認知雷達對抗技術(shù)概述

朱耿尚等

摘 要：新型認知雷達的出現(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。該文首先介紹了認知雷達的特點及其基本構(gòu)成因素，并分析了認知雷達的出現(xiàn)對傳統(tǒng)電子戰(zhàn)帶來的挑戰(zhàn)。在此基礎(chǔ)上，指出對認知雷達的對抗必須將認知技術(shù)應(yīng)用到電子戰(zhàn)系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)認知電子戰(zhàn)。然后，討論了認知電子戰(zhàn)的組成及其基本特征，并對認知電子戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)進行分析，為針對認知雷達的對抗技術(shù)和認知電子戰(zhàn)的研究研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：認知 認知雷達 認知電子戰(zhàn)

中圖分類號：TN97 文獻標識碼：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。認知雷達可以有效提升雷達系統(tǒng)對上述需求的能力，代表了未來雷達的智能化發(fā)展趨勢。作為電子戰(zhàn)的主要作戰(zhàn)對象，認知雷達技術(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 認知雷達概述

受蝙蝠回聲定位系統(tǒng)及認知過程的啟發(fā)，加拿大Simon Haykin教授于2006年提出了認知雷達系統(tǒng)概念[1]，認知雷達具有“感知”的能力，能夠通過對環(huán)境和感興趣目標信息的檢測、分析、學(xué)習和推理來自適應(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)對目標有效、可靠且穩(wěn)健的感知和跟蹤，從而大幅度提高雷達系統(tǒng)的性能。認知雷達可以有效提升雷達探測的能力，代表了未來雷達的智能化發(fā)展趨勢。

認知雷達包含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、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，其主要任務(wù)是通過與環(huán)境的不斷交互，獲得并提高雷達對環(huán)境的認知；接收機截獲雷達信號，經(jīng)智能信息處理得到目標信息，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，認知雷達還應(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)極大促進了該功能的發(fā)展。

從根本上來說，認知雷達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，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 認知雷達對傳統(tǒng)電子戰(zhàn)帶來的挑戰(zhàn)

認知雷達具有感知環(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）認知雷達能夠根據(jù)雜波、目標、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：認知雷達采用LPI波形降低雷達峰值功率，需要偵察系統(tǒng)進一步提高靈敏度；認知雷達的波形調(diào)制出現(xiàn)更多難以描述的未知波形，對干擾機的目標識別和干擾確認帶來困難；雷達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）認知雷達在接收端自適應(yīng)調(diào)整信號處理和數(shù)據(jù)處理方法，以適應(yīng)認知雷達在發(fā)射端自適應(yīng)調(diào)制波形：為了提高干擾效率，實現(xiàn)精細化干擾，對抗系統(tǒng)需具備快速識別雷達波形，判斷雷達工作方式，自動生成干擾措施的能力。

（3）認知雷達為了實現(xiàn)發(fā)射自適應(yīng)控制，廣泛采用數(shù)字陣列體制：認知雷達具有更低的發(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一步提高干擾等效輻射功率；根據(jù)目標的遠近、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）認知雷達分布式、網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)使得認知雷達能夠協(xié)同工作，組成認知雷達網(wǎng)，增加對抗難度：認知雷達組網(wǎng)要求對抗系統(tǒng)也能組網(wǎng)協(xié)同對抗，以達到網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)的體系對抗能力。

（5）認知雷達能夠綜合利用動態(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)習來的信息自動合成能夠有效打擊目標的對抗手段，優(yōu)化干擾波形。

3 認知雷達對抗技術(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)用認知技術(shù)的雷達系統(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，采用認知電子戰(zhàn)技術(shù)，實現(xiàn)快速感知環(huán)境、自主學(xué)習、自適應(yīng)對抗的方式，及時適應(yīng)變化了的對抗目標，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，研究認知電子戰(zhàn)技術(shù)、研制認知電子戰(zhàn)系統(tǒng)具有重要意義。

認知電子戰(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)習能力、能描述實時動態(tài)頻譜知識、能感知并學(xué)習射頻特性與行為、能對威脅系統(tǒng)與環(huán)境進行推理，并動態(tài)、及時形成電子攻擊策略。

類似于認知雷達，認知電子戰(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)習等能力，已期實現(xiàn)有效對抗多功能、多模式雷達和認知雷達的作戰(zhàn)效果[2]。

在認知電子戰(zhàn)中，感知環(huán)境、自主學(xué)習、自適應(yīng)對抗循環(huán)往復(fù)，電子攻擊、電子防護和電子戰(zhàn)支援融合實施，雷達對抗、通信對抗和網(wǎng)絡(luò)對抗綜合應(yīng)用。認知電子戰(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)，具備認知、自適應(yīng)能力和搶先、主動效應(yīng)。

認知電子戰(zhàn)系統(tǒng)是一個包含了3個功能模塊的閉環(huán)系統(tǒng)，它們分別是認知偵察模塊、對抗措施合成模塊、對抗效果評估模 塊[3-6]。認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，認知信號處理采用威脅學(xué)習技術(shù)和特征學(xué)習技術(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)認知偵察結(jié)果及學(xué)習信息進行攻擊策略搜索，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知偵察模塊的探測信息，進行干擾效能評估，并推斷威脅目標的真實性。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、資源策略等先驗知識，并根據(jù)反饋信息進行動態(tài)更新。

4 認知電子戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)

認知電子戰(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/未知雷達偵察分析和威脅判斷技術(shù)

只有對未知雷達信號的快速截獲和分選、分析該信號特征并分析威脅雷達信號來確定雷達的功能和意圖，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)習算法使未知環(huán)境中出現(xiàn)的威脅進行學(xué)習積累，從而為有效干擾提供不斷更新的認知信息。

4.2 針對認知雷達的自適應(yīng)干擾技術(shù)

認知雷達的復(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)對認知雷達的干擾。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?shù)男袆禹樞蛞匀〉脤ν{雷達的理想對抗效果；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行評估。包括通過確定威脅雷達波束瞄準角、重訪率、帶寬的變化，以及雷達采用的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)對認知雷達干擾效能的定量評估，確定雷達采用的抗干擾模式，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)知識庫是認知電子戰(zhàn)區(qū)別于傳統(tǒng)電子對抗的主要模塊，也是認知電子戰(zhàn)系統(tǒng)中其他功能模塊高效實現(xiàn)認知能力的有力支撐。主要研究動態(tài)知識庫的構(gòu)建、使用、更新策略以及認知信息推理等，合理利用學(xué)習到的知識，從而有效提升電子對抗裝備的認知水平和作戰(zhàn)效能。

4.5 認知電子戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

采用分布網(wǎng)絡(luò)式運作體系的認知電子戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)相當于多個認知電子戰(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，認知電子戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)具有認知范圍大、準確性高、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

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

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