晰度As。(2)按照規(guī)定強度施加人為干擾。在有干擾作用的情況下，重復上述實驗，并計算錯誤判聽音節(jié)數(shù)的平均值和有干擾作用時的音節(jié)清晰度As+j。(3)計算通信干擾效能Ej。2.通信干擾效能的客觀測度方法音節(jié)清晰度的主觀檢測，所得結(jié)果的準確度和可信度隨著試驗次數(shù)和實驗人員的增加而提高。不過這種檢測方法費時費力，經(jīng)濟性不佳。為此人們希望找到一種理想的音節(jié)清晰度的客觀測度方法。對于這種方法多年來國內(nèi)國外很多人研究過，但遺憾的是迄今為止還沒有得到一種理想的方法。一種較為可行的相對客觀的測量音節(jié)清晰度的方法是加權(quán)倒譜距離的語言頻譜測量方法。之所以稱為“相對客觀”，是因為這種方法并不獨立完成被測試樣的音節(jié)清晰度測量，而是用加權(quán)倒譜距離，即利用倒譜系數(shù)方差的倒數(shù)作為權(quán)值的一種統(tǒng)計加權(quán)距離方法求得被測試樣與參考樣板的符合程度，從而對被測試樣做出以參考樣板為標準的評價。參考樣板作為測度的基準，仍然是通過主觀檢測方法得到的。這種客觀測度方法的實際操作程序如下：(1)用主觀檢測辦法制作出具有不同清晰度等級的參考樣板，這些參考樣板可以保存在各種不同的媒體中。(2)參考樣板輸入計算機系統(tǒng)，為“算法”定標。(3)將被測接收機的輸出接入計算機系統(tǒng)，進行分析、計算與比較。(4)得出被測試樣與參考樣板的符合程度，給出關(guān)于音節(jié)清晰度的數(shù)值結(jié)論。(5)計算通信干擾效能Ej。3.對模擬通信干擾效能的干信比檢測方法對于模擬通信系統(tǒng)，多數(shù)情況下傳輸?shù)氖钦Z音信號，如AM、FM語音通信系統(tǒng)。語音通信系統(tǒng)受到一定的干擾后，會引起語音信號的可懂度和清晰度的下降，而語音清晰度的下降程度與AM/FM解調(diào)器輸入的干信比有關(guān)。分析表明，當采用調(diào)頻噪聲干擾，并且忽略通信接收機內(nèi)部噪聲時，清晰度指數(shù)和干信比之間滿足指數(shù)關(guān)系，其關(guān)系曲線如圖7.3-1所示。

通常，當清晰度指數(shù)小于0.3時，認為語音質(zhì)量極差，不能夠接受；當清晰度指數(shù)處于0.3～0.7之間時，認為語音質(zhì)量較差，但基本可以接受；當清晰度指數(shù)大于0.7時，認為語音質(zhì)量較好，可以接受。圖7.3-1清晰度指數(shù)和干信比的關(guān)系由圖7.3-1可知，對于FM系統(tǒng)，干信比只要大于－6dB，清晰度指數(shù)小于0.5，此時通信系統(tǒng)就被阻斷。而對于AM系統(tǒng)，干信比需要大于－15dB，才能到達同樣的干擾效果。對于其他的干擾樣式，語音清晰度和干信比之間也存在類似的關(guān)系，其影響程度需要具體分析。這里不再說明。7.3.2對數(shù)字通信系統(tǒng)干擾效能的檢測和評估數(shù)字通信干擾效果評估是在電磁威脅環(huán)境中，定量評價和估計通信干擾信號、通信干擾設(shè)備或者通信干擾環(huán)境對數(shù)字通信系統(tǒng)工作性能的影響程度?？尚拧⒍康臄?shù)字通信干擾效果評定是指揮員在實戰(zhàn)中決策的依據(jù)，同時也是科研部門和軍工企業(yè)進行通信對抗新技術(shù)開發(fā)和新裝備研制的依據(jù)。數(shù)字通信可靠性被破壞程度有一定的統(tǒng)計規(guī)律，但在實施干擾的過程中，數(shù)字通信系統(tǒng)采用的通信方式、通信體制、背景環(huán)境、接收方式等因素及數(shù)字通信對抗方采用的干擾方式、干擾樣式、干擾功率等因素都對干擾效果有著重要的影響，而且各因素與干擾效果之間有著重要聯(lián)系，各個因素與干擾效果之間的關(guān)系具有不確定性，必須對通信與干擾過程中的諸多因素進行分析，全面綜合考慮影響評定結(jié)果的各種因素，尋求客觀、可行的評定方法。1.數(shù)字通信系統(tǒng)干擾效果評價準則如何在通信干擾與抗干擾的對抗中，對干擾和抗干擾效果進行卓有成效的定量評定是通信對抗領(lǐng)域一個長期以來沒有解決但是必須解決的問題。近幾十年來，通信對抗專家們對通信對抗和抗干擾效果的評定進行了許多開創(chuàng)性的研究，取得了許多理論上的研究成果。對數(shù)字通信干擾的最終目的是使目標通信系統(tǒng)接收機解調(diào)輸出的差錯率增大，通信的可靠性下降，同時也使其通信的有效性降低，故衡量數(shù)字通信系統(tǒng)的干擾效果一般用通信系統(tǒng)的差錯率——誤碼率Pe(Probabilityoferror)來做度量。為了評價通信系統(tǒng)受干擾的程度，可以定義數(shù)字通信系統(tǒng)的干擾等級：當Pe≥0.2時，通信系統(tǒng)受到強干擾，干擾等級為三級；當0.12≤Pe<0.2時，通信系統(tǒng)受到中度干擾，干擾等級為二級；當0.05≤Pe＜0.12時，通信系統(tǒng)受到輕度干擾，干擾等級為一級；當Pe<0.05時，通信系統(tǒng)未受干擾。以上的干擾效果的劃分方法，是從長期實踐中得出的結(jié)論，評定方法簡單，具有很強的實用性和可操作性，且得到了很多專家的公認。在對現(xiàn)有數(shù)字通信系統(tǒng)的干擾效果的研究分析中發(fā)現(xiàn)，其評定方法也有一定的問題，主要的問題是：如果對于一個數(shù)字通信系統(tǒng)，或在電磁環(huán)境比較惡劣的環(huán)境下，即使在無人為干擾的情況下，其系統(tǒng)的差錯率是10%，在受到人為干擾之后其差錯率還是10%，這不能說人為干擾有效。2.