通信对抗原理冯小平全书课件.ppt

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1、第7章 通信干扰方程和干扰效果评价第第7 7章章 通信干扰方程通信干扰方程和干扰效果评价和干扰效果评价7.1通信干扰方程通信干扰方程 7.2通信干扰效果评价准则通信干扰效果评价准则 7.3通信干扰效能检测和评估方法通信干扰效能检测和评估方法 7.4对语音信号质量的客观评价方法对语音信号质量的客观评价方法 7.5通信干扰效能评估的仿真技术通信干扰效能评估的仿真技术 习题习题 第7章 通信干扰方程和干扰效果评价7.1 通信干扰方程通信干扰方程7.1.1理想条件下的通信干扰方程理想条件下的通信干扰方程通信接收机输入端的干信比大小基本上能够反映干扰的有效性。下面分自由空间传播和地面反射传播两种情况讨论

2、通信干扰基本方程，它用通信接收机输入端的干信比描述。1)自由空间传播的通信干扰方程在自由空间中，通信主要传播方式是直接波，根据自由空间电波传播方程，到达通信接收机输入端的通信信号功率为(7.1-1)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价式中,Pst是通信发射机功率;Gst是发射天线在接收天线方向的增益;Gsr是通信接收天线在发射天线方向的增益;Rc是通信距离;是通信信号波长。同样，在通信接收机输入端的干扰功率为(7.1-2)式中,Pjt是干扰发射机功率;Gjt是干扰发射天线在通信接收天线方向的增益;Gjr是通信接收天线在干扰发射方向的增益;Rj是干扰距离;是通信信号波长。因此，通信接收机输入端的干

3、信比为(7.1-3)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价根据上式可以得出，当通信系统和干扰系统都是在自由空间中传播时，通信接收机输入端的干信比与干通比(r=Rj/Rc)的平方成反比。2)地面反射传播的通信干扰方程在地面传播方式下，由于地面反射波和地面波的影响，到达通信接收机输入端的功率近似为(7.1-4)式中,Pst、Gst、Gsr、Rc意义与前面相同;hst、hsr分别是通信发射和接收天线的高度。类似地，到达通信接收机输入端的干扰功率为第7章 通信干扰方程和干扰效果评价(7.1-5)式中,Pjt、Gjt、Gjr、Rj意义与前面相同;hjt是干扰发射天线的高度。因此，通信接收机输入端的干信比为(

4、7.1-6)根据上式可以得出，当通信系统和干扰系统都是在地面传播方式时，通信接收机输入端的干信比与干通比(r=Rj/Rc)的4次方成反比，与干扰天线和通信天线的高度比的平方成正比。干扰天线高度每升高1倍，干信比提高6dB。因此，对于地面反射传播方式工作的干扰系统，升高天线高度可以明显的改善干信比，提高干扰效果。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价以上两种情况都是假设通信系统和干扰系统工作在相同的电磁传播模式下。但是在实际应用中，有时情况并非如此。比如，当采用升空平台对地面目标通信系统干扰时，通信信号是地面反射传播模式，而干扰信号是自由空间传播模式，这时的干信比为(7.1-7)同理，如果通信信号是

5、自由空间传播模式(如地空通信)，而干扰信号是地面反射传播模式，这时的干信比为(7.1-8)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价7.1.2修正的通信干扰方程修正的通信干扰方程在上面的讨论中，假设干扰信号的所有能量都能够进入目标通信接收机。但是实际情况并非如此，也就是说干扰能量并不能全部进入目标通信接收机，即干扰信号与通信信号之间存在匹配损耗。匹配损耗主要由两方面因素引起：其一是干扰天线与通信接收天线由于极化不同引起的极化损耗；其二是干扰信号带宽与通信接收机带宽不一致(一般干扰带宽大于通信接收机带宽)引起的带宽失配损耗。所以在计算干信比时，还需要考虑天线极化损耗La和带宽失配损耗Lb。设目标通信接收

6、机中频带宽为Br，干扰信号带宽为Bj，则带宽失配损耗为(7.1-9)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价带宽失配损耗是小于1的数。在通信频率范围的低端，极化损耗并不突出，所以可以不考虑它，此时假设La=1。在通信频率高端(UHF以上)，就必须考虑极化损耗的影响。考虑匹配损耗后，干信比关系需要乘以因子LaLb，因此，自由空间传播模式的干信比修正为(7.1-10)在其他传播模式下，考虑匹配损耗后的修正的干信比关系与上式类似，这里不再一一列出。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价此外，如果通信接收机接收天线是水平全向的(大部分战术通信电台都是如此)，则有Gjr=Gsr，那么上式简化为(7.1-11)通常

