認(rèn)知雷達(dá)對抗技術(shù)概述

朱耿尚等

摘 要：新型認(rèn)知雷達(dá)的出現(xiàn)必將引起防御方的高度重視，關(guān)于如何發(fā)展有效對抗措施的研究應(yīng)運而生。該文首先介紹了認(rèn)知雷達(dá)的特點及其基本構(gòu)成因素，并分析了認(rèn)知雷達(dá)的出現(xiàn)對傳統(tǒng)電子戰(zhàn)帶來的挑戰(zhàn)。在此基礎(chǔ)上，指出對認(rèn)知雷達(dá)的對抗必須將認(rèn)知技術(shù)應(yīng)用到電子戰(zhàn)系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)認(rèn)知電子戰(zhàn)。然后，討論了認(rèn)知電子戰(zhàn)的組成及其基本特征，并對認(rèn)知電子戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，為針對認(rèn)知雷達(dá)的對抗技術(shù)和認(rèn)知電子戰(zhàn)的研究研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知 認(rèn)知雷達(dá) 認(rèn)知電子戰(zhàn)

中圖分類號：TN97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0099-02

未來的戰(zhàn)爭和戰(zhàn)場環(huán)境對雷達(dá)系統(tǒng)提出了全新的要求，主要包括對復(fù)雜、動態(tài)的地理和電磁環(huán)境的適應(yīng)性需求，多功能、多任務(wù)的軟件化認(rèn)知調(diào)度和優(yōu)化的需求，探測性能自適應(yīng)提升的需求等。認(rèn)知雷達(dá)可以有效提升雷達(dá)系統(tǒng)對上述需求的能力，代表了未來雷達(dá)的智能化發(fā)展趨勢。作為電子戰(zhàn)的主要作戰(zhàn)對象，認(rèn)知雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展必將對電子戰(zhàn)形成重大挑戰(zhàn)，同時也帶來發(fā)展機遇。

1 認(rèn)知雷達(dá)概述

受蝙蝠回聲定位系統(tǒng)及認(rèn)知過程的啟發(fā)，加拿大Simon Haykin教授于2006年提出了認(rèn)知雷達(dá)系統(tǒng)概念[1]，認(rèn)知雷達(dá)具有“感知”的能力，能夠通過對環(huán)境和感興趣目標(biāo)信息的檢測、分析、學(xué)習(xí)和推理來自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)的接收和發(fā)射，并使用最適合的系統(tǒng)配置（包括頻率、信號形式、發(fā)射功率、信號處理方式等）來實現(xiàn)對目標(biāo)有效、可靠且穩(wěn)健的感知和跟蹤，從而大幅度提高雷達(dá)系統(tǒng)的性能。認(rèn)知雷達(dá)可以有效提升雷達(dá)探測的能力，代表了未來雷達(dá)的智能化發(fā)展趨勢。

認(rèn)知雷達(dá)包含3個基本構(gòu)成因素：通過經(jīng)驗對周圍電磁環(huán)境的持續(xù)學(xué)習(xí)、以智能的方式調(diào)整信號的發(fā)射、從接收機到發(fā)射機的反饋。通過經(jīng)驗對周圍電磁環(huán)境的持續(xù)學(xué)習(xí)，其主要任務(wù)是通過與環(huán)境的不斷交互，獲得并提高雷達(dá)對環(huán)境的認(rèn)知；接收機截獲雷達(dá)信號，經(jīng)智能信息處理得到目標(biāo)信息，然后將其反饋給發(fā)射機，使得發(fā)射機能夠自適應(yīng)調(diào)整發(fā)射信號，以期望提高整機性能；除了自適應(yīng)接收機外，認(rèn)知雷達(dá)還應(yīng)具有自適應(yīng)發(fā)射的能力，這意味著發(fā)射機可以改變發(fā)射信號的調(diào)制波形以及極化和發(fā)射波束等其他的自由度，現(xiàn)代雷達(dá)中數(shù)字前端和有源電掃相控陣的出現(xiàn)已經(jīng)極大促進(jìn)了該功能的發(fā)展。

從根本上來說，認(rèn)知雷達(dá)是指具有前所未有的發(fā)射-接收自適應(yīng)性和發(fā)射波形多樣性的下一代雷達(dá)，同時具有智能的高性能嵌入式計算能力，能夠根據(jù)大量潛在信息源“智能”的適應(yīng)環(huán)境。

