認知電子戰裝備試驗方法研究

中國人民解放軍91336部隊 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的不斷進步，戰場電磁環境日益復雜，傳統電子戰設備作戰效能面臨許多問題，如復雜環境與未知信號導致設備和操管人員無法快速準確甄別高威脅信號、雷達設備快速發展的抗干擾能力使電子戰設備干擾效果無法達成、作戰對象不斷提升的智能化水平對電子戰設備智能化提出更高要求等[1]，電子戰設備面臨發展瓶頸迫切需要變革。面對應用認知技術的雷達和通信系統，電子戰必須從固定模式向自適應模式發展，進而發展到認知電子戰［2-3］。認知電子戰是目前提升電子戰設備作戰效能的關鍵技術。而采用認知電子戰技術的雷達對抗設備必然對試驗設計和保障條件提出新的要求，根據設備技術特征和戰場構想提前開展試驗方法研究，具有較強的現實指導意義。

2 認知電子戰概念及現狀

2.1 認知電子戰概念

認知電子戰是為了應對戰場電磁環境日益復雜、新波形的不斷出現及作戰目標的智能發展而產生的電子戰新思想和新方式。認知電子戰設備需要具備惡劣作戰環境下在任意空間和任意時間可自主預測、發現、識別和對抗任意威脅，因此具備作戰環境的實時學習和感知、干擾樣式的智能選擇和干擾效果實時可靠評估等能力[4]，是一個智能的、自適應的人機交互動態閉環系統，分為3個功能模塊：認知偵察模塊、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 認知電子戰現狀

自從海灣戰爭以來，“制電磁權”在奪取戰爭主動權中具有十分重要的作用，世界軍事強國努力加強自身的電子戰作戰能力，其中美國走在電子戰研究的第一線，開發了一系列具備一定代表性的電子戰項目，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和先進認知干擾技術研究項目；其后在2010進行自適應電子戰行為學習研究項目，開發新型機器學習算法用于快速感知探測新型無線通信威脅并動態融合對抗措施；2012年進行自適應雷達對抗研究項目，開發對未知雷達威脅的感知偵察能力用于自動選擇有效對抗措施并精確評估對抗效能；2013年進行自適應認知電子戰研究項目，通過欺騙、拒止或利用敵方頻譜確保己方頻譜正常，加強美軍控制電磁頻譜能力。雖然美軍認知電子戰項目才剛剛起步，但研究進展迅速，保證了美軍在電磁環境日趨復雜、對手及威脅能力不斷提升的情況下具備自動認知能力和自適應能力。

圖1 認知電子戰系統組成框圖

3 認知電子戰關鍵技術

3.1 認知情報偵察

認知情報偵察技術主要分為兩類，第一類是頻譜感知和自主頻譜學習，用于戰場復雜電磁環境與雜波感知、場景感知與目標建模以及信號偵察與識別；第二類是自適應輻射源分選，用于對大量的分布于頻域、時域、空間域及能量域輻射源到達信號進行智能分類，增加脈沖間的相關性，利用自適應快速聚類分析確定信號的類型和參數動態變化信息。

3.2 認知建模

認知建模技術主要分為兩類，第一類是自主推理與輔助決策，通過智能算法的協作自主完成認知電子戰裝備的任務部署與轉換；第二類是動態電磁環境描述，通過基于認知庫的電磁環境統一標準和架構完成對動態電磁環境的描述，識別并快速認知偵收信號的動態參數。

3.3 電子干擾

自適應電子干擾技術是認知電子戰技術的核心技術，由于認知雷達、數字陣列雷達體制多變、工作模式靈活多樣、信號形式復雜多變，對其實施偵察并干擾難度較大，常規電子干擾技術難以取得較好的干擾效果[8]，自適應電子干擾技術引入智能化思想，在軟件算法設計中使用干擾措施合成技術，綜合考慮針對不同類型目標的干擾參數設置、不同威脅等級目標的干擾措施合成、智能生成干擾策略等問題，開發探索高實時性和適應能力的智能優化算法。

3.4 自適應效能評估

自適應效能評估技術通過被干擾對象在干擾前后的信號參數和特征變化快速實時評估干擾措施的有效性，主要通過偵收各種雷達目標的不同工作參數并分析總結不同參數對應的工作狀態形成智能推理機制，推測目標所處的工作狀態并判斷其戰術意圖，從而指導干擾措施合成優化實現最優的干擾效果。