7、把发射机输出功率P与发射天线增益G的乘积称为有效辐射功率，并且表示为ERP=PG(7.1-12)则上式可以用有效辐射功率表示为(7.1-13)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价式中,ERPj表示干扰发射机的有效辐射功率;ERPs表示通信发射机的有效辐射功率。其他传播条件的干信比也可以利用有效辐射功率表示，这里不再一一给出。上面讨论的各种不同的传播模式下的干信比关系就是通信干扰方程。当按照上面的关系计算得到的干信比超过干扰压制系数时，对应的干扰就是有效的。通信干扰方程是一个重要的方程式，它是干扰功率计算和干扰压制区计算的基础。7.1.3通信干扰有效辐射功率计算通信干扰有效辐射功率计算干扰有效辐射

8、功率计算是通信干扰系统设计的最重要的参数，它根据干扰系统的战术使用要求，如系统作用距离、干扰对象等，通过分析计算和计算机仿真后确定。根据前节得出的干信比公式，可以得到自由空间传播模式下所需的干扰有效辐射功率为 第7章 通信干扰方程和干扰效果评价对于给定的干扰对象，当干扰设备与目标设备的配置关系确定时，干扰有效辐射功率将由实现有效干扰的干信比决定。当干扰目标给定和干扰样式确定后，所需的干信比就是干扰压制系数Kj。将上式中的干信比用干扰压制系数代替，距离比用干通比代替，可以将自由空间传播模式的干扰有效辐射功率重新表示为(7.1-14)(7.1-15)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价同理可以得到其

9、他两种传播模式的干扰有效辐射功率为 地面反射传播模式的干扰有效辐射功率为(7.1-16)(7.1-17)(7.1-18)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价在以上各种传播模式下的干扰有效辐射功率的表达式中，通信发射机的有效辐射功率ERPs、通信收发天线高度hsr和hst、工作波长取决于干扰对象；通信距离Rc、干扰距离Rj、干通比r则由战术使用要求决定；干扰天线hjt的高度可以通过设计选取；最后只剩下干扰压制系数的选取。干扰压制系数的选取涉及到最佳干扰技术，理论上，压制系数最小的干扰样式是最佳干扰样式，它需要的干扰功率最小。对于不同的通信体制，最佳干扰样式不同，所需要的干扰压制系数也不同。下面举例

10、说明通信干扰功率的计算方法和步骤。设计一个车载VHF(30100MHz)战术干扰系统，用于干扰空地、地空和地地通信链路。最大干扰距离为30km，实施干扰后允许的最大通信距离为3km(即干通比r=10)，通信发射机最大有效辐射功率为100W。试计算该干扰系统所需的干扰有效辐射功率。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价(1)空地通信链路干扰功率。空地链路是指通信方的发送设备在空中，接收设备在地面，所以通信方是自由空间传播模式。而干扰方是车载干扰系统，它位于地面对地面通信接收机实施干扰，因此是地面反射传播模式。如果匹配条件良好，并且干扰天线可以升空，则根据视距传播条件，可以得到 其中,hjt、hsr分

11、别是干扰发射天线和通信接收天线的高度。当hjthsr时，可以得到干扰发射天线高度为第7章 通信干扰方程和干扰效果评价即当干扰天线高度大于53m时，干扰信号可以按照自由空间传播模型考虑。将r=30/3=10，因为假设匹配良好，可以取La1，Lb1，并设Kj2，代入自由空间传播模式下的干扰有效辐射功率计算公式，可以得到实际上，在车载条件下，要将天线升高到53m几乎是不可能的。如果干扰天线只能升高到20m，那么干扰信号就不满足自由空间传播模式的条件，而只能按照地面反射传播模式考虑。此时干扰空地链路需要的干扰功率将极大提高：第7章 通信干扰方程和干扰效果评价其中，计算时使用的10m(f=30MHz)，

12、hjr=2m。可见，利用地面车载干扰平台干扰空地链路需要的干扰功率极大，几乎无法实现。因此，必须使用升空平台才能实现对空地链路的有效干扰。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价(2)地空通信链路干扰功率。地空链路是指通信方的发送设备在地面，接收设备在空中，所以通信方是自由空间传播模式。而干扰方是车载干扰系统，它位于地面对空中通信接收机实施干扰，因此也是自由空间传播模式。我们已经计算得到了干扰和通信双方都在自由空间传播模式下，需要的干扰有效辐射功率为20kW，因此，可以实现有效干扰。问题在于，由于通信发射机在地面，侦察引导设备也在地面，那么侦察设备是否能够对通信信号可靠的侦收和识别呢？下面就对此进行

13、必要的分析。根据地面反射传播模型，到达侦察接收机的通信信号功率为第7章 通信干扰方程和干扰效果评价其中,计算时通信发射机天线高度hs2m，侦察接收机天线在天线发射机方向的增益Gjr=4，侦察(干扰)天线高度hj20m，通信发射机有效辐射功率PstGjt100W。一般，通信侦察系统的灵敏度都优于100dBm，所以使用20m高度的天线是可以侦收和识别地空通信链路的通信信号，实现对干扰机的引导。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价(3)地地通信链路的干扰功率。地地通信链路是指通信方的发送和接收设备都在地面，所以通信方是地面反射传播模式。干扰方是车载干扰系统，它位于地面对地面通信接收机实施干扰，因此也是