數(shù)字通信系統(tǒng)干擾效果的評估方法可靠性是通信系統(tǒng)傳輸信息質(zhì)量上的表征，是指接收信息的準確程度。衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的主要指標是差錯率(習慣上稱為誤碼率)。差錯率是衡量數(shù)據(jù)傳輸正確性的重要指標，反映了各種干擾、信道質(zhì)量對通信可靠性的影響，具體劃分為比特差錯率、碼元差錯率和碼組差錯率等。由于比特差錯率、碼元差錯率和碼組差錯率之間的關(guān)系可以相互導出，因此可以用比特差錯率來衡量數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性，也可以通過比特差錯率指標來評定衡量數(shù)字通信系統(tǒng)的干擾等級?？梢圆捎孟旅娴膬煞N定義評定數(shù)字通信系統(tǒng)的干擾等級：人為干擾等級定義為(7.3-3)其中，BERJ(r)表示在受到人為干擾條件下的比特差錯率；BERN(r)表示實際自然條件下的比特差錯率。數(shù)字通信系統(tǒng)的受干擾等級定義為(7.3-4)其中，BERT(r)表示高斯信道模型的數(shù)字通信系統(tǒng)的比特差錯率。這里采用比較通信系統(tǒng)在未受干擾和受到干擾之后比特差錯率之間的關(guān)系，而比較的比特差錯率應該為系統(tǒng)糾錯后的比特差錯率，對于一個數(shù)字通信系統(tǒng)，糾錯前后的比特差錯率的關(guān)系也是可以確定的。因此，在實際運用中，只需要測量干擾前后的比特差錯率的變化情況，就可以確定該數(shù)字通信系統(tǒng)的干擾等級。7.4對語音信號質(zhì)量的客觀評價方法7.4.1概述語音質(zhì)量包括兩方面內(nèi)容：清晰度和自然度。前者是衡量語音中字、單詞和句的清晰程度，而后者則是對講話人的辨識水平。語音質(zhì)量評價不但與語音學、語言學、信號處理等學科有關(guān)，而且還與心理學、生理學等學科有著密切的聯(lián)系，因此語音質(zhì)量評價是一個極其復雜的問題。語音質(zhì)量評價從評價主體上講可分為兩大類：主觀評價和客觀評價。主觀評價是以人為主體來評價語音的質(zhì)量。該方式雖較為繁雜，但由于人是語音的最終接受者，因此這種評價應是語音質(zhì)量的真實反映。目前，國內(nèi)外使用較多的主觀評價方法有：平均意見分(MOS)法、音韻字可懂度測量(DRT)法和滿意度測量(DAM)等方法。其中，MOS評分法是一種廣為使用的主觀評價方法，它以平均意見分來衡量語音質(zhì)量，用五個等級來表示語音的質(zhì)量等級：優(yōu)(5分)、良(4分)、一般(3分)、差(2分)、壞(1分)。顯然，主觀評價的優(yōu)點是符合人對語音質(zhì)量的感覺，缺點是費時費力費錢，且靈活性不夠，重復性和穩(wěn)定性較差，受人的主觀影響較大等。為了克服主觀評價缺點，人們不得不尋求一種能夠以方便、快捷方式給出語音質(zhì)量評價值的客觀評價方法，即用機器來自動判別語音質(zhì)量。不過值得注意的是，研究語音質(zhì)量客觀評價的目的不是要用客觀評價來完全替代主觀評價，而是使客觀評價成為一種既方便快捷又能夠準確預測出主觀評價值的語音質(zhì)量評價手段。盡管客觀評價具有省時省力等優(yōu)點。但它還不能反映人對語音質(zhì)量的全部感受。當前的客觀評價方法都是以語音信號的時域、頻域及變換域等的特征參量作為評價依據(jù)，沒有涉及到語義、語法、語調(diào)等這些影響語音質(zhì)量主觀評價的重要因素。語音質(zhì)量客觀評價從評價結(jié)構(gòu)上可分為基于輸入－輸出的評價和基于輸出的評價?；谳斎耄敵龅脑u價是以語音系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號之間的誤差大小來判別語音質(zhì)量的好壞，是一種誤差度量；基于輸出的評價是僅根據(jù)語音系統(tǒng)的輸出信號來進行質(zhì)量評價。近30年來，語音質(zhì)量客觀評價方法研究主要集中在基于輸入－輸出方式的評價上，即通過提取兩端語音信號的特征參量來建立評價模型。隨著信息、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，這種基于輸入－輸出的評價方法已滿足不了許多領(lǐng)域的實際應用需要，如在無線移動通信、航天、航海以及現(xiàn)代軍事等領(lǐng)域，往往要求客觀評價方法具有較高的靈活性、實時性和通用性，而且在得不到原始輸入語音信號情況下也要能對語音質(zhì)量進行評價，所以，在20世紀90年代基于輸出方式的客觀評價方法已開始受到國內(nèi)外學者的重視。語音質(zhì)量客觀評價研究自20世紀70年代以來迅速發(fā)展，國內(nèi)外學者提出了數(shù)以千計的客觀評價方法，從它們各自使用的主要技術(shù)(如譜分析、LPC分析、聽覺模型分析、判斷模型分析等)和主要特征參數(shù)(時域參數(shù)、頻域參數(shù)、變換域參數(shù)等)又可以分為以下六類：(1)基于信噪比評價方法。信噪比(SNR)是一種廣為應用的簡單客觀評價方法，高信噪比是高質(zhì)量語音的必要條件，但不是高質(zhì)量語音的充分條件。大量的實驗表明，單一的SNR預測主觀評價的能力極差。經(jīng)過改進的分段信噪比、變頻分段信噪比等方法與主觀評價得出的評價結(jié)果間的相關(guān)度有所提高，但這些都只是針對高速率的波形編碼語音而言。(2)基于LPC技術(shù)評價方法。這類方法是以LPC分析技術(shù)為基礎(chǔ)的，把LPC系數(shù)及其導出參數(shù)作為評價的依據(jù)參量。