電子對抗干擾效果評(píng)估技術(shù)現(xiàn)狀

冉小輝，朱衛(wèi)綱，邢 強(qiáng)

(中國人民解放軍航天工程大學(xué) a.研究生管理大隊(duì)； b.電子與光學(xué)工程系, 北京 101416)

電子對抗在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著重要作用。典型的電子對抗系統(tǒng)主要包含電子對抗偵察、干擾、指揮控制3個(gè)子系統(tǒng)。其中，電子對抗指揮控制子系統(tǒng)需要根據(jù)偵察信息以及干擾效果調(diào)整干擾策略，以達(dá)到最佳干擾效果。因此，對于干擾效果評(píng)估技術(shù)的研究具有重要的軍事應(yīng)用價(jià)值。

干擾效果評(píng)估是指在實(shí)施電子干擾后對被干擾設(shè)備所產(chǎn)生的損傷或破壞進(jìn)行定性或定量評(píng)價(jià)的過程[1]。它是電子對抗作戰(zhàn)的核心問題，同時(shí)也對電子對抗技術(shù)研究以及電子對抗設(shè)備開發(fā)起著重要作用。該技術(shù)在戰(zhàn)時(shí)可及時(shí)評(píng)價(jià)并反饋干擾效果，使電子戰(zhàn)裝備能夠快速調(diào)整干擾措施，得到最佳干擾效果；在電子戰(zhàn)裝備開發(fā)過程中又可以用于客觀、準(zhǔn)確估計(jì)裝備作戰(zhàn)效能，以便改善其干擾性能或抗干擾性能[2]。

目前，對電子對抗干擾效果評(píng)估技術(shù)的研究主要關(guān)注于評(píng)估準(zhǔn)則、評(píng)估指標(biāo)以及評(píng)估方法3個(gè)方面。經(jīng)過多年的發(fā)展，對該技術(shù)的研究已經(jīng)取得了一系列成果。本文總結(jié)了電子對抗干擾效果評(píng)估技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前電子對抗技術(shù)發(fā)展的最新趨勢，指出了亟需解決的問題，分析了進(jìn)一步研究方向。

1 干擾效果評(píng)估技術(shù)現(xiàn)狀

電子對抗干擾效果評(píng)估主要包含3個(gè)核心部分：評(píng)估準(zhǔn)則、評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估方法[3-4]。其中，評(píng)估準(zhǔn)則是進(jìn)行干擾效果評(píng)估的依據(jù)；評(píng)估指標(biāo)是指在進(jìn)行干擾效果評(píng)估時(shí)，需要檢測的被干擾對象受干擾效應(yīng)影響的關(guān)鍵性能指標(biāo)，它是后續(xù)應(yīng)用評(píng)估方法進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)；評(píng)估方法則是利用評(píng)估指標(biāo)實(shí)現(xiàn)干擾效果定量分析的數(shù)學(xué)途徑。

根據(jù)以上對干擾效果評(píng)估過程的分析可以得出電子對抗干擾效果評(píng)估的一般步驟：

1) 根據(jù)被干擾對象的特點(diǎn)以及干擾措施的類型選定合適的干擾效果評(píng)估準(zhǔn)則。選擇評(píng)估準(zhǔn)則時(shí)需要結(jié)合實(shí)際情況充分考慮，選取一種或多種評(píng)估準(zhǔn)則；

2) 根據(jù)評(píng)估準(zhǔn)則并結(jié)合評(píng)估需求、外部環(huán)境等諸多因素確定評(píng)估指標(biāo)；

3) 根據(jù)評(píng)估指標(biāo)的特點(diǎn)及形式選取合適的評(píng)估方法進(jìn)行干擾效果評(píng)估。

1.1 干擾效果評(píng)估準(zhǔn)則與評(píng)估指標(biāo)

評(píng)估準(zhǔn)則與評(píng)估指標(biāo)對于干擾效果評(píng)估至關(guān)重要[5]。評(píng)估指標(biāo)的選定是干擾效果評(píng)估過程中最核心的步驟，是在對干擾類型與被干擾對象以及外部環(huán)境等因素進(jìn)行細(xì)致分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合評(píng)估準(zhǔn)則來進(jìn)行選擇的。并且在實(shí)際應(yīng)用中，利用單一的評(píng)估指標(biāo)往往無法全面反映干擾效果，常需要從多方面考慮，建立相應(yīng)的評(píng)估指標(biāo)體系[6]。目前，常用的評(píng)估準(zhǔn)則以及根據(jù)各評(píng)估準(zhǔn)則提出的評(píng)估指標(biāo)如表1所示，其主要包括[7]：