14、地面反射传播模式，它所需要的干扰有效辐射功率为第7章 通信干扰方程和干扰效果评价根据以上分析，该干扰系统的有效辐射功率最终为20kW。但是需要注意的是，用有效辐射功率20kW的干扰系统无法对空地通信链路进行有效干扰，只能通过其反向链路即地空链路干扰，来达到干扰空地链路的目的。在干扰功率计算中，干通比的确定是关键，干通比是干扰距离与通信距离之比。干扰距离可以根据战术使用要求确定，但是通信距离的确定就比较困难一些。如果只考虑战术使用要求，则希望有效通信距离尽可能小。但是这是要付出代价的，有效通信距离减小，则干扰功率就需要增加，干扰设备就复杂，成本就高，所以在系统设计时，就需要在有效通信距离和成本之

15、间综合考虑。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价7.1.4干扰压制区分析干扰压制区分析前面几节讨论了干信比，给出了在给定干通比条件下的干扰有效辐射功率的计算公式。利用这些关系，基本上可以确定干扰系统的干扰能力。到目前为止，衡量干扰系统的干扰能力的最重要指标是干扰设备能够达到的干通比，但是干通比不是很直观的，而且与敌我双方的对抗态势无关。干扰是否有效，与对抗双方的布局有关的。干扰压制区能够很好的说明这个问题。根据前几节的讨论，在自由空间传播模式下，一旦干扰功率确定，则该干扰机所能够达到的干通比为(7.1-19)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价同理，在地面反射传播模式下，干扰机所能够达到的干通比为

16、7.1-20)一旦干扰对象确定，则它的有效辐射功率ERPs和发射天线高度hst就是确定的。并且如果干扰机性能确定，它的干扰有效辐射功率ERPj和干扰机发射天线高度hjt也是确定的。在这种条件下，上式的右侧实际上是一个常数。设该常数分别为c1和c2，则上述关系可以表示为 第7章 通信干扰方程和干扰效果评价不失一般性，将c1和c2统一用c表示，则有(7.1-21)注意到，常数c取决于干扰机和干扰对象的参数及其传播模式。显然，该干扰机能够达到的干通比为，当干扰距离与通信距离之比小于时干扰有效，当干扰距离与通信距离之比大于时干扰无效。设干扰机和通信系统的布局关系如图7.1-1所示。第7章 通信干扰方

17、程和干扰效果评价图7.1-1 干扰机和通信系统的布局 第7章 通信干扰方程和干扰效果评价其中，干扰机位于坐标原点(O)，干扰机与通信发射机(B)的连线为x轴，通信接收机位于A点，其坐标为(x，y)。按照上述布局，可以得到干扰机与通信接收机、通信发射机与通信接收机之间的距离分别为(7.1-22)式中,d是干扰机与通信发射机之间的距离。利用干通比关系(dj/dc)2=c，可以得到x2+y2=c(dx)2+y2(7.1-23)当c=1时，可以得到(7.1-24)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价即当c=1时，干扰压制区的边界为一条直线，它位于干扰机与通信发射机的连线的中点位置，如图7.1-2所示。于

18、是，在该直线的左侧(干扰机的一侧)为干扰压制区，在该区域中，干扰距离与通信距离之比小于1。类似地，当c1时，经过简单的数学运算可以得到：(7.1-25)上式说明，干扰压制区的边界为一个圆，圆心位于x轴上，离坐标原点的距离为，圆的半径为。下面按照c1和c1的情况当c1时，边界圆的圆心位于正x轴上，并且值大于d。因此圆心在通信发射机右侧，如图7.1-3所示。注意到，边界圆始终覆盖通信发射机，因为该圆的圆心离原点的距离与圆半径的差始终小于d，即小于通信发射机离原点的距离。但是边界圆始终不可能超过图中虚线所示的中线。由于在圆内，干扰距离与通信距离之比大于，因此圆内为干扰无效区；在圆外，干扰距离与通信距

19、离之比小于，所以圆外为干扰压制区。并且c越大，边界圆的圆心越接近通信发射机，圆的半径也越小。当c时，圆心与通信发射机重合，圆半径0，此时整个区域均为干扰压制区。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价图7.1-3 c1时的干扰压制区 第7章 通信干扰方程和干扰效果评价2)c1的情况当c1时，由于值 ，所以边界圆的圆心位于负x轴上，如图7.1-4所示。注意到，边界圆始终覆盖干扰发射机，因为该圆的圆心离原点的距离与圆半径的差始终大于0，即小于通信发射机离原点的距离。由于在圆内，干扰距离与通信距离之比小于，因此圆内为干扰有效区；在圆外，干扰距离与通信距离之比大于，所以圆外为干扰无效区。并且c越小，边界圆的