由LPC導出的方法有：LRC(LinearReflectionCoefficient)、LLR(LogLikelihoodRatio)、LSP(LineSpecturmPairs)、LAR(LogAreaRatio)、Itakura、CD(CepstralDistance)等方法以及它們的一些改進方法。(3)基于譜距離評價方法?；谧V距離的評價方法是以語音信號平滑譜之間的比較為基礎(chǔ)的。譜距離評價有很多種，主要有：SD(SpectralDistance)、LSD(LogSD)、FVLISD(FrequencyVariantLinearSD)、FVLSD(FrequencyVariantLogSD)、WSD(WeightedslopeSD)，ILSD(InverseLogSD)等方法。(4)基于聽覺模型評價方法。該類評價方法是以人感知語音信號的心理聽覺特性為基礎(chǔ)。具有代表性的聽覺模型方法有巴克譜失真(BSD)、修正的巴克譜失真(MBSD)、感知語音質(zhì)量測度(PSQM)、PLP(PerceptualLinearPredictive)、MSD(MelSpectralDistortion)等。(5)基于判斷模型的評價方法。這類評價方法是在選擇表達語音質(zhì)量的特征參量基礎(chǔ)上，更主要側(cè)重于模擬人對語音質(zhì)量的判斷過程，如AD/MNB方法、模糊決策樹方法等。(6)其他評價方法。其他單價方法主要有一致函數(shù)CHF法、信息指數(shù)II法、專家模式識別EPR法等?？陀^評價和主觀評價之間的聯(lián)系常用一種函數(shù)映射關(guān)系來表示，通過這個映射關(guān)系可以將客觀評價值轉(zhuǎn)換成主觀評價值。該函數(shù)可以是線性或非線性回歸關(guān)系也可以是多項式擬合關(guān)系。由于客觀評價實質(zhì)上是對主觀評價值的一種預測，因此客觀評價方法的性能好壞可以利用其與實際主觀評價值的相關(guān)性來衡量，兩者之間的相關(guān)系數(shù)越接近1越好。表7.4-1給出了目前具有代表性的客觀評價方法的相關(guān)系數(shù)數(shù)值表。由于受測試數(shù)據(jù)、測試方式等因素的影響，因而在不同文獻中使用同樣方法卻會得到不同結(jié)果。表7.4-1客觀評價方法的相關(guān)系數(shù)7.4.2語音信號的失真測度語音質(zhì)量客觀評價的核心是性能良好的失真測度，語音質(zhì)量的客觀評價對語音質(zhì)量的評價是建立在語音信號特征矢量(參數(shù))之間的失真距離上的，因此研究和選取特征矢量之間的度量方法對客觀音質(zhì)評價來說是非常重要的，它常決定了整個系統(tǒng)的性能。目前從語音特征參數(shù)的提取上看，失真測度大體可分為時域測度、頻域測度和感知域測度。1.頻域失真測度頻域失真測度也叫譜失真測度，如對數(shù)似然比測度LLR(LogLikelihoodRatio)、參數(shù)距離測LPC(LinearPredictiveCoding)、線性預測編碼倒譜距離測度LPC-CD(LinearPredictiveCodeCepstralDistance)等方法以及它們的一些改進方法。這些測度比時域測度的性能更可靠，對信號時間同步要求也不高。若測度計算的結(jié)果值越小，則說明失真語音和原始語音越接近，即語音質(zhì)量越好。1)線性預測倒譜系數(shù)及其譜失真測度由線性預測系數(shù)(LPCCepstralCoefficient，LPCC){ai}可以直接遞推出倒譜系數(shù){cn}。理論上這種倒譜系數(shù)是一個無窮長序列，但是倒譜的一個重要特點是它所反映的譜包絡(luò)信息主要集中在低時間區(qū)域，因此常常只取10個左右的倒譜系數(shù)就夠了。時間原點的倒譜系數(shù)通常不用，因為它是反映頻譜能量的。線性預測倒譜特征矢量(設(shè)為L維)的譜失真測度通常用平方和測度，即(7.4-1)其中,C={c1,c2,…,cL}和分別為兩組倒譜系數(shù)。這種倒譜失真測度是一種與譜能量無關(guān)的測度，它只與譜形有關(guān)。這種測度反映的是兩種譜形之間的誤差能量，不僅是一種良好的失真測度，而且它還與歐幾里德距離有直接關(guān)系。由于倒譜系數(shù)的傅立葉變換就是信號譜的對數(shù)模函數(shù)，根據(jù)Parseval定理可知，倒譜域的平方和測度等價于頻域的對數(shù)模函數(shù)的平方和測度，即(7.4-2)這里XL(k)和分別為{cn}和的N點離散傅立葉變換，它們是信號頻譜經(jīng)倒譜窗函數(shù)平滑以后的對數(shù)模函數(shù)的估值。因此，這種測度與人耳的聽覺特性是大致相符的。大量實踐證明：倒譜特征矢量及其譜失真測度優(yōu)于增益歸一化似然比失真測度，因此，在語音識別、語音質(zhì)量客觀評價方法等研究中得到了廣泛的應用。然而，雖然它是直接由線性預測系數(shù)遞推得到的，但它在倒譜域做了截短，相當于在頻域進行了倒譜窗平滑，使共振峰展寬了，因此它不再是線性預測系數(shù)的等價參數(shù)，在語音合成與編碼中也很少采用。對倒譜系數(shù)進行某種加權(quán)，就得到加權(quán)倒譜失真測度，即(7.4-3)其中，加權(quán)函數(shù)wn可以有多種形式，總的變化趨勢是由小到大，然后再由大到小。典型的加權(quán)系數(shù)有升正弦函數(shù)，即(7.4-4)2)線譜對參數(shù)及其失真測度線譜對參數(shù)(LineSpectrumPairs，LSP)具有很好的量化性能和內(nèi)插性能，在語音編碼與合成中得到了廣泛的應用。對于線譜對參數(shù)表示的特征矢量的失真測度，通常采用加權(quán)平方和失真測度，即(7.4-5)其中，p為預測器階數(shù);wi為第i個分量的加權(quán)因子;ci為第i個分量的輔助加權(quán)因子，它的值是與第i個線譜頻率有關(guān)的。