表1 常用評(píng)估準(zhǔn)則及其對應(yīng)評(píng)估指標(biāo)

1) 信息準(zhǔn)則：從電子設(shè)備獲取的有用信息角度出發(fā)，利用干擾后電子設(shè)備獲取信息的損失程度度量干擾效果。實(shí)際應(yīng)用中，首先計(jì)算出干擾信號(hào)的熵，以此來評(píng)價(jià)干擾信號(hào)品質(zhì)，繼而以此評(píng)估干擾效果。可以粗略總結(jié)為干擾信號(hào)的熵越大，干擾效果就越好。其中，干擾信號(hào)J的熵H(J)為

其中pi表示干擾信號(hào)Ji出現(xiàn)的概率。如果干擾信號(hào)是連續(xù)分布的，可用概率分布密度p(x)來表示它的熵，即

信息準(zhǔn)則理論清楚、運(yùn)算簡單，但是它僅僅只是根據(jù)干擾信號(hào)自身的優(yōu)劣評(píng)價(jià)干擾效果，沒有考慮到被干擾對象的抗干擾措施等其他因素對干擾效果的影響。從信息準(zhǔn)則的角度出發(fā)，主要是以干擾信號(hào)的熵作為干擾效果評(píng)估指標(biāo)。

2) 功率準(zhǔn)則：也稱干信比準(zhǔn)則，在實(shí)際應(yīng)用中一般用壓制系數(shù)KA來表征：

KA=Jmin/S

KA表示對雷達(dá)產(chǎn)生有效干擾時(shí)，雷達(dá)接收機(jī)輸入端需要的最小干擾信號(hào)功率Jmin與接收到的雷達(dá)信號(hào)功率S的比值。功率準(zhǔn)則是目前實(shí)際應(yīng)用較多的一種干擾效果評(píng)估準(zhǔn)則，可以較好地反映壓制性干擾的效果，但是對于欺騙性干擾卻并不適用。在實(shí)際的壓制干擾效果評(píng)估中，基于此準(zhǔn)則提出了雷達(dá)接收機(jī)輸入端信干比、壓制系數(shù)、干擾壓制區(qū)域、最小干擾距離等一系列評(píng)估指標(biāo)。

3) 概率準(zhǔn)則：通常根據(jù)被干擾對象在有無干擾條件下完成同一任務(wù)概率的比值來對干擾效果進(jìn)行評(píng)估。概率準(zhǔn)則相比信息準(zhǔn)則與功率準(zhǔn)則對于干擾過程考慮更加全面，并且對壓制性干擾和欺騙性干擾均適用，但是由于此準(zhǔn)則的應(yīng)用是建立在大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，限制了應(yīng)用范圍?；诟怕蕼?zhǔn)則，常用殺傷概率、引導(dǎo)概率、發(fā)現(xiàn)概率、

受欺騙概率、拖引成功率等作為評(píng)估指標(biāo)評(píng)估干擾效果。

4) 效率準(zhǔn)則：通過比較被干擾對象在有無干擾條件下同一性能指標(biāo)的變化評(píng)估干擾效果。一般利用有無干擾條件下同一性能指標(biāo)的比值表征干擾效果。效率準(zhǔn)則是一種適用范圍較廣的評(píng)估準(zhǔn)則，對任意干擾類型和干擾對象都適用。但是，該準(zhǔn)則通常只考慮作戰(zhàn)對象的性能變化，而沒有結(jié)合具體作戰(zhàn)意圖進(jìn)行考慮?；诖藴?zhǔn)則，常用被干擾對象性能(如探測距離、檢測時(shí)間，以及速度、距離、角度測量精度等)下降程度來表征干擾效果。

不同評(píng)估準(zhǔn)則優(yōu)缺點(diǎn)對比如表2所示。

表2 不同評(píng)估準(zhǔn)則優(yōu)缺點(diǎn)

1.2 干擾效果評(píng)估方法

評(píng)估方法是實(shí)現(xiàn)干擾效果評(píng)估的途徑，解決了指標(biāo)體系中各個(gè)指標(biāo)與最終評(píng)估結(jié)果的關(guān)系問題[8]。不同評(píng)估方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表3所示，現(xiàn)有的干擾效果評(píng)估方法可以分為以下幾類：