20、圆心越接近干扰发射机，圆的半径也越小。当c0时，圆心与干扰发射机重合，圆半径0,此时整个区域均为干扰无效区。c0表示干扰功率0，或者由于干扰对象采取了极强的抗干扰措施,使所需的干扰压制系数Kj，再大的干扰功率也难以奏效。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价图7.1-4 c1时的干扰压制区为扣除了边界圆后的整个区域，而c1时的干扰压制区最大，而c1时的干扰压制区最小。所以，再干扰机设计时，应该尽可能提高c值，以获得尽可能大的干扰压制区。特别需要指出的是，c1时干扰机只适合于防御作战情况，因为此时干扰机只能干扰周围区域的通信接收机，而无法干扰靠近敌方区域的通信接收机。这一点从c=1和c1时的干扰压制

21、区上就能够明确的看出。不过，随着干扰机的微型化、网络化，一种所谓分布式干扰技术将可以工作在c1方式的有效干扰压制区可以看出，干扰距离不能完全反映干扰机的干扰能力，或者说，单纯的讲干扰距离是没有意义的。如图7.1-4中边界圆右侧，虽然离干扰距离较远，但是该区域的干通比小于设计值，仍然是有效干扰压制区，并且干扰压制区并不是以通信发射机为中心的圆，而是中心偏离通信发射机位置并且偏向其右侧的圆。只有当c很大时，其圆心才会接近通信发射机的位置。干扰压制区的上述特点，如果不进行详细的分析是很难想象的。以上仅给出了干扰信号和通信信号在相同的传播模式下的干扰压制区的情况。如果两者的传播模式不同，其干扰压制区要

22、复杂得多，这里不再讨论。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价7.2 通信干扰效果评价准则通信干扰效果评价准则7.2.1概述概述通信干扰是通信对抗的进攻手段，以破坏敌方指挥控制和通信系统的正常工作，使敌武装部队失去或部分失去作战能力为目的。因此，敌方作战能力到底损失了没有，实施通信干扰之后到底起了多少作用，也就是说通信干扰的效能如何，这对于实施电子进攻的一方是极希望知道的。另外，获取通信干扰效能的数据对于通信对抗装备技术的发展也十分必要。为此，就产生并迅速发展了通信干扰效能检测与评估这一门技术。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价1)通信干扰效能的检测与评估定义效能是指一个武器系统在战场环境中能够成

23、功履行其作战使命和完成任务的程度。通信干扰效能就是通信对抗装备在战场环境中能够成功地对敌通信过程进行破坏和压制的程度。(1)通信干扰效能检测的定义。通信干扰效能检测是指在给定条件下，针对人为设定的环境(如电子靶场、仿真环境等)，对通信对抗装备干扰特性和干扰效能进行测试和数据统计工作。(2)通信干扰效能评估的定义。通信干扰效能评估是指在通信对抗装备实施干扰后，对被干扰的目标对象受到破坏或削弱程度进行全面而综合的评价和估计。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价2)通信干扰效能检测与评估的方法由于通信干扰自身所具有的前瞻性、科学性、破坏性，被干扰的对象往往是敌方最敏感的部分，开展实战环境下通信干扰效能

24、检测与评估是非常困难的。因此，通信干扰效能的检测与评估，除在设定的实际环境进行试验和测试外，通常还使用仿真的原理和方法。仿真是进行通信干扰效能检测与评估比较可行的办法。所谓仿真，就是应用相似定理和类比关系来研究事物，也就是用实物或模型代替实际系统进行实验和研究。在通信对抗干扰效能检测和评估的仿真中，根据所介入的实物或模型的程度不同，分为物理仿真和数学仿真两类。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价(1)物理仿真。由全部或部分物理设备(包括模拟设备)参与仿真试验的方式称物理仿真。根据参与仿真的物理设备数量的多少可分为全物理仿真(习惯上称为“全实物仿真”)和半物理仿真(习惯上称为“半实物仿真”)。(2

25、)数学仿真。数学仿真是用计算机构成系统以实现并求解给定数学模型的仿真，习惯上称为“计算机仿真”。计算机仿真是由计算机和数学模型模拟实际的物理设备，通过运行仿真软件演示被仿真装备的实际工作，检测和评估被仿真装备的功能和性能。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价7.2.2干扰效果评价准则干扰效果评价准则1.信息准则信息准则一般情况下，干扰信号是某种随机信号，换句话说，干扰信号含有不确定性成分。当给定限制条件时，干扰信号的不确定性越大，对方消除这种干扰的潜在可能性就越小，而且对方采取决策时的不确定性也越大，那么干扰效果就越好。1)信息熵准则熵是随机变量或随机过程不确定性的度量方法。设离散随机变量J的概