加權(quán)因子wi可以由下式得到(7.4-6)其中,γ是一個經(jīng)驗常數(shù)，一般取為0.15；P(ωi)是LPC分析得到的能量密度譜。輔助加權(quán)因子通常取c1~c8=1.0，c9=0.8，c10=0.4。3)板倉-齋田譜失真測度板倉-齋田譜失真測度又稱為匹配誤差測度，它是日本學者板倉(Irakura)和齋田(Saito)提出的。他們是在由高斯自遞歸信源的最大似然估計推導線性預測頻譜中得到的，其定義為(7.4-7)其中,X(ω)、Y(ω)分別為兩個被比較信號x(n)和y(n)的能量密度譜；和分別是X(ω)、Y(ω)的能量，和為(7.4-8)其中,Rn是信號x(n)的n階自相關(guān)矩陣，它的第k行第j列元素為rx(|k－j|)。假設(shè)Y(ω)是一個全極點模型的頻譜函數(shù)，即(7.4-9)則板倉-齋田譜失真測度為(7.4-10)其中,a={a1,a2,…,ap}為信號Y的p階線形預測系數(shù)。實際上，式(7.4-10)的值就是用全極點模型Y(ω)對信號X進行線性預測所產(chǎn)生的預測殘差能量。板倉-齋田譜失真測度與被比較的兩種譜的能量大小有關(guān)。在許多實際應用中，常常希望只比較兩種譜的形狀(因為譜形狀反映聲道形狀)，而把能量(增益)分離出來另外考慮。因此，由上述譜失真測度出發(fā)，而將兩個被比較的譜增益都歸一化，這就導出了著名的Itakura失真測度，或稱為增益歸一化似然比失真測度，即(7.4-11)其中,表示信號X的增益歸一化自相關(guān)矩陣。上述兩種失真測度能在一定程度上反映人的主觀感覺，其值的大小對應于聽覺上的差異大小。但它既不具有有對稱性，也不滿足三角不等式，因此，它不是譜距離測度。對它做一點修改就可以得到一種對稱的失真測度，其定義為(7.4-12)2.感知域失真測度頻域失真測度往往作為判定語音編碼器的設(shè)計模型性能的重要依據(jù)。與此相比，感知域失真測度的計算則更多地基于人耳的聽覺感知模型。在計算中，語音信號從線性頻域變換到巴克域，由于符合人耳主觀聽覺感受，這類失真測度對語音質(zhì)量主觀評價的預測達到了高的水平。從最近幾年國內(nèi)外語音質(zhì)量客觀評價失真測度研究得到的結(jié)果看，只有較好地利用或體現(xiàn)人的感知特性的客觀評價失真測度，才能在同樣失真條件下得到主客觀測試結(jié)果的更好相關(guān)。因此，以心理聲學為基礎(chǔ)，針對人的感知特性的客觀失真測度的研究成為目前主要的研究方向，主要包括美爾頻率倒譜系數(shù)MFCC(MelFrequencyCepstralCoefficient)距離測度，巴克譜失真測度BSD，ITU-TP.861建議的感知語音質(zhì)量測度PSQM，度量標準化段MNB。1)基于美爾(Mel)頻率倒譜系數(shù)(MFCC)及其失真測度語音信號是由聲門激勵信號激勵聲道產(chǎn)生的輸出與聲道單位沖激響應的卷積得到的。倒譜分析是一種同態(tài)解卷算法。在同態(tài)解卷的過程中將頻率軸進行Mel頻率尺度非線性映射，得到的倒譜系數(shù)就是MFCC。人耳所聽到的聲音的高低與聲音的頻率并非線性正比關(guān)系，用Mel頻率尺度更符合人耳聽覺特性。Mel頻率和Hz頻率之間大致呈對數(shù)映射關(guān)系，可用下式表示(7.4-13)實際頻率f的單位為Hz，根據(jù)Zwicker的工作，臨界頻率帶寬隨著頻率的變化而變化，并與Mel頻率的增長一致。其失真測度可用平方和失真測度來定義，即(7.4-14)其中,C={c1,c2,…,cL}和分別是兩組Mel倒譜系數(shù)。2)巴克(Bark)譜失真測度巴克譜失真測度是基于短時傅立葉變換的，它考慮了人耳的多種聽覺生理特性。信號加窗變換到頻域，取其模平方形成能量譜。然后經(jīng)過一組臨界帶濾波器，將線性頻率變換到巴克刻度，模擬人類聽覺系統(tǒng)的特點，即噪音對純音的掩蔽效應、人耳對低頻比高頻有更好分辨率的特點，因而它是一種更接近于人類主觀評價的客觀測度。線性頻率與巴克頻率的轉(zhuǎn)換關(guān)系由下式近似給出：(7.4-15)其中，f是線性頻率，單位為Hz；b是巴克頻率，單位為Bark。另外，為模擬人耳對不同頻率聲強具有不同敏感性的特點，又引入了等響度曲線對譜進行修正。最后，還要完成一個從響度級到響度的轉(zhuǎn)換。這樣就得到了所謂的巴克譜L(i)。它充分反映了人耳對頻率及幅度的非線性傳遞特性，以及人耳在聽到復雜聲音時所表現(xiàn)的頻率分析和譜合成特性。其失真測度定義為(7.4-16)其中,N是巴克頻帶數(shù)。巴克譜失真測度已經(jīng)在語音質(zhì)量客觀評價方法研究中得到了很好的應用，它也可以用于語音識別，只是計算量較大。7.4.3基于Mel譜失真測度的干擾效果評價1.MFSC的計算流程首先將語音的Hz頻率映射為Mel頻率，以描述人耳頻率的非線性感知特性；然后Mel域帶通濾波表示了人耳對聲音的頻率分析功能；最后使用幅值非線性變換模擬聲音的強度—響度變換特性，這樣就實現(xiàn)了在Mel域上對語音的感知分析。將經(jīng)過上述處理過程得到的譜命名為Mel譜。Mel譜是圖7.4-1所示感知分析所得到的語音幀特征表示，為了保證特征參數(shù)之間的無關(guān)性和降低特征參數(shù)的使用維數(shù)，對Mel譜進行DCT變換處理，變換得到的參數(shù)稱為Mel譜系數(shù)(MelFrequencySpectraCoefficient，MFSC)。MFSC的實現(xiàn)流程如圖7.4-1所示，虛線框中的為語音感知的實現(xiàn)環(huán)節(jié)，是MFSC計算的核心部分。圖7.4-1MFSC實現(xiàn)流程MFSC的具體計算過程描述如下：(1)加窗、分幀。語音信號是非平穩(wěn)信號，但一般認為在10~25ms內(nèi)是短時平穩(wěn)的。因此取25ms的時間片對語音信號進行分幀。為了減少截斷效應，應采用Hamming窗將語音信號截斷為一幀一幀的短時信號。Hamming窗表示為(7.4-17)其中，N=200，加窗后每幀的信號表示為