1) 評(píng)估因子法。評(píng)估因子法是一種早期的評(píng)估方法。其基本思想是將一些對干擾效果有影響的主要因素通過數(shù)學(xué)處理組合成評(píng)估因子，以此來評(píng)估干擾效果[9]。文獻(xiàn)[10]在對壓制干擾和欺騙干擾信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性及與之相對應(yīng)的干擾效果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，將雷達(dá)性能下降量、接收機(jī)輸入端信噪比等因素進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，得到了一種能夠比較全面地反映出電子對抗過程中各因素對于干擾效果影響的評(píng)估因子-有源干擾效果因子JECM。文獻(xiàn)[11]在對遮蓋性干擾進(jìn)行評(píng)估時(shí)，采用雷達(dá)系統(tǒng)在受到干擾前后輸出的信干比的比值來評(píng)估干擾效果。文獻(xiàn)[12] 從功率角度出發(fā)分析遮蓋性干擾的效果，將干擾功率J、目標(biāo)回波功率S和目標(biāo)的有效散射面積σ作為主要影響因素，構(gòu)造了一種干擾因子。

評(píng)估因子法利用了對干擾效果有影響的一些重要因素，能夠簡單地對干擾效果進(jìn)行評(píng)估。但在一般情況下，該方法考慮的因素?cái)?shù)量較少，不足以全面反映干擾效果。同時(shí)通過該方法計(jì)算得到的評(píng)估結(jié)果不是歸一化的，不便用于不同方法之間的比較。

2) 模糊綜合評(píng)判法。電子對抗干擾效果評(píng)估過程中對干擾效果有影響的因素很多，并且各個(gè)影響因素與最終干擾效果之間的關(guān)系具有模糊性。為了解決干擾效果評(píng)估的模糊性問題，研究人員將模糊數(shù)學(xué)的工具引入到干擾效果評(píng)估中，形成了模糊綜合評(píng)判法[13]。

模糊綜合評(píng)判法的基本流程如圖1所示，其步驟主要包括：對干擾因素進(jìn)行分析，將影響干擾效果的各因素組成因素集，評(píng)價(jià)結(jié)果組成評(píng)價(jià)集，各因素對干擾效果的影響程度組成權(quán)重集；根據(jù)各因素的隸屬度函數(shù)求出每個(gè)干擾因素的隸屬度，利用單因素評(píng)價(jià)的隸屬度進(jìn)一步評(píng)定其等級(jí)，以此建立模糊綜合評(píng)判矩陣；通過模糊算子得到干擾效果。

文獻(xiàn)[14]在解決單部干擾機(jī)對單部雷達(dá)的干擾效果評(píng)估問題時(shí)，選取干擾時(shí)機(jī)Et、干擾頻率Ef、干擾功率Ep、空間電磁環(huán)境、干擾樣式Em與抗干擾措施等因素組成因素集,并為各因素選取合理的權(quán)重，最終將干擾效果映射到0～1范圍內(nèi)。文獻(xiàn)[13]在對傳統(tǒng)的雷達(dá)波門拖引式欺騙干擾進(jìn)行評(píng)估時(shí)，選擇干擾-信號(hào)功率比(J/S)、拖引速度Vp、干擾脈沖相對回波時(shí)延量Tg和雷達(dá)抗干擾能力Sj作為干擾效果主要影響因素，并利用層次分析法為每個(gè)影響因素分配合理的權(quán)重；最終實(shí)現(xiàn)對干擾效果評(píng)估。文獻(xiàn)[15]在運(yùn)用模糊綜合評(píng)判方法時(shí)，通過選取不同的隸屬函數(shù)和權(quán)重值對比分析了隸屬函數(shù)與權(quán)值對評(píng)估結(jié)果的影響；文獻(xiàn)[16]針對雷達(dá)干擾效果模糊綜合評(píng)判法中權(quán)值因素對評(píng)估結(jié)果帶來的不確定性問題，提出使用一種改進(jìn)層次分析方法對評(píng)價(jià)模型進(jìn)行改進(jìn)，取得了較好的結(jié)果。

模糊綜合評(píng)判法可以較好地適應(yīng)干擾效果評(píng)估中影響因素眾多的特點(diǎn)，能夠?qū)⒎治龅贸龅目赡苡绊懜蓴_效果的所有因素全部引入到因素集中。但該方法中隸屬度函數(shù)和權(quán)值的選擇還沒有統(tǒng)一的理論指導(dǎo)，需要靠評(píng)估人員的經(jīng)驗(yàn)選取[17]。