26、率分布为(7.2-1)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价式中,Ji(i=1,2,n)是随机变量的值;Pi(i=1,2,n)是随机变量值的出现概率,并且满足：(7.2-2)则随机变量J的熵由下式定义：(7.2-3)如果随机变量x用连续分布密度p(x)表示，则它的熵表示为(7.2-4)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价当其他条件相同时，干扰信号中熵最大的那个信号是最好的。引用熵作为遮盖性干扰信号的品质特性，在评估干扰的潜在能力时，可以不管被压制设备对它们的具体处理方法。应用干扰信号的熵，在某种程度上可以评估它们的潜在干扰能力。但是为了应用这些准则评价干扰信号时，必须知道它们的先验统计特性。2)信息

27、流量准则信息准则的另一种方式按照信息流量(信道容量)进行评价。设一个通信系统在没有受到人为干扰时，其信道通过能力为(7.2-5)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价式中,C是单位时间内信道中的信息流量；Bs是信道带宽；Ps是信号功率；Nt是信道高斯噪声功率。当有通信干扰时，干扰功率进入通信信道，则信道的通过能力下降为(7.2-6)式中，Pj为通信干扰功率。由上式可知，随着干扰功率的增加信息流量Cj将减小。当Pj增加到一定程度，即Cj减小到使信息的损失达到不能容忍的程度时，可以说干扰有效了。这种根据信息流通量来衡量干扰效能的准则就是信息流量准则。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价2.功率准则功率准

28、则功率准则又称为信息损失准则。干扰信号功率的一个重要特性是压制系数。压制系数称为干扰信号品质的功率准则。但是，所研究的压制系数不是作为一个独立的准则，而是作为给定干扰信号与被压制设备的一个功率特性。所谓压制系数可以理解为，当被压制的通信系统出现指定的信息损失时，在被压制通信系统接收机输入端的最小干扰信号与有用信号的能量比，即(7.2-7)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价式中,Pj是干扰信号功率；Ps是目标通信信号的功率。由于干扰信号的作用，造成的信息损失表现在对目标通信信号的遮盖、扰乱、产生判决错误，甚至中断信息传输等。信息损失的情况与干扰样式和被干扰目标通信信号的体制等因素有关。如果Ps和

29、Pj理解为信号平均持续时间内功率的平均值，那么，以所需的最小干扰功率和目标信号功率比表示的压制系数的定义，适用于任意形式的信号。但是压制系数的数值，只有当干扰信号和被压制设备给定时才能求出。因此，功率准则与信息准则不同，它需要知道被压制系统的具体特性。如果系统是已知的，那么采用适当的干扰信号，以较低的功率消耗，系统就可以被压制，但按照信息准则不一定是最佳的。当干扰信号和有用信号的概率特性已知，而且干扰信号与第7章 通信干扰方程和干扰效果评价有用信号在无线电通信设备中的变换特性也已知时，利用统计决策理论就可以确定所需的最小功率比。其中对于遮盖性干扰来说，压制系数可以分两步求得：首先，根据信息准则

30、提供质量最好的干扰信号；然后根据信息准则提供的最佳信号，求出对于给定无线电通信设备的压制系数，求得压制系数的数值是近似的，而且近似的程度与所采用的不同决策准则有关。对于两种必择其一的假设(干扰或信号干扰)的选择，可以利用如贝叶斯(Bayes)准则、极小极大(minmax)准则、诺伊曼-皮尔逊(NeumnnPearson)准则、柯捷里尼可夫-齐格特(Kotellnikovzlgert)准则和瓦尔德(wald)准则等进行判决。这两种必择其-的假设的选择，是以在观察区间(0，T)所得到的随机电压(电流)，即有用信号与干扰信号之和作为这种选择的考察基础的。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价3.其他准

31、则其他准则1)概率准则概率准则是从通信对抗装备在电磁环境中完成给定任务的概率出发评价通信干扰的效能。概率准则建立在大量统计数据的基础上，运用统计实验分析方法，得到完成给定任务的概率。通常用干扰有效概率、压制概率、误差概率、虚警概率等具体形式来表现。2)时间准则当干扰作用于通信系统之后，由于信息传输速率的降低或信道中通过的信息流量减少，完成给定信息量传输任务所花费的时间必然增加。因此，通过检测通信系统完成给定传输任务所需时间的变化量来进行干扰效能检测的准则称为时间准则。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价3)战术运用准则根据通信对抗装备在战术使用过程中对战斗进程和作战结果产生的影响来评价通信干扰效