xk(n)=sk(n)w(n)(7.4-18)(2)時頻變換。對經(jīng)過預處理的第k幀語音幀xk(n)做FFT變換得到頻譜Xk(f)，即Xk(f)=FFT{xk(n)}(7.4-19)(3)短時功率譜計算：Pk(f)=Re［Xk(f)］2+jIm［Xk(f)］2(7.4-20)(4)模擬人耳的頻率感知特性。按照下面的頻率變換關(guān)系式，實現(xiàn)實際頻率坐標到Mel尺度坐標的變換:上式描述了音高與聲音的物理頻率之間的線性關(guān)系，其中，f的單位是Hz，Mel譜的單位為Mel。在實際計算中，頻率的非線性感知特性常直接體現(xiàn)在Mel濾波器組的構(gòu)成中。(7.4-21)(5)模擬基底膜上的頻率響應特性。常使用三角型幅頻響應的Mel濾波器組來模擬基底膜的濾波作用，這里使用了24個濾波器構(gòu)成濾波器組，該濾波器組近似于頻率范圍內(nèi)4000Hz的聽覺臨界帶濾波器組。濾波器的中心頻率和帶寬在0~2146Mel上均勻分布，在線性頻率軸上則按對數(shù)間隔分布，如圖7.4-2所示。各個三角濾波器的幅頻特性由下式確定：(7.4-22)圖7.4-2在Hz頻率域上表示Mel三角濾波器組其中，fj為第j個濾波器的中心頻率;Aj(f)是第j個濾波器的幅頻函數(shù)。第k幀語音的短時能量譜通過濾波器組，產(chǎn)生濾波器組的輸出為(7.4-23)其中，Ojk是第k幀語音的第j個濾波器的輸出;N為濾波器的數(shù)量。(6)強度—響度變換模擬實現(xiàn)。為使變換關(guān)系既符合聽覺感知特性又避免復雜的計算，對濾波器組輸出進行立方根壓縮處理，即(7.4-24)(7)DCT變換去相關(guān)。對Xjk做離散余弦變換(DiscreteCosineTransform，DCT)，最終得到美爾譜系數(shù)MFSC。(7.4-25)其中，i表示系數(shù)的階數(shù)，i=0,1,2,…,m。經(jīng)過DCT處理后，各階系數(shù)分量之間將不具有相關(guān)性。在上述的計算流程中，步驟(4)、(5)和(6)分別實現(xiàn)了頻率彎折、帶通濾波和強度-響度感知功能，即圖7.4-1基本感知模型中的三個模塊的功能，所以MFSC分析的確是一種語音聽覺感知分析。圖7.4-3為MFSC與MFCC的原理示意圖。雖然兩者在形式上只有一個環(huán)節(jié)不同，但是這個環(huán)節(jié)的區(qū)別體現(xiàn)的則是分析原理上的不同：MFCC分析本質(zhì)上是同態(tài)解卷處理，MFSC分析則是聽覺感知分析。同時，說明MFSC與MFCC分析的計算復雜性幾乎相同。圖7.4-3MFSC、MFCC的原理示意圖2.主觀評價標準的選擇在語音性能的客觀評價中，MOS評分法使用最為普遍，其原因是MOS法更傾向于整體滿意度得分，且不要專業(yè)的評聽隊伍，實施比較容易。MOS法的核心內(nèi)容，是將語音的整體分為為五個等級。參加測試的評聽人在聽完測試音后，便按這五個等級給出他對所測語音屬于哪個等級的質(zhì)量評價。全體評聽者的平均分就是所測語音的質(zhì)量的MOS值。DMOS是由失真等級評價法(DCR)發(fā)展而來的。在對高質(zhì)量語音通信系統(tǒng)的評價中它比ACR具有更高的靈敏度。MOS、DMOS判分的五級標準如表7.4-2所示。表7.4-2MOS、DMOS判分的五級標準3.統(tǒng)計相關(guān)模型的建立為了與主觀評價等級一致，需要利用統(tǒng)計相關(guān)模塊建立客觀失真量與主觀質(zhì)量分之間的對應關(guān)系。假設(shè)主觀質(zhì)量分為MOS值，所使用的函數(shù)映射關(guān)系表示如下：So(i)=P(di)(7.4-26)其中，P(·)為預測函數(shù)或回歸函數(shù)，可以是線性或是非線性回歸關(guān)系函數(shù)；di為第i個樣本的客觀失真量值;So(i)為di通過P(·)對應的5級尺度范圍內(nèi)的質(zhì)量分值，稱為客觀MOS分或者預測MOS分。對失真語音進行主觀、客觀評價關(guān)聯(lián)，將得到一些分布在二維平面上的點，其橫坐標為客觀失真測度值d，縱坐標為MOS值。如使用下式給出的二次多項式函數(shù)形式進行擬合確定a、b、c的數(shù)值，便得到客觀失真測度值與客觀MOS值之間的對應關(guān)系為必須指出，所獲得的擬合關(guān)系只對特定使用范圍內(nèi)的客觀評價有效。當使用評價系統(tǒng)時，先由客觀評價系統(tǒng)計算出語音的客觀失真測度值，再代入擬合公式進行計算，最后得出客觀MOS值。不同的客觀測度的評價效果并不相同。由于客觀評價結(jié)果實際上是對主觀評價結(jié)果的一種估計，所以客觀評價的性能通常以主、客觀評價結(jié)果之間相關(guān)程度來衡量。描述客觀評價性能的常用指標為相關(guān)度ρ和偏差σ，相關(guān)度表示統(tǒng)計意義上的一致性(線性關(guān)系)程度，偏差是誤差范圍的描述，可以表示估計的置信區(qū)間。(7.4-27)主客觀評價結(jié)果的相關(guān)性一般采用Pearson相關(guān)系數(shù)加以描述，其相關(guān)程度和偏差分別用下式計算：(7.4-28)(7.4-29)其中，so(i)是第i個失真語音文件的客觀MOS值；ss(i)是第i個失真語音文件的主觀真實MOS值;M是失真語音文件的數(shù)量。