2 認(rèn)知雷達(dá)對傳統(tǒng)電子戰(zhàn)帶來的挑戰(zhàn)

認(rèn)知雷達(dá)具有感知環(huán)境、自適應(yīng)接收和發(fā)射以及能夠持續(xù)學(xué)習(xí)等特征，這些特征給傳統(tǒng)的電子戰(zhàn)帶來了巨大挑戰(zhàn)。

（1）認(rèn)知雷達(dá)能夠根據(jù)雜波、目標(biāo)、干擾以及大氣環(huán)境等自適應(yīng)設(shè)計和調(diào)整發(fā)射波形：認(rèn)知雷達(dá)采用LPI波形降低雷達(dá)峰值功率，需要偵察系統(tǒng)進(jìn)一步提高靈敏度；認(rèn)知雷達(dá)的波形調(diào)制出現(xiàn)更多難以描述的未知波形，對干擾機的目標(biāo)識別和干擾確認(rèn)帶來困難；雷達(dá)波形脈間或脈組參數(shù)捷變，對干擾機的分選識別和干擾引導(dǎo)帶來挑戰(zhàn)。

（2）認(rèn)知雷達(dá)在接收端自適應(yīng)調(diào)整信號處理和數(shù)據(jù)處理方法，以適應(yīng)認(rèn)知雷達(dá)在發(fā)射端自適應(yīng)調(diào)制波形：為了提高干擾效率，實現(xiàn)精細(xì)化干擾，對抗系統(tǒng)需具備快速識別雷達(dá)波形，判斷雷達(dá)工作方式，自動生成干擾措施的能力。

（3）認(rèn)知雷達(dá)為了實現(xiàn)發(fā)射自適應(yīng)控制，廣泛采用數(shù)字陣列體制：認(rèn)知雷達(dá)具有更低的發(fā)射副瓣，偵察系統(tǒng)需大幅提高偵察靈敏度；更低的接收副瓣，干擾系統(tǒng)需大幅提高干擾等效輻射功率；對干擾機方向自適應(yīng)置零，干擾機需要針對性的干擾策略或進(jìn)一步提高干擾等效輻射功率；根據(jù)目標(biāo)的遠(yuǎn)近、威脅程度以及空間分布，自適應(yīng)選擇波束形狀、指向以及個數(shù)，對抗系統(tǒng)需綜合提高靈敏度、干擾功率以及干擾資源管理能力。

（4）認(rèn)知雷達(dá)分布式、網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)使得認(rèn)知雷達(dá)能夠協(xié)同工作，組成認(rèn)知雷達(dá)網(wǎng)，增加對抗難度：認(rèn)知雷達(dá)組網(wǎng)要求對抗系統(tǒng)也能組網(wǎng)協(xié)同對抗，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)的體系對抗能力。

（5）認(rèn)知雷達(dá)能夠綜合利用動態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫的多種先驗知識，準(zhǔn)確和精確預(yù)測干擾出現(xiàn)的方式從而抑制干擾：對抗系統(tǒng)必須通過不斷感知周圍的環(huán)境更新決策數(shù)據(jù)庫，根據(jù)無源、有源探測信號和學(xué)習(xí)來的信息自動合成能夠有效打擊目標(biāo)的對抗手段，優(yōu)化干擾波形。

3 認(rèn)知雷達(dá)對抗技術(shù)

傳統(tǒng)的射頻電子戰(zhàn)系統(tǒng)能夠識別固定頻譜工作的威脅系統(tǒng)，利用預(yù)先編程的對抗技術(shù)有效對抗預(yù)訂的威脅。但面對應(yīng)用認(rèn)知技術(shù)的雷達(dá)系統(tǒng)，電子戰(zhàn)必須從固定模式向自適應(yīng)模式發(fā)展，突破傳統(tǒng)電子戰(zhàn)采用的預(yù)加載體制，采用認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)，實現(xiàn)快速感知環(huán)境、自主學(xué)習(xí)、自適應(yīng)對抗的方式，及時適應(yīng)變化了的對抗目標(biāo)，最終實現(xiàn)高效對抗。因此，為了應(yīng)對日趨復(fù)雜的電磁環(huán)境以及形成與目標(biāo)電子信息系統(tǒng)技戰(zhàn)術(shù)水平相應(yīng)的對抗能力，研究認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)、研制認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)具有重要意義。