32、能的准则称为战术运用准则。4)广义关联准则通信干扰效能是一个多元函数。它与各种各样的因素有关，有设备的、技术的、操作方面的以及战术使用的方式与时机，敌我双方人员的心理素质与技术水平等。同时干扰效能的表现也是多方面的，有直接的，有间接的，有速效的，也有经较长时间才能显现的。通信干扰效能的影响有些在干扰消除后立即消除，有些在干扰消失后仍持续相当长时间。故对通信干扰效能的评估，从一定意义上讲，需要遵循这些广义关联准则。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价7.3 通信干扰效能检测和评估方法通信干扰效能检测和评估方法7.3.1对语音通信系统干扰效能的检测和评估对语音通信系统干扰效能的检测和评估一般说来，语

33、音质量至少包括三个方面内容：清晰度、可懂度和自然度。清晰度是指语音中语言单元为意义不连贯的(如音素、声母、韵母等)单元的清晰程度；可懂度是指语音中有意义的语言单元(如单词、单句等)内容的可识别程度；自然度则与语音的保真性密切相关。目前对语音可懂度、清晰度的主观评测已有国际和国内标准，对语音自然度还缺乏公认的评价准则。当需要对一个通信干扰系统的干扰能力作出评价的时候,或在给定条件下对一个通信干扰系统的干扰效能给出数值估值的时候，可以用实验或仿真模拟方法对干扰的作用结果进行检测。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价对语音通信系统的干扰效能的评估可以采用主观评价和客观评价两种方式，主观评价通过专家进行

34、人工试听，评价干扰效能，而客观评价是利用计算机进行自动评价。1.通信干扰效能的主观检测方法通信干扰效能的主观检测方法主观评价方法种类很多，其中又可分为可懂度评价和音质评价两类。音质直接反映评听人对输出语音质量好坏的综合意见，包括自然度和可辨识说话人能力等方面。而可懂度评价反映了评听人对输出语音内容的识别程度，音质高一般意味着可懂度也高，但反过来却不一定。可懂度评价的方法包括判断韵字测试、改进的韵字测试、拼写字母测试、语音平衡字表法等。在音质评价方法中，典型的如平均意见得分(MOS)法，用于对语音整体满意度或语音通信质量评价。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价MOS法通常邀请若干个专家，对经过通

35、信系统传输后失真的标准测试语音段进行试听，然后对该语音做出15分的评价，并且进行平均，得到语音质量评价。语音主观评价当然是最准确的，也是最容易理解的一种方法，但也是十分耗费时间、人力和财力的，并且经常要受到人为因素的内在不可重复性的影响。一般来说，一个编码器的评价结果不能够可靠地与另一个编码器的结果直接比较，除非测试环境完全一致。因此许多主观测试一般用于成对的对比评价过程，另外，为评听者能够建立有意义的统计结果，失真语音的样本数应该足够大。下面以话音通信为例说明通信干扰效能主观检测方法的一般过程。通信系统受干扰作用之后最为直观的表现是通信接收第7章 通信干扰方程和干扰效果评价端语音可懂度下降。

36、但是作为检测对象，语言可懂度的概念不确定性较大，语言试样的内容对检测结果影响很大，在同样强度的干扰作用下，传送无意义的数码报文和传送有意义的语音消息，可能测得完全不同的可懂度结果。这是因为在这两种情况下，监听者从干扰背景下提取有用信息的先验知识是不一样的。语音的语句各音节之间是部分关联的，后续语句的可预知性较大，所以用语句可懂度来检测干扰效能，结果的可信度不高。语音信号受干扰作用之后，可懂度降低的本质在于音节清晰度下降。研究表明，影响音节清晰度的因素有四种：音频频谱范围、混响、信号失真和信噪比。在这四种因素中，对于给定的通信系统，干扰的作用主要体现在信噪比的降低和信号失真度的增加。第7章 通信

37、干扰方程和干扰效果评价语音音节清晰度定义为(7.3-1)式中,A是语音音节清晰度；Ee是判听差错音节数的平均值；Et是传送的总音节数。假定在没有干扰作用时，A=As，施加人为干扰后，A=As+j。人为干扰作用前后音节清晰度的相对变化量，即干扰效能为(7.3-2)第7章 通信干扰方程和干扰效果评价主观检测方法如下：(1)在没有干扰作用时，通信系统发信方发送标准测试语音100个单音节，通信接收端接收并记录相应的判听结果，找出错误判听的音节数，并将此试验重复多次，将多人次所得的结果取平均值。然后，计算没有干扰作用时的音节清晰度As。(2)按照规定强度施加人为干扰。在有干扰作用的情况下，重复上述实验，

38、并计算错误判听音节数的平均值和有干扰作用时的音节清晰度As+j。(3)计算通信干扰效能Ej。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价2.通信干扰效能的客观测度方法通信干扰效能的客观测度方法音节清晰度的主观检测，所得结果的准确度和可信度随着试验次数和实验人员的增加而提高。不过这种检测方法费时费力，经济性不佳。为此人们希望找到一种理想的音节清晰度的客观测度方法。对于这种方法多年来国内国外很多人研究过，但遗憾的是迄今为止还没有得到一种理想的方法。一种较为可行的相对客观的测量音节清晰度的方法是加权倒谱距离的语言频谱测量方法。之所以称为“相对客观”，是因为这种方法并不独立完成被测试样的音节清晰度测量，而是用加