若主客觀MOS之間的相關(guān)值小于0.85，一般認為客觀評價結(jié)果的可靠性和有效性欠佳；相關(guān)值大于0.90是目前客觀評價的基本要求，達到0.95左右則認為是高度一致相關(guān)。4.美爾譜失真測度將MFSC作為語音特征參數(shù)用于基于輸入-輸出方式的語音質(zhì)量客觀評價中，這種使用MFSC的客觀測度稱為美爾譜失真測度(MelFrequencySpectralDistortionMeasure，Mel-SD)，其過程如下：(1)預處理。由于輸入-輸出語音質(zhì)量客觀評價的要求，需要先對語音信號進行預處理；然后對預加重處理的語音信號加窗分幀，得到語音幀序列。(2)特征參數(shù)提取。對每幀語音信號進行特征提取，完成快速傅立葉變換、頻率彎折、Mel域濾波處理、語音強度-響度感知變換及DCT處理，得到對應于每幀語音的MFSC參數(shù)。(3)失真量計算。第k幀失真語音和第k幀原始語音MFSC之間的失真量按下式計算：(7.4-30)其中，Cx(i,k)為原始語音第k幀MFSC的第i階系數(shù)；Cy(i,k)為失真語音第k幀MFSC的第i階系數(shù);N為總幀數(shù);M為所使用MFSC的最高階數(shù)。按下式計算美爾譜系數(shù)失真距離的算術(shù)平均值，此平均值作為失真語音相對于原始語音的整體失真程度，即Mel-SD的失真測度值：(7.4-31)5.典型仿真結(jié)果在只存在噪聲的情況下，隨著信噪比的增加，Mel-SD減小，如圖7.4-4所示。圖7.4-4信噪比和Mel-SD距離圖Mel-SD失真測度的主客觀擬合曲線如圖7.4-5所示。主客觀評價結(jié)果的相關(guān)系數(shù)為0.937，說明用Mel-SD失真測度還是比較可靠的。以信噪比為參量，當信噪比分別為20dB、25dB、30dB、35dB、40dB的語音信號，改變干信比得到的失真測度距離如圖7.4-6所示。從圖中可以看出，當信噪比較高時，失真距離比較大。當信噪比為40dB時，加入干擾信號后，不同干信比得到的Mel-SD失真測度值的客觀MOS值如表7.4-3所示。從上表可以看出，隨著干信比增加，其對應的Mel-SD失真測度的客觀MOS值不斷減小，也就是語音質(zhì)量變差，干擾效果越來越明顯。圖7.4-5歸一化Mel-SD失真測度的主客觀評價值二次擬合曲線圖7.4-6不同信噪比語音Mel-SD距離-干信比關(guān)系表7.4-3參考語音客觀MOS值和加干擾時的語音客觀MOS值7.5通信干擾效能評估的仿真技術(shù)7.5.1通信干擾效能評估的物理仿真1.全實物仿真系統(tǒng)全實物仿真(全物理仿真)是根據(jù)真實設(shè)備的物理特性來建立模型，參加仿真試驗的設(shè)備全部是實際物理設(shè)備或用縮比模型代替真實設(shè)備，避免了設(shè)備中某些實物及其部件難以建立精確的數(shù)學模型的困難。全實物仿真可再現(xiàn)真實設(shè)備的主要特性并以此為基礎(chǔ)進行研究和試驗。1)全實物仿真的內(nèi)容全實物仿真首先需要建立物理模型(相似模型)。當人們對真實設(shè)備的物理特性無法用數(shù)學模型進行描述和分析時，物理模型(相似模型)可讓人們對其有直觀的認識。根據(jù)仿真目的的不同，建立物理模型的方法也不同。對用于直觀、便于人們了解的目的時，往往在人機界面建立逼真的物理模型，如控制臺的操作菜單、全景顯示等；而對于研究真實設(shè)備的物理特性時，則可建立一些縮比模型,如信號模擬器等。建立縮比模型必須不改變真實設(shè)備的主要物理特性，如通信信號模擬器的工作頻率、調(diào)制方式、跳速、頻率集；干擾信號模擬器的工作頻率、干擾方式、干擾樣式；方向信號模擬器的工作頻率、移相范圍等。2)全實物仿真的實施用全實物仿真檢測和評估通信對抗裝備的干擾效能，一般采用外場試驗和測試的方法(如電子靶場試驗、部隊試驗等)。試驗系統(tǒng)包括被檢測和評估的通信對抗裝備、用于檢測干擾效能的通信系統(tǒng)、測量儀器、指揮控制網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理設(shè)備。參加試驗的設(shè)備數(shù)量要根據(jù)試驗的規(guī)模和測試的項目而定。用這種方法得到的數(shù)據(jù)真實、可靠性高，但試驗和測試花費的時間長、耗資大，且難以完全展現(xiàn)戰(zhàn)場復雜、密集的電磁環(huán)境。全實物仿真一般在通信對抗裝備設(shè)計定型試驗或最終驗收時采用。2.半實物仿真系統(tǒng)半實物仿真(半物理仿真)是由實際物理設(shè)備和數(shù)學模型相結(jié)合的一種仿真試驗環(huán)境。由于受實物仿真條件的制約，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和對仿真領(lǐng)域的深入認識，特別是大量成熟的仿真工具軟件問世，現(xiàn)已逐步用數(shù)學模型代替物理模型。不過，仍還有一些需物理設(shè)備參與的仿真試驗，如通信對抗裝備的控制中心，因控制流程復雜，建立控制模型難度大，常用實際設(shè)備參與仿真研究。這種數(shù)學、物理兩方面仿真兼而有之的半實物仿真已成為當今物理仿真的主流。1)半實物仿真的特點半實物仿真大都用于大型復雜的通信對抗裝備，通常對數(shù)學模型和物理模型建立一個軟、硬件的仿真環(huán)境，用標準接口、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一體，控制設(shè)備保證數(shù)學模型與物理模型的實時同步。在物理模型上可設(shè)置一系列反映物理量的傳感器，在數(shù)學模型上加載物理設(shè)備產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)。