認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)是指一種具有通過先驗知識以及自主交互學(xué)習(xí)來感知并改變周圍局部電磁環(huán)境能力的智能、動態(tài)的閉環(huán)系統(tǒng)，可在實時感知電磁環(huán)境的基礎(chǔ)上，高效自主調(diào)整干擾發(fā)射機與接收機以適應(yīng)電磁環(huán)境的變化，提高干擾的快速反應(yīng)能力與可靠性。認(rèn)知電子戰(zhàn)的特點包括：感知環(huán)境、適應(yīng)新威脅、避免自擾、波形多變、協(xié)同工作、自主確定干擾物理層/媒體接入控制（MAC）層/用戶層、具備學(xué)習(xí)能力、能描述實時動態(tài)頻譜知識、能感知并學(xué)習(xí)射頻特性與行為、能對威脅系統(tǒng)與環(huán)境進(jìn)行推理，并動態(tài)、及時形成電子攻擊策略。

類似于認(rèn)知雷達(dá)，認(rèn)知電子戰(zhàn)采用基于動態(tài)知識庫的“感知→識別→決策→行動→感知”的閉環(huán)處理過程，具有感知環(huán)境、適應(yīng)新威脅、避免自擾、波形多變、協(xié)同工作、多層攻擊（包括物理層、控制層、用戶層）、自主學(xué)習(xí)等能力，已期實現(xiàn)有效對抗多功能、多模式雷達(dá)和認(rèn)知雷達(dá)的作戰(zhàn)效果[2]。

在認(rèn)知電子戰(zhàn)中，感知環(huán)境、自主學(xué)習(xí)、自適應(yīng)對抗循環(huán)往復(fù)，電子攻擊、電子防護(hù)和電子戰(zhàn)支援融合實施，雷達(dá)對抗、通信對抗和網(wǎng)絡(luò)對抗綜合應(yīng)用。認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)將采用協(xié)同、分布式、模塊化、開放式、軟件可重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)使能、寬帶多譜架構(gòu)，具備認(rèn)知、自適應(yīng)能力和搶先、主動效應(yīng)。

認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)是一個包含了3個功能模塊的閉環(huán)系統(tǒng)，它們分別是認(rèn)知偵察模塊、對抗措施合成模塊、對抗效果評估模 塊[3-6]。認(rèn)知偵察模塊接收到信號后，在與其周圍電磁環(huán)境交互的基礎(chǔ)上，認(rèn)知信號處理采用威脅學(xué)習(xí)技術(shù)和特征學(xué)習(xí)技術(shù)將該信號分類，通過自適應(yīng)信號處理算法分析出該信號的特征，并將特征信息傳給對抗措施合成模塊和對抗效果評估模塊。對抗措施合成模塊根據(jù)認(rèn)知偵察結(jié)果及學(xué)習(xí)信息進(jìn)行攻擊策略搜索，推論對抗場景下最佳攻擊策略，同時優(yōu)化干擾波形，自適應(yīng)分配干擾資源。干擾效果評估模塊實時接收認(rèn)知偵察模塊的探測信息，進(jìn)行干擾效能評估，并推斷威脅目標(biāo)的真實性。同時根據(jù)干擾效能優(yōu)化制定有針對性的電子攻擊方法，優(yōu)化干擾參數(shù)與干擾波形。動態(tài)知識庫為上述3個功能模塊提供對應(yīng)的環(huán)境、目標(biāo)、資源策略等先驗知識，并根據(jù)反饋信息進(jìn)行動態(tài)更新。

4 認(rèn)知電子戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)

認(rèn)知電子戰(zhàn)研究的主要目的是提供一個具有閉環(huán)的、智能的電子戰(zhàn)系統(tǒng)，即能實時反饋和利用動態(tài)威脅環(huán)境中的情報信息以使電子戰(zhàn)效能最優(yōu)。其主要關(guān)鍵技術(shù)有。

4.1 新型/未知雷達(dá)偵察分析和威脅判斷技術(shù)