39、权倒谱距离，即利用倒谱系数方差的倒数作为权值的一种统计加权距离方法求得被测试样与参考样板的符合程度，从而对第7章 通信干扰方程和干扰效果评价被测试样做出以参考样板为标准的评价。参考样板作为测度的基准，仍然是通过主观检测方法得到的。这种客观测度方法的实际操作程序如下：(1)用主观检测办法制作出具有不同清晰度等级的参考样板，这些参考样板可以保存在各种不同的媒体中。(2)参考样板输入计算机系统，为“算法”定标。(3)将被测接收机的输出接入计算机系统，进行分析、计算与比较。(4)得出被测试样与参考样板的符合程度，给出关于音节清晰度的数值结论。(5)计算通信干扰效能Ej。第7章 通信干扰方程和干扰效果评

40、价3.对模拟通信干扰效能的干信比检测方法对模拟通信干扰效能的干信比检测方法对于模拟通信系统，多数情况下传输的是语音信号，如AM、FM语音通信系统。语音通信系统受到一定的干扰后，会引起语音信号的可懂度和清晰度的下降，而语音清晰度的下降程度与AM/FM解调器输入的干信比有关。分析表明，当采用调频噪声干扰，并且忽略通信接收机内部噪声时，清晰度指数和干信比之间满足指数关系，其关系曲线如图7.3-1所示。通常，当清晰度指数小于0.3时，认为语音质量极差，不能够接受；当清晰度指数处于0.30.7之间时，认为语音质量较差，但基本可以接受；当清晰度指数大于0.7时，认为语音质量较好，可以接受。第7章 通信干扰

41、方程和干扰效果评价图7.3-1 清晰度指数和干信比的关系 第7章 通信干扰方程和干扰效果评价由图7.3-1可知，对于FM系统，干信比只要大于6dB，清晰度指数小于0.5，此时通信系统就被阻断。而对于AM系统，干信比需要大于15dB，才能到达同样的干扰效果。对于其他的干扰样式，语音清晰度和干信比之间也存在类似的关系，其影响程度需要具体分析。这里不再说明。7.3.2对数字通信系统干扰效能的检测和评估对数字通信系统干扰效能的检测和评估数字通信干扰效果评估是在电磁威胁环境中，定量评价和估计通信干扰信号、通信干扰设备或者通信干扰环境对数字通信系统工作性能的影响程度。可信、定量的数字通信干扰效果评定是指挥

42、员在实战中决策的依据，同时也是科研部门和军工企业进行通信对抗新技术开发和新装备研制的依据。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价数字通信可靠性被破坏程度有一定的统计规律，但在实施干扰的过程中，数字通信系统采用的通信方式、通信体制、背景环境、接收方式等因素及数字通信对抗方采用的干扰方式、干扰样式、干扰功率等因素都对干扰效果有着重要的影响，而且各因素与干扰效果之间有着重要联系，各个因素与干扰效果之间的关系具有不确定性，必须对通信与干扰过程中的诸多因素进行分析，全面综合考虑影响评定结果的各种因素，寻求客观、可行的评定方法。1.数字通信系统干扰效果评价准则数字通信系统干扰效果评价准则如何在通信干扰与抗干扰

43、的对抗中，对干扰和抗干扰效果进行卓有成效的定量评定是通信对抗领域一个长期以来没有解决但是必须解决的问题。近几十年来，通信对抗专家们对通信对抗和抗干扰效果的评定进行了许多开创性的研究，取得了许多理论上的研究成果。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价对数字通信干扰的最终目的是使目标通信系统接收机解调输出的差错率增大，通信的可靠性下降，同时也使其通信的有效性降低，故衡量数字通信系统的干扰效果一般用通信系统的差错率误码率Pe(Probabilityoferror)来做度量。为了评价通信系统受干扰的程度，可以定义数字通信系统的干扰等级：当Pe0.2时，通信系统受到强干扰，干扰等级为三级；当0.12Pe0.