通過計算機數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集相應物理量的數(shù)據(jù)，由仿真計算機進行數(shù)據(jù)處理，將結(jié)果輸出到顯示設(shè)備，檢測與評估系統(tǒng)可根據(jù)結(jié)果進行相應的評估。半實物仿真必須滿足控制設(shè)備的實時性和可靠性、計算機內(nèi)存大而速度快、人機界面與真實設(shè)備一致且能模擬真實情況下通信對抗裝備的系統(tǒng)響應等要求。2)半實物仿真系統(tǒng)的組成及工作原理半實物仿真可為通信干擾效能檢測與評估提供一個真實的試驗環(huán)境。半實物仿真檢測與評估系統(tǒng)的組成如圖7.5-1所示。該系統(tǒng)包括模擬器、信號合成網(wǎng)絡(luò)、合路和衰減網(wǎng)絡(luò)、通信電臺、測試儀器、通信干擾檢測和效能評估系統(tǒng)等。各種模擬器、通信電臺用于生成不同戰(zhàn)術(shù)背景和試驗條件下所要求的不同復雜程度的瞬時、寬頻段、多種信號樣式、大信號密度、多方位、動態(tài)可控的電磁背景信號環(huán)境。信號合成網(wǎng)絡(luò)由基本混合網(wǎng)絡(luò)和端口擴展器組成，作用是模擬混合空間各路信號的環(huán)境，并把混合的信號環(huán)境傳輸給接收測試設(shè)備，同時對產(chǎn)生的背景電磁環(huán)境信號和試驗信號進行衰減，生成滿足戰(zhàn)術(shù)要求的背景電磁環(huán)境和試驗所需的各種電平的信號。圖7.5-1半實物仿真檢測與評估系統(tǒng)的組成合路和衰減網(wǎng)絡(luò)由合路器和衰減器組成，用于對實際電臺信號、通信對抗裝備產(chǎn)生的信號進行混合、衰減，除送給信號合成網(wǎng)絡(luò)外并送給儀器組合進行測量。通信對抗裝備就是需要進行效能評估的真實設(shè)備，在通信干擾檢測和效能評估系統(tǒng)計算機的控制下，產(chǎn)生實際干擾信號。通信干擾檢測和效能評估系統(tǒng)是通信對抗仿真的控制中心，由計算機和專用軟件組成，主要功能是通過網(wǎng)絡(luò)、通信接口控制試驗場景的設(shè)置、試驗進程的動態(tài)變化、信號測量、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、分析評估。在仿真過程中，通信對抗裝備產(chǎn)生的干擾信號以及模擬器、通信電臺產(chǎn)生的電磁環(huán)境信號通過有線、無線信道輸入到接收測試設(shè)備。接收測試設(shè)備對接收到的合成信號進行數(shù)據(jù)處理、調(diào)制方式識別、網(wǎng)臺分選、誤碼率分析，并把處理結(jié)果送給通信干擾檢測和效能評估系統(tǒng)。通信干擾檢測和效能評估系統(tǒng)的計算機通過對接收測試設(shè)備處理結(jié)果進行分析、比較，給出通信對抗裝備干擾效果的定量檢測與評估結(jié)論。3)信號模擬設(shè)備信號模擬設(shè)備的種類比較多，一般是根據(jù)戰(zhàn)場上敵方通信信號的調(diào)制方式、通信體制進行研制，為滿足通信對抗裝備進行外場試驗的需要，按照常規(guī)方法，信號模擬設(shè)備應是實際設(shè)備的縮比模型。但在無線電技術(shù)高度發(fā)達的今天，如果按照常規(guī)方法，即完全用硬件來實現(xiàn)的話，則設(shè)備的體積、經(jīng)費、研制周期等是不能接受的。隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，信號模擬設(shè)備可采用軟件無線電技術(shù)。軟件無線電是一種基于寬帶模-數(shù)變換(ADC)器件、高速數(shù)字信號處理(DSP)芯片，并以軟件為核心的嶄新的體系結(jié)構(gòu)，具有靈活性、適應性和開放性等特點。因此，利用軟件無線電技術(shù)研制信號模擬設(shè)備不僅具有經(jīng)濟成本的可承受性，而且具有技術(shù)上的可實現(xiàn)性。我們知道，任意通信信號都可用數(shù)學表達式表示為s(t)=A(t)sin［ωct+φ(t)］(7.5-1)若調(diào)制信號“調(diào)制”在A(t)上，則為幅度調(diào)制(調(diào)幅)類信號，如AM、DSB、SSB、ASK等信號；若調(diào)制信號“調(diào)制”在φ(t)上，則為角度調(diào)制(調(diào)角，即調(diào)頻和調(diào)相)類信號，如FM、FSK、PSK等信號；若調(diào)制信號“調(diào)制”在A(t)和φ(t)上，則為幅角調(diào)制(調(diào)幅-調(diào)角)類信號，如QAM等信號；另外，對于跳頻信號，上式ωc還將隨跳頻圖案變化。對上式形式稍作改寫，可寫為其中f(t)是瞬時頻率。根據(jù)上面的數(shù)學表達式，建立相應的數(shù)學模型，通過計算，形成瞬時頻率、瞬時幅度，然后加載到物理設(shè)備上，產(chǎn)生相應的通信信號。圖7.5-2是基于軟件無線電的直接數(shù)字頻率合成(DDS)任意調(diào)制信號模擬設(shè)備的組成框圖。因此，基于軟件無線電的信號模擬器的特點是：設(shè)備的硬件基本保持不變，只要改變待仿真信號相應的數(shù)學模型，便可實現(xiàn)信號模擬。(7.5-2)圖7.5-2基于軟件無線電DDS的任意調(diào)制信號產(chǎn)生示意圖4)信號環(huán)境的生成(1)戰(zhàn)場信號環(huán)境的特點。