認知雷達技術研究進展

錢增波

南京長江電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司 江蘇 南京 210038

1 認知雷達概念

據(jù)資料顯示，國際著名信號處理專家在2006年對認知雷達技術進行了詳細的分析與討論，其主要來源于對蝙蝠回聲定位系統(tǒng)、認知的研究與討論，于此對關于認知雷達技術的相關概念與含義進行論述，并對人和蝙蝠的認知過程進行分析[1]。

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，無論是人類還是蝙蝠都能夠根據(jù)反饋出來的信息產(chǎn)生感知，并以此為標準對自身的行為進行有效的控制。同時，利用先驗知識來調(diào)整自己的行為和活動，從而實現(xiàn)對外部環(huán)境的良好控制。據(jù)了解，蝙蝠具有回聲定位能力，能夠?qū)ν饨绛h(huán)境進行準確的感知，另外，蝙蝠還能夠通過自身所具備的回聲定位能力確定獵物的最終位置。蝙蝠在捕獵時，會利用回聲定位系統(tǒng)為獵物的位置、狀態(tài)進行具體的確定，主要的確定方式是通過不同頻率波形的發(fā)出對目標進行搜索與跟蹤。無論是獵物的尋找階段，還是獵物鎖定，蝙蝠會對聲波進行具體的改變。比如：在獵物的尋找階段，聲波為低頻、長波；獵物出現(xiàn)以后，聲波就會改變?yōu)楦哳l、短周期；蝙蝠在鎖定獵物后，聲波的頻率、波形會再次出現(xiàn)改變，從而適應獵物的變化，對其發(fā)出攻擊。在這一階段，蝙蝠不再關注獵物特征，而是將關注點放置到獵物的飛行高度以及飛行軌跡上。

受蝙蝠回聲定位的啟發(fā)，提出了關于認知雷達的概念。然后，雷達專家利用現(xiàn)代科學技術將接收和產(chǎn)生的電磁波組合成一個系統(tǒng)設備，利用其他區(qū)域感知環(huán)境并相互傳遞信息。同時，將先驗知識應用到實際的系統(tǒng)中，調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，最終實現(xiàn)對所需研究目標的自適應檢測。

2 認知雷達關鍵技術的研究進展

2.1 波形最優(yōu)化

波形優(yōu)化技術主要包括兩個方面，第一是波形的選擇，第二是波形的優(yōu)化。波形選擇主要指的是雷達在停止工作時，對實際的波形進行相應的設計，并對波形的參數(shù)值、波形庫等進行具體的設計與選擇；當雷達正處于工作狀態(tài)時，波形的選擇就是根據(jù)當前實際情況選擇出最為合適的波形與參數(shù)；所謂波形的設計優(yōu)化指的是根據(jù)當前環(huán)境設計自適應波形或設置波形參數(shù)；雷達工作時，波形選擇實際上是必需的，波形優(yōu)化是在有限的系統(tǒng)中使系統(tǒng)性能最大化。系統(tǒng)性能用不同性能標準的代價函數(shù)表示。在優(yōu)化過程中，以目標函數(shù)為基礎，形成一定的性能指標。在雷達工作過程中，參考函數(shù)可分為：目標檢測階段、識別階段、跟蹤階段以及成像階段。其中目標的檢測階段包括了對概率、時間、信號的檢測，另外，對于雜波的相關性、多普勒頻率的平均偏差系數(shù)等都需要進行十分詳細的檢測。

2.2 自適應波形技術

到目前為止，波形優(yōu)化技術已有近50年的發(fā)展歷史，并逐漸形成了一套成熟的理論技術、方法。認知雷達的自適應性能為波形技術的發(fā)展奠定基礎[2]。筆者在對自適應性波形技術進行相關參考文獻研究后，對自適應波形技術創(chuàng)新進行詳細分析討論，主要包括以下幾個方面：

（1）貝葉斯法：該方法常常作用于對目標檢測、跟蹤和識別的自適應波形設計；

（2）濾波理論：國外專家在針對海雜波環(huán)境的目標檢測問題上，以此時的回波信號為參考，采用期望極大值法估計散斑的協(xié)方差矩陣，從而抑制和檢測下一次輻射的雜波。

2.3 自制操作與管理

在對遠程情況進行收集感知信息中，雷達是其中重要手段之一。在實現(xiàn)認知功能獨立工作系統(tǒng)技術中，自治操作與管理技術是其中的重點部分。

（1）自適應技術和智能算法將被引入到認知雷達的大部分模塊中。然而，這些算法在獨立工作時并不能達到預期的性能。為了提高其性能，實現(xiàn)工作效率的優(yōu)化，必須將各種獨立的功能結合起來，相互滲透；

（2）人與雷達組成的工作系統(tǒng)中，人能夠參與的部分越來越少，甚至是整個工作系統(tǒng)都不需要人為參與，由雷達本身建立閉環(huán)系統(tǒng)，最終實現(xiàn)目標。前提在于保證雷達具備推理、判斷、思考和決策的能力[3]。

3 認知雷達的未來發(fā)展趨勢

隨著我國科學技術的不斷發(fā)展、進步，在關于認知雷達技術的發(fā)展與研究上已經(jīng)取得了相應的成果。但是，關于真正的認知雷達系統(tǒng)還沒有研發(fā)出來，僅僅是處于理論的研究階段。對于認知雷達系統(tǒng)的實際功能等還處于較為模糊的階段。無論是認知雷達系統(tǒng)的出現(xiàn)形式，還是出現(xiàn)時間都需要進行進一步的研究與討論。根據(jù)當前的技術水平以及認知雷達的相關性能，在未來的發(fā)展方向上大多是以智能信息網(wǎng)絡化與多功能化為主。

目前，關于相控陣天線技術已經(jīng)得到了非常明顯且迅速的發(fā)展與進步。通過計算機優(yōu)勢的利用，能夠?qū)Σㄊ葑冞M行迅速、快捷的完成，最終實現(xiàn)認知雷達的多目標檢測、跟蹤與定位。隨著社會環(huán)境的不斷變化，多功能相控陣雷達通過自身認知能力的使用，對資源的管理優(yōu)化提供幫助，從而推動科學技術的進一步發(fā)展與進步[4]。

4 結束語

綜上，認知雷達技術屬于先進技術之一，當前的發(fā)展已經(jīng)逐步進入到目標狀態(tài)。在未來的認知雷達技術發(fā)展趨勢上，信息網(wǎng)絡化勢必會成為主要的發(fā)展趨勢之一。因此，在未來的認知雷達技術發(fā)展上應當根據(jù)實際情況對認知雷達中相關技術進行不斷完善與優(yōu)化，實現(xiàn)進一步的完善、優(yōu)化。