只有對未知雷達(dá)信號的快速截獲和分選、分析該信號特征并分析威脅雷達(dá)信號來確定雷達(dá)的功能和意圖，才能推斷出對抗場景下的最佳干擾策略從而優(yōu)化干擾波形，達(dá)到快速而有效地對抗。主要研究內(nèi)容包括：研究自適應(yīng)信號檢測技術(shù)將威脅信號的特征分析出來；研究自適應(yīng)學(xué)習(xí)算法使未知環(huán)境中出現(xiàn)的威脅進(jìn)行學(xué)習(xí)積累，從而為有效干擾提供不斷更新的認(rèn)知信息。

4.2 針對認(rèn)知雷達(dá)的自適應(yīng)干擾技術(shù)

認(rèn)知雷達(dá)的復(fù)雜性以及靈活性極大的增強了其抗干擾能力，電子戰(zhàn)系統(tǒng)必須突破傳統(tǒng)的干擾技術(shù)，采取智能的、高度自適應(yīng)的干擾技術(shù)才能實現(xiàn)對認(rèn)知雷達(dá)的干擾。主要研究內(nèi)容包括：快速干擾引導(dǎo)技術(shù)，優(yōu)化干擾資源分配和對抗序列制定，實現(xiàn)高效干擾；研究新型干擾樣式，快速地確定適當(dāng)?shù)男袆禹樞蛞匀〉脤ν{雷達(dá)的理想對抗效果；研究寬帶軟件定義干擾激勵源技術(shù)和寬帶干擾波束快速產(chǎn)生技術(shù)，為認(rèn)知電子戰(zhàn)的快速靈活干擾奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

4.3 干擾效能評估技術(shù)

由于不可能從威脅雷達(dá)處直接觀測到對抗效果，需要找到創(chuàng)新性的措施對效果進(jìn)行評估。包括通過確定威脅雷達(dá)波束瞄準(zhǔn)角、重訪率、帶寬的變化，以及雷達(dá)采用的ECCM模式等來評估對抗的效果。主要研究干擾效果評估方法和技術(shù)，實現(xiàn)對認(rèn)知雷達(dá)干擾效能的定量評估，確定雷達(dá)采用的抗干擾模式，為智能干擾決策提供依據(jù)。

4.4 動態(tài)知識庫技術(shù)

動態(tài)知識庫是認(rèn)知電子戰(zhàn)區(qū)別于傳統(tǒng)電子對抗的主要模塊，也是認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)中其他功能模塊高效實現(xiàn)認(rèn)知能力的有力支撐。主要研究動態(tài)知識庫的構(gòu)建、使用、更新策略以及認(rèn)知信息推理等，合理利用學(xué)習(xí)到的知識，從而有效提升電子對抗裝備的認(rèn)知水平和作戰(zhàn)效能。

4.5 認(rèn)知電子戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

采用分布網(wǎng)絡(luò)式運作體系的認(rèn)知電子戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于多個認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備個體的有機組合，通過個體之間相互之間的情報共享下統(tǒng)一調(diào)配資源等方式組網(wǎng)。相對于單一獨立的電子戰(zhàn)裝備，認(rèn)知電子戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)具有認(rèn)知范圍大、準(zhǔn)確性高、時效性強等特點，極大的增強了對抗系統(tǒng)的偵察與干擾能力。主要研究內(nèi)容包括：分布式協(xié)同傳感技術(shù)、時間同步和信號相參技術(shù)等。

5 結(jié)語

認(rèn)知雷達(dá)的出現(xiàn)極大的提高了雷達(dá)系統(tǒng)的性能，但同時也對電子戰(zhàn)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，只有將認(rèn)知技術(shù)應(yīng)用到電子戰(zhàn)系統(tǒng)中才能實現(xiàn)對認(rèn)知雷達(dá)的有效對抗。隨著戰(zhàn)場環(huán)境的不斷變化、新型雷達(dá)的不斷出現(xiàn)，認(rèn)知能力將是未來電子戰(zhàn)系統(tǒng)中的重要組成部分，認(rèn)知電子戰(zhàn)將成為未來發(fā)展的重要方向。研究認(rèn)識電子戰(zhàn)、突破相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)對電子戰(zhàn)的發(fā)展有著重要意義。

參考文獻(xiàn)

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