在現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境中，通信信號的特點是寬頻段、多制式、廣地域、高密度、動態(tài)分布、調(diào)制復雜。通信信號主要有點對點通信、一點對多點通信、移動通信、衛(wèi)星通信、接力通信等設(shè)備產(chǎn)生的信號。通信體制主要有常規(guī)定頻通信、跳頻通信、直接序列擴頻通信、數(shù)據(jù)鏈、TDMA、CDMA等，并采用多種組網(wǎng)方式。戰(zhàn)場信號環(huán)境是由各種類型的輻射源向空中發(fā)射的電磁波組合形成的。由于當今戰(zhàn)場雙方使用的電子信息武器裝備數(shù)量成培增加，使戰(zhàn)場電磁環(huán)境變得密集、復雜、多變。(2)信號環(huán)境的生成方式。為了模擬和產(chǎn)生密集、復雜、多變的通信信號環(huán)境，可以采用現(xiàn)成的儀器，如泰克公司的可編程任意波形發(fā)生器AWG2040，其主要工作過程是：通過向波形存儲器寫入波形數(shù)據(jù)，利用地址序列發(fā)生器對其波形數(shù)據(jù)進行尋址掃描，相應的波形數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出，輸出信號的頻率和幅值都可以程控。(3)信號注入方式。信號注入方式分為輻射注入式和直接注入式兩類。在實驗室(也稱為內(nèi)場)進行半實物仿真時，一般采用直接注入方式，模擬信號直接通過射頻電纜注入到信號合成網(wǎng)絡(luò)，也可通過先接入射頻網(wǎng)絡(luò)，在射頻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)疊加模擬信道特性，然后把混合信號注入到合成網(wǎng)絡(luò)。在野外自然場地(也稱為外場)進行半實物仿真時，通信對抗裝備、通信電臺、模擬器一般放在外場，采用輻射方式注入。這種仿真方法所測試的指標真實，是系統(tǒng)研制過程中檢驗系統(tǒng)性能，保證研制質(zhì)量的必要手段。(4)信號控制方式。對模擬器產(chǎn)生信號的控制分為手動方式和自動方式。所謂手動方式是人工直接操作模擬器的控制面板鍵盤，發(fā)出命令，控制模擬器產(chǎn)生通信信號。自動方式也稱為遙控方式，即人可遠離模擬器，通過計算機網(wǎng)絡(luò)或總線接口，向模擬器發(fā)送控制命令，遙控模擬器產(chǎn)生信號。5)半實物仿真系統(tǒng)的性能檢測半實物仿真是物理仿真的一個重要分支，應用于通信對抗裝備的設(shè)計定型試驗、技術(shù)指標測試、操作訓練等領(lǐng)域，因而需要對半實物仿真系統(tǒng)本身的性能、效能、仿真準確度進行檢測。模擬器是半實物仿真的主要設(shè)備，由它產(chǎn)生的電磁信號環(huán)境是否滿足試驗的要求，存在著仿真電磁環(huán)境的逼真度問題。通過對模擬器產(chǎn)生信號的檢測可提高仿真的準確度。在外場試驗過程中，一般均有檢測設(shè)備參與，以驗證各種電磁環(huán)境是否符合通信對抗試驗條件。7.5.2通信干擾效能檢測與評估的計算機仿真通過計算機仿真對通信對抗裝備干擾效能進行檢測和評估是隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)水平的不斷蓬勃發(fā)展而正在興起的一門專業(yè)。它以實際裝備的模型為基礎(chǔ)，以數(shù)字計算機為工具，具有方便、靈活、省時、經(jīng)濟等難以用其他方法和手段替代的優(yōu)點，特別是通過計算機動態(tài)視景的仿真過程，可以直觀地觀察到作戰(zhàn)雙方的對抗態(tài)勢，檢測通信對抗裝備的實際作戰(zhàn)能力。

1.計算機仿真的內(nèi)容1)計算機仿真系統(tǒng)的三個要素在計算機仿真系統(tǒng)中，一般有三個基本要素：仿真系統(tǒng)、仿真模型和仿真計算機(包括軟、硬件)。(1)仿真系統(tǒng)：按照某些規(guī)律結(jié)合起來、互相作用、互相依存的所有實體的集合或總和。(2)仿真模型：模型是按照仿真系統(tǒng)的實際情況進行一定的數(shù)據(jù)抽象，運用數(shù)學工具來表達出仿真系統(tǒng)的運行狀態(tài)和特性的方式。(3)仿真計算機：是運行仿真系統(tǒng)模型的載體，也是計算機仿真軟件運行的平臺。2)計算機仿真過程的三項活動通信干擾效能檢測與評估的計算機仿真過程包括系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真試驗三項活動。(1)系統(tǒng)建模：建立通信對抗裝備、信號環(huán)境和被干擾對象的數(shù)學模型。(2)仿真建模：利用已建立的模型庫中不同種類的模型構(gòu)筑一個特定的通信對抗裝備(單機或系統(tǒng))的“虛擬樣機”。(3)仿真試驗：對建立的“虛擬樣機”進行仿真，即對其性能進行全面、綜合的分析評估。3)仿真三要素和三項活動之間的關(guān)系仿真系統(tǒng)的三要素和三項活動之間的關(guān)系如圖7.5-3所示。圖7.5-3計算機仿真的三要素和三項活動的關(guān)系圖2.計算機仿真的環(huán)境計算機仿真環(huán)境是對通信對抗裝備進行計算機效能和性能仿真的基礎(chǔ)設(shè)施，它由硬件和軟件組成。硬件主要是計算機、存儲器、顯示器、網(wǎng)絡(luò)等；軟件主要是系統(tǒng)軟件和仿真專用軟件。近年來，隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)和系統(tǒng)管理技術(shù)的飛速發(fā)展，使得計算機仿真環(huán)境也在不斷更新，特別是仿真技術(shù)在軍事領(lǐng)域廣泛應用和現(xiàn)代戰(zhàn)爭中