(1)體現(xiàn)BEPS第7項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃部分成果。中國國內(nèi)的稅收協(xié)定解釋性文件(《中華人民共和國政府和新加坡共和國政府關(guān)于對所得避免雙重征稅和防止偷漏稅的協(xié)定及議定書條文解釋》)已體現(xiàn)BEPS第7項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃部分成果，如所有豁免活動(dòng)都必須滿足準(zhǔn)備性和輔助性的定義，代理人常設(shè)機(jī)構(gòu)的判定等。

3) 智能評(píng)估法。智能評(píng)估法主要是指基于機(jī)器學(xué)習(xí)理論的干擾效果評(píng)估方法。該方法利用各種雷達(dá)對抗實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，通過學(xué)習(xí)得到影響因素對干擾效果的影響規(guī)律，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)特定影響因素下的干擾效果評(píng)估。智能評(píng)估法主要有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Networks,ANN)方法與支持向量機(jī)(Support Vector Machine,SVM)方法。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估方法是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從以往多次試驗(yàn)結(jié)果中學(xué)習(xí)干擾效果與各因素之間的關(guān)系，以此建立評(píng)估模型，用于干擾效果評(píng)估。目前，常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。文獻(xiàn)[18]針對遮蓋干擾選取功率有效度因子、檢測概率下降有效度因子、作用距離有效度因子以及檢測時(shí)間耗費(fèi)有效度因子作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，將以往實(shí)驗(yàn)的結(jié)果作為輸出，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出干擾因素與干擾效果之間的關(guān)系，并以此建立評(píng)估模型，用于對干擾效果的評(píng)估。文獻(xiàn)[19]提出了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合干擾效果評(píng)估方法，針對不同的干擾樣式選擇不同的評(píng)估因子，用以往的試驗(yàn)結(jié)果作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入與輸出，得到干擾因子與干擾效果之間的映射關(guān)系，最終通過該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)評(píng)估。文獻(xiàn)[20]選定干擾功率、干擾頻率、干擾樣式、干擾時(shí)機(jī)4個(gè)指標(biāo)的隸屬度作為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)，得到了比BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度更快的評(píng)估方法。文獻(xiàn)[21]利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行欺騙性干擾效果的評(píng)估，將干擾功率與雷達(dá)信號(hào)功率之比、雷達(dá)抗截獲性、雷達(dá)信號(hào)模擬的復(fù)雜性和雷達(dá)系統(tǒng)在時(shí)頻域上的分辨能力作為影響因素，并利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將其映射為優(yōu)、良、中、差、很差5個(gè)干擾效果等級(jí)?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的干擾效果評(píng)估方法簡便易行，當(dāng)樣本足夠多時(shí)能夠取得較高的準(zhǔn)確率，但是在樣本有限的情況下容易出現(xiàn)過學(xué)習(xí)現(xiàn)象，導(dǎo)致其推廣能力下降。

針對以上基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的干擾效果評(píng)估方法的缺點(diǎn)，研究人員提出了利用對小樣本具有較好的學(xué)習(xí)能力的SVM進(jìn)行干擾效果評(píng)估的方法。文獻(xiàn)[22]在分析雷達(dá)的工作過程及其所面臨的有源干擾的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從兼顧遮蓋性干擾效果和欺騙性干擾效果的作戰(zhàn)要求出發(fā)，將效率準(zhǔn)則和時(shí)間準(zhǔn)則相結(jié)合，提出了搜索時(shí)間比和跟蹤誤差比兩個(gè)評(píng)估指標(biāo)，然后利用仿真實(shí)驗(yàn)或?qū)嵮b對抗得到的“對抗態(tài)勢”下的樣本對LS-SVM進(jìn)行訓(xùn)練，得到各影響因素與干擾效果之間的函數(shù)關(guān)系，最后利用訓(xùn)練好的LS-SVM回歸機(jī)評(píng)估干擾效果。文獻(xiàn)[23]針對波門拖引式欺騙干擾，從干擾機(jī)本身和雷達(dá)的抗干擾能力兩個(gè)方面出發(fā)，總結(jié)出干擾-信號(hào)功率比、拖引速度、干擾脈沖相對回波時(shí)延以及雷達(dá)抗干擾能力四個(gè)影響因素，并將不同因素的隸屬度作為SVM的輸入值，利用多次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)對SVM進(jìn)行訓(xùn)練，得到干擾因素隸屬度與最終干擾效果的映射關(guān)系。文獻(xiàn)[24]將干擾效果評(píng)估問題看作一種有限樣本分類問題，以干擾方的設(shè)置以及被干擾方的行為變化數(shù)據(jù)作為評(píng)估指標(biāo)，并結(jié)合其對應(yīng)的干擾效果構(gòu)建了干擾行為特征訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫，再利用支持向量機(jī)對數(shù)據(jù)庫中的訓(xùn)練樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，得到最優(yōu)的分類結(jié)果，最后用實(shí)驗(yàn)證明該方法的可行性。

