中國人民解放軍91336部隊(duì) 張新立

武警總部研究院 魏 韡

1 引言

隨著信息化水平和電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，戰(zhàn)場電磁環(huán)境日益復(fù)雜，傳統(tǒng)電子戰(zhàn)設(shè)備作戰(zhàn)效能面臨許多問題，如復(fù)雜環(huán)境與未知信號(hào)導(dǎo)致設(shè)備和操管人員無法快速準(zhǔn)確甄別高威脅信號(hào)、雷達(dá)設(shè)備快速發(fā)展的抗干擾能力使電子戰(zhàn)設(shè)備干擾效果無法達(dá)成、作戰(zhàn)對象不斷提升的智能化水平對電子戰(zhàn)設(shè)備智能化提出更高要求等[1]，電子戰(zhàn)設(shè)備面臨發(fā)展瓶頸迫切需要變革。面對應(yīng)用認(rèn)知技術(shù)的雷達(dá)和通信系統(tǒng)，電子戰(zhàn)必須從固定模式向自適應(yīng)模式發(fā)展，進(jìn)而發(fā)展到認(rèn)知電子戰(zhàn)［2-3］。認(rèn)知電子戰(zhàn)是目前提升電子戰(zhàn)設(shè)備作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵技術(shù)。而采用認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)的雷達(dá)對抗設(shè)備必然對試驗(yàn)設(shè)計(jì)和保障條件提出新的要求，根據(jù)設(shè)備技術(shù)特征和戰(zhàn)場構(gòu)想提前開展試驗(yàn)方法研究，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

2 認(rèn)知電子戰(zhàn)概念及現(xiàn)狀

2.1 認(rèn)知電子戰(zhàn)概念

認(rèn)知電子戰(zhàn)是為了應(yīng)對戰(zhàn)場電磁環(huán)境日益復(fù)雜、新波形的不斷出現(xiàn)及作戰(zhàn)目標(biāo)的智能發(fā)展而產(chǎn)生的電子戰(zhàn)新思想和新方式。認(rèn)知電子戰(zhàn)設(shè)備需要具備惡劣作戰(zhàn)環(huán)境下在任意空間和任意時(shí)間可自主預(yù)測、發(fā)現(xiàn)、識(shí)別和對抗任意威脅，因此具備作戰(zhàn)環(huán)境的實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)和感知、干擾樣式的智能選擇和干擾效果實(shí)時(shí)可靠評估等能力[4]，是一個(gè)智能的、自適應(yīng)的人機(jī)交互動(dòng)態(tài)閉環(huán)系統(tǒng)，分為3個(gè)功能模塊：認(rèn)知偵察模塊、對抗效果評估模塊和對抗措施合成模塊[5-7]，其組成框圖如圖1所示。

2.2 認(rèn)知電子戰(zhàn)現(xiàn)狀

自從海灣戰(zhàn)爭以來，“制電磁權(quán)”在奪取戰(zhàn)爭主動(dòng)權(quán)中具有十分重要的作用，世界軍事強(qiáng)國努力加強(qiáng)自身的電子戰(zhàn)作戰(zhàn)能力，其中美國走在電子戰(zhàn)研究的第一線，開發(fā)了一系列具備一定代表性的電子戰(zhàn)項(xiàng)目，其中在2008年美國國防部就開展了用于下一代電子對抗的人工智能技術(shù)和先進(jìn)認(rèn)知干擾技術(shù)研究項(xiàng)目；其后在2010進(jìn)行自適應(yīng)電子戰(zhàn)行為學(xué)習(xí)研究項(xiàng)目，開發(fā)新型機(jī)器學(xué)習(xí)算法用于快速感知探測新型無線通信威脅并動(dòng)態(tài)融合對抗措施；2012年進(jìn)行自適應(yīng)雷達(dá)對抗研究項(xiàng)目，開發(fā)對未知雷達(dá)威脅的感知偵察能力用于自動(dòng)選擇有效對抗措施并精確評估對抗效能；2013年進(jìn)行自適應(yīng)認(rèn)知電子戰(zhàn)研究項(xiàng)目，通過欺騙、拒止或利用敵方頻譜確保己方頻譜正常，加強(qiáng)美軍控制電磁頻譜能力。雖然美軍認(rèn)知電子戰(zhàn)項(xiàng)目才剛剛起步，但研究進(jìn)展迅速，保證了美軍在電磁環(huán)境日趨復(fù)雜、對手及威脅能力不斷提升的情況下具備自動(dòng)認(rèn)知能力和自適應(yīng)能力。

圖1 認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)組成框圖

3 認(rèn)知電子戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 認(rèn)知情報(bào)偵察