44、2时，通信系统受到中度干扰，干扰等级为二级；当0.05Pe0.12时，通信系统受到轻度干扰，干扰等级为一级；当Pe0.05时，通信系统未受干扰。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价以上的干扰效果的划分方法，是从长期实践中得出的结论，评定方法简单，具有很强的实用性和可操作性，且得到了很多专家的公认。在对现有数字通信系统的干扰效果的研究分析中发现，其评定方法也有一定的问题，主要的问题是：如果对于一个数字通信系统，或在电磁环境比较恶劣的环境下，即使在无人为干扰的情况下，其系统的差错率是10%，在受到人为干扰之后其差错率还是10%，这不能说人为干扰有效。2.数字通信系统干扰效果的评估方法数字通信系统干扰

45、效果的评估方法可靠性是通信系统传输信息质量上的表征，是指接收信息的准确程度。衡量数字通信系统可靠性的主要指标是差错率(习惯上称为误码率)。差错率是衡量数据传输正确性的重要指标，反映了各种干扰、信道质量对通信可靠性的影响，具体划分为比特差错率、码元差错率和码组差错率等。由于比特差错第7章 通信干扰方程和干扰效果评价率、码元差错率和码组差错率之间的关系可以相互导出，因此可以用比特差错率来衡量数字通信系统的可靠性，也可以通过比特差错率指标来评定衡量数字通信系统的干扰等级。可以采用下面的两种定义评定数字通信系统的干扰等级：人为干扰等级定义为(7.3-3)其中，BERJ(r)表示在受到人为干扰条件下的比

46、特差错率；BERN(r)表示实际自然条件下的比特差错率。数字通信系统的受干扰等级定义为第7章 通信干扰方程和干扰效果评价(7.3-4)其中，BERT(r)表示高斯信道模型的数字通信系统的比特差错率。这里采用比较通信系统在未受干扰和受到干扰之后比特差错率之间的关系，而比较的比特差错率应该为系统纠错后的比特差错率，对于一个数字通信系统，纠错前后的比特差错率的关系也是可以确定的。因此，在实际运用中，只需要测量干扰前后的比特差错率的变化情况，就可以确定该数字通信系统的干扰等级。第7章 通信干扰方程和干扰效果评价7.4 对语音信号质量的客观评价方法对语音信号质量的客观评价方法7.4.1概述概述语音质量包

47、括两方面内容：清晰度和自然度。前者是衡量语音中字、单词和句的清晰程度，而后者则是对讲话人的辨识水平。语音质量评价不但与语音学、语言学、信号处理等学科有关，而且还与心理学、生理学等学科有着密切的联系，因此语音质量评价是一个极其复杂的问题。语音质量评价从评价主体上讲可分为两大类：主观评价和客观评价。主观评价是以人为主体来评价语音的质量。该方式虽较为繁杂，但由于人是语音的最终接受者，因此这种评价应是语音质量的真实反映。目前，国内外使用较多的主观评价方法有：第7章 通信干扰方程和干扰效果评价平均意见分(MOS)法、音韵字可懂度测量(DRT)法和满意度测量(DAM)等方法。其中，MOS评分法是一种广为使

48、用的主观评价方法，它以平均意见分来衡量语音质量，用五个等级来表示语音的质量等级：优(5分)、良(4分)、一般(3分)、差(2分)、坏(1分)。显然，主观评价的优点是符合人对语音质量的感觉，缺点是费时费力费钱，且灵活性不够，重复性和稳定性较差，受人的主观影响较大等。为了克服主观评价缺点，人们不得不寻求一种能够以方便、快捷方式给出语音质量评价值的客观评价方法，即用机器来自动判别语音质量。不过值得注意的是，研究语音质量客观评价的目的不是要用客观评价来完全替代主观评价，而是使客观评第7章 通信干扰方程和干扰效果评价价成为一种既方便快捷又能够准确预测出主观评价值的语音质量评价手段。尽管客观评价具有省时省

49、力等优点。但它还不能反映人对语音质量的全部感受。当前的客观评价方法都是以语音信号的时域、频域及变换域等的特征参量作为评价依据，没有涉及到语义、语法、语调等这些影响语音质量主观评价的重要因素。语音质量客观评价从评价结构上可分为基于输入输出的评价和基于输出的评价。基于输入输出的评价是以语音系统的输入信号和输出信号之间的误差大小来判别语音质量的好坏，是一种误差度量；基于输出的评价是仅根据语音系统的输出信号来进行质量评价。近30年来，语音质量客观评价方法研究主要集中在基于输入输出方式的评价上，即通过提取两端 第7章 通信干扰方程和干扰效果评价语音信号的特征参量来建立评价模型。随着信息、通信技术的飞速发

50、展，这种基于输入输出的评价方法已满足不了许多领域的实际应用需要，如在无线移动通信、航天、航海以及现代军事等领域，往往要求客观评价方法具有较高的灵活性、实时性和通用性，而且在得不到原始输入语音信号情况下也要能对语音质量进行评价，所以，在20世纪90年代基于输出方式的客观评价方法已开始受到国内外学者的重视。语音质量客观评价研究自20世纪70年代以来迅速发展，国内外学者提出了数以千计的客观评价方法，从它们各自使用的主要技术(如谱分析、LPC分析、听觉模型分析、判断模型分析等)和主要特征参数(时域参数、频域参数、变换域参数等)又可以分为以下六类：第7章 通信干扰方程和干扰效果评价(1)基于信噪比评价方