支持向量機(jī)對小樣本具有較好的學(xué)習(xí)能力，相比神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更適合用于干擾效果評(píng)估。但是該方法對缺失數(shù)據(jù)敏感，對非線性問題核函數(shù)的選擇沒有通用解決方案。

表3 不同評(píng)估方法優(yōu)缺點(diǎn)

2 研究方向

近年來，電子對抗干擾效果評(píng)估技術(shù)受到了電子對抗領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注，取得了一系列的成果。但是由于雷達(dá)干擾過程本身的復(fù)雜性以及新的電子戰(zhàn)技術(shù)發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)，使得現(xiàn)有的研究成果仍然難以客觀、全面地對雷達(dá)干擾效果進(jìn)行評(píng)估。對于下一步的研究主要有如下幾個(gè)方面：

1) 機(jī)器學(xué)習(xí)作為一種智能的數(shù)據(jù)分析工具，能夠處理復(fù)雜數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱藏的規(guī)律，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。目前，已有一部分學(xué)者將機(jī)器學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于干擾效果評(píng)估中，并取得了較好的評(píng)估結(jié)果，但是運(yùn)用的算法大多僅限于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與支持向量機(jī)。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)一步發(fā)展，研究人員提出了越來越多的新算法。因此，引入新的合適的機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行干擾效果評(píng)估將會(huì)對干擾效果評(píng)估技術(shù)的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用。

2) 現(xiàn)有的干擾效果評(píng)估技術(shù)大多屬于第三方評(píng)估，這種評(píng)估方法需要使用被干擾雷達(dá)的詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)以及工作性能等信息作為評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)。然而，在實(shí)戰(zhàn)環(huán)境中這些數(shù)據(jù)是很難獲取的，這樣就限制了現(xiàn)有干擾評(píng)估方法在戰(zhàn)時(shí)的應(yīng)用。針對此問題，需要轉(zhuǎn)變評(píng)估角度，利用干擾過程中干擾設(shè)備接收到的雷達(dá)信號(hào)特征的變化并結(jié)合自身的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾效果評(píng)估[25]。美軍的一系列認(rèn)知電子戰(zhàn)項(xiàng)目對此類干擾效果評(píng)估方法進(jìn)行了研究，并且已經(jīng)進(jìn)行了載機(jī)試驗(yàn)，不久將會(huì)投入實(shí)用[26-28]。國內(nèi)對于此類干擾效果評(píng)估方法的研究較少，為數(shù)不多的公開文獻(xiàn)也只是進(jìn)行了理論上的闡述[29-31]。因此，未來對基于干擾方的干擾效果評(píng)估將會(huì)是干擾效果評(píng)估技術(shù)的重要發(fā)展方向。

3) 目前，各國電子裝備更新?lián)Q代速度很快，新裝備層出不窮，戰(zhàn)場上可能面臨未知電子裝備。然而目前大多數(shù)干擾效果評(píng)估方法是建立在作戰(zhàn)對象參數(shù)已知情的基礎(chǔ)上。當(dāng)前，人工智能領(lǐng)域已提出遷移學(xué)習(xí)，零樣本學(xué)習(xí)等可用于樣本數(shù)據(jù)庫未知情況下的識(shí)別算法。因此，在未來的研究中可以借鑒遷移學(xué)習(xí)等算法實(shí)現(xiàn)對未知作戰(zhàn)對象的干擾效果評(píng)估。

3 結(jié)論

干擾效果評(píng)估對提升電子戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)能力具有重要意義。經(jīng)過多年研究，干擾效果評(píng)估技術(shù)得到了巨大的發(fā)展，但是仍存在著評(píng)估可信度不高、時(shí)效性不強(qiáng)等問題。