認(rèn)知情報(bào)偵察技術(shù)主要分為兩類，第一類是頻譜感知和自主頻譜學(xué)習(xí)，用于戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境與雜波感知、場景感知與目標(biāo)建模以及信號(hào)偵察與識(shí)別；第二類是自適應(yīng)輻射源分選，用于對大量的分布于頻域、時(shí)域、空間域及能量域輻射源到達(dá)信號(hào)進(jìn)行智能分類，增加脈沖間的相關(guān)性，利用自適應(yīng)快速聚類分析確定信號(hào)的類型和參數(shù)動(dòng)態(tài)變化信息。

3.2 認(rèn)知建模

認(rèn)知建模技術(shù)主要分為兩類，第一類是自主推理與輔助決策，通過智能算法的協(xié)作自主完成認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備的任務(wù)部署與轉(zhuǎn)換；第二類是動(dòng)態(tài)電磁環(huán)境描述，通過基于認(rèn)知庫的電磁環(huán)境統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)完成對動(dòng)態(tài)電磁環(huán)境的描述，識(shí)別并快速認(rèn)知偵收信號(hào)的動(dòng)態(tài)參數(shù)。

3.3 電子干擾

自適應(yīng)電子干擾技術(shù)是認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)的核心技術(shù)，由于認(rèn)知雷達(dá)、數(shù)字陣列雷達(dá)體制多變、工作模式靈活多樣、信號(hào)形式復(fù)雜多變，對其實(shí)施偵察并干擾難度較大，常規(guī)電子干擾技術(shù)難以取得較好的干擾效果[8]，自適應(yīng)電子干擾技術(shù)引入智能化思想，在軟件算法設(shè)計(jì)中使用干擾措施合成技術(shù)，綜合考慮針對不同類型目標(biāo)的干擾參數(shù)設(shè)置、不同威脅等級目標(biāo)的干擾措施合成、智能生成干擾策略等問題，開發(fā)探索高實(shí)時(shí)性和適應(yīng)能力的智能優(yōu)化算法。

3.4 自適應(yīng)效能評估

自適應(yīng)效能評估技術(shù)通過被干擾對象在干擾前后的信號(hào)參數(shù)和特征變化快速實(shí)時(shí)評估干擾措施的有效性，主要通過偵收各種雷達(dá)目標(biāo)的不同工作參數(shù)并分析總結(jié)不同參數(shù)對應(yīng)的工作狀態(tài)形成智能推理機(jī)制，推測目標(biāo)所處的工作狀態(tài)并判斷其戰(zhàn)術(shù)意圖，從而指導(dǎo)干擾措施合成優(yōu)化實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的干擾效果。

4 認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備試驗(yàn)方法分析

4.1 復(fù)雜電磁環(huán)境態(tài)勢感知能力考核

傳統(tǒng)的雷達(dá)對抗裝備在信號(hào)偵察處理過程中，由于電磁環(huán)境感知的目的主要是電子支援、威脅告警和收報(bào)偵察等，其資源分配和接收機(jī)處理方法一般不會(huì)依照電磁環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化而改變；認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)要求雷達(dá)對抗裝備具備較強(qiáng)的空間電磁環(huán)境態(tài)勢感知和應(yīng)變能力，能夠精確感知所處空間的電磁環(huán)境狀況及變化趨勢，并針對性地采取最優(yōu)的資源分配和信號(hào)處理方式，例如根據(jù)信號(hào)頻譜分配的不均勻特征進(jìn)行頻譜資源動(dòng)態(tài)調(diào)配、依據(jù)信號(hào)流密度和到達(dá)脈沖數(shù)目選擇復(fù)雜度和時(shí)效不同的信號(hào)處理流程、計(jì)算頻譜密度選取不同的處理資源等。在試驗(yàn)中要針對該類裝備特征設(shè)置電磁環(huán)境態(tài)勢，不僅需要考慮傳統(tǒng)的信號(hào)部數(shù)、信號(hào)類型、脈沖密度等因素，還需考慮實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中因戰(zhàn)術(shù)變化等原因?qū)е碌碾姶怒h(huán)境的緩慢變化、快速變化、及頻段分布不均勻，雷達(dá)對抗裝備感知電磁頻譜的變化進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，例如雷達(dá)偵察機(jī)反應(yīng)時(shí)間、參數(shù)精度等指標(biāo)通常由最惡劣情況決定，但在高信噪比條件下并無必要，需要裝備增強(qiáng)信號(hào)環(huán)境分析和處理的自主性，根據(jù)信號(hào)信噪比情況靈活調(diào)配資源應(yīng)對，保證在各種不同電磁環(huán)境下的背景信號(hào)分選處于較好且穩(wěn)定的水平。

圖2 復(fù)雜電磁環(huán)境感知能力考核要素

4.2 脈內(nèi)調(diào)制識(shí)別算法處理考核

雷達(dá)對抗裝備對現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)處理算法中選取特征匹配的思路是對雷達(dá)信號(hào)脈內(nèi)調(diào)制識(shí)別，一般使用特征匹配、曲線擬合實(shí)現(xiàn)特征提取。為了排除異常點(diǎn)和噪聲對特征的影響，一般只能對特征參數(shù)庫中已有的信號(hào)類型進(jìn)行提取。目前的輻射源除了線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻、相位編碼等單一脈內(nèi)調(diào)制類型外，還可對不同脈內(nèi)調(diào)制規(guī)律進(jìn)行捷變、組合、混合，需要新型雷達(dá)對抗裝備調(diào)制識(shí)別算法具備分析調(diào)制規(guī)律基本特征的能力，如對連續(xù)頻率調(diào)制、離散頻率編碼、離散相位編碼或兩種類型的復(fù)合調(diào)制，考核雷達(dá)對抗裝備在特征參數(shù)庫中無分類信息的基礎(chǔ)上對復(fù)雜脈內(nèi)調(diào)制信號(hào)的調(diào)制規(guī)律描述分析。

4.3 自適應(yīng)干擾效果評估考核

目前雷達(dá)技術(shù)快速發(fā)展，以固態(tài)有源相控陣體制為例，其在波形設(shè)計(jì)中采用了復(fù)雜脈內(nèi)調(diào)制和寬帶跳頻相結(jié)合的技術(shù)、收發(fā)處理采用數(shù)字波束形成技術(shù)實(shí)現(xiàn)超低發(fā)射和接收副瓣電平，工作方式多樣、作戰(zhàn)模式靈活多變，不僅使雷達(dá)對抗裝備偵收困難，而且干擾效果也難以保障，是考核認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備自適應(yīng)干擾效果的較優(yōu)選擇。

在以固態(tài)有源相控陣體制模擬器為主要干擾對象的干擾效果試驗(yàn)中，認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備感知復(fù)雜電磁環(huán)境，發(fā)現(xiàn)高威脅目標(biāo)后智能合成干擾措施，使用高度自適應(yīng)的雷達(dá)干擾技術(shù)完成對高威脅目標(biāo)的有效干擾，同時(shí)采取評估措施對干擾效果進(jìn)行評估并更新先驗(yàn)庫。

5 保障條件需求

5.1 新體制雷達(dá)

在對認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備試驗(yàn)方法的分析中，新體制雷達(dá)尤其是固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)是實(shí)現(xiàn)對認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備性能指標(biāo)有效充分考核的重要參試對象，結(jié)合實(shí)際需求，在覆蓋頻段、探測對象、數(shù)據(jù)率、通視條件下作用距離、精度和同時(shí)跟蹤目標(biāo)總數(shù)等方面滿足要求。

固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)可利用快速波束掃描能力，合理安排跟蹤方式和搜索方式的時(shí)間交替及信號(hào)能量的分配與轉(zhuǎn)換，能按照雷達(dá)工作環(huán)境的變化自適應(yīng)調(diào)整工作方式，按需調(diào)整工作方式和進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)功率分配。

5.2 大功率信號(hào)環(huán)境模擬器

在對認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備態(tài)勢感知能力和脈內(nèi)調(diào)制識(shí)別算法的考核試驗(yàn)中，除了要求對認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備的適應(yīng)信號(hào)密度、信號(hào)總數(shù)、信號(hào)類型等指標(biāo)進(jìn)行考核外，還需考核認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備的資源調(diào)配、精細(xì)感知、快速反應(yīng)及復(fù)雜信號(hào)脈內(nèi)識(shí)別等能力，這種考核需求使用雷達(dá)作為參試目標(biāo)所需裝備數(shù)目與成本過高，需要使用大功率信號(hào)環(huán)境模擬器進(jìn)行靈活設(shè)置。大功率信號(hào)環(huán)境模擬器需在覆蓋頻段、有效輻射功率、跟蹤方式、通視條件下跟蹤距離等方面滿足一定的需求，具備多種脈內(nèi)調(diào)制特征，一定的單通道信號(hào)環(huán)境密度和動(dòng)態(tài)變化能力。

6 結(jié)論

本文對認(rèn)知電子戰(zhàn)設(shè)備的概念及現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述，可以看出認(rèn)知電子戰(zhàn)設(shè)備是提高我軍戰(zhàn)場頻譜管控能力及電子攻擊能力的重要技術(shù)手段，但也對試驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理水平和保障條件提出了較高的要求，針對認(rèn)知電子戰(zhàn)設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以求盡可能充分地考核裝備能力水平，以之為基礎(chǔ)對后續(xù)的特殊體制雷達(dá)和大功率信號(hào)環(huán)境模擬器等參試裝備建設(shè)進(jìn)行論證。

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