4 認知電子戰裝備試驗方法分析

4.1 復雜電磁環境態勢感知能力考核

傳統的雷達對抗裝備在信號偵察處理過程中，由于電磁環境感知的目的主要是電子支援、威脅告警和收報偵察等，其資源分配和接收機處理方法一般不會依照電磁環境的動態變化而改變；認知電子戰技術要求雷達對抗裝備具備較強的空間電磁環境態勢感知和應變能力，能夠精確感知所處空間的電磁環境狀況及變化趨勢，并針對性地采取最優的資源分配和信號處理方式，例如根據信號頻譜分配的不均勻特征進行頻譜資源動態調配、依據信號流密度和到達脈沖數目選擇復雜度和時效不同的信號處理流程、計算頻譜密度選取不同的處理資源等。在試驗中要針對該類裝備特征設置電磁環境態勢，不僅需要考慮傳統的信號部數、信號類型、脈沖密度等因素，還需考慮實際應用環境中因戰術變化等原因導致的電磁環境的緩慢變化、快速變化、及頻段分布不均勻，雷達對抗裝備感知電磁頻譜的變化進行適應性調整，例如雷達偵察機反應時間、參數精度等指標通常由最惡劣情況決定，但在高信噪比條件下并無必要，需要裝備增強信號環境分析和處理的自主性，根據信號信噪比情況靈活調配資源應對，保證在各種不同電磁環境下的背景信號分選處于較好且穩定的水平。

圖2 復雜電磁環境感知能力考核要素

4.2 脈內調制識別算法處理考核

雷達對抗裝備對現代雷達信號處理算法中選取特征匹配的思路是對雷達信號脈內調制識別，一般使用特征匹配、曲線擬合實現特征提取。為了排除異常點和噪聲對特征的影響，一般只能對特征參數庫中已有的信號類型進行提取。目前的輻射源除了線性調頻、非線性調頻、相位編碼等單一脈內調制類型外，還可對不同脈內調制規律進行捷變、組合、混合，需要新型雷達對抗裝備調制識別算法具備分析調制規律基本特征的能力，如對連續頻率調制、離散頻率編碼、離散相位編碼或兩種類型的復合調制，考核雷達對抗裝備在特征參數庫中無分類信息的基礎上對復雜脈內調制信號的調制規律描述分析。

4.3 自適應干擾效果評估考核

目前雷達技術快速發展，以固態有源相控陣體制為例，其在波形設計中采用了復雜脈內調制和寬帶跳頻相結合的技術、收發處理采用數字波束形成技術實現超低發射和接收副瓣電平，工作方式多樣、作戰模式靈活多變，不僅使雷達對抗裝備偵收困難，而且干擾效果也難以保障，是考核認知電子戰裝備自適應干擾效果的較優選擇。

在以固態有源相控陣體制模擬器為主要干擾對象的干擾效果試驗中，認知電子戰裝備感知復雜電磁環境，發現高威脅目標后智能合成干擾措施，使用高度自適應的雷達干擾技術完成對高威脅目標的有效干擾，同時采取評估措施對干擾效果進行評估并更新先驗庫。

5 保障條件需求

5.1 新體制雷達

在對認知電子戰裝備試驗方法的分析中，新體制雷達尤其是固態有源相控陣雷達是實現對認知電子戰裝備性能指標有效充分考核的重要參試對象，結合實際需求，在覆蓋頻段、探測對象、數據率、通視條件下作用距離、精度和同時跟蹤目標總數等方面滿足要求。

固態有源相控陣雷達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間交替及信號能量的分配與轉換，能按照雷達工作環境的變化自適應調整工作方式，按需調整工作方式和進行雷達信號功率分配。

5.2 大功率信號環境模擬器

在對認知電子戰裝備態勢感知能力和脈內調制識別算法的考核試驗中，除了要求對認知電子戰裝備的適應信號密度、信號總數、信號類型等指標進行考核外，還需考核認知電子戰裝備的資源調配、精細感知、快速反應及復雜信號脈內識別等能力，這種考核需求使用雷達作為參試目標所需裝備數目與成本過高，需要使用大功率信號環境模擬器進行靈活設置。大功率信號環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，具備多種脈內調制特征，一定的單通道信號環境密度和動態變化能力。

6 結論

本文對認知電子戰設備的概念及現狀、關鍵技術進行了闡述，可以看出認知電子戰設備是提高我軍戰場頻譜管控能力及電子攻擊能力的重要技術手段，但也對試驗方法、數據處理水平和保障條件提出了較高的要求，針對認知電子戰設備關鍵技術進行試驗設計，以求盡可能充分地考核裝備能力水平，以之為基礎對后續的特殊體制雷達和大功率信號環境模擬器等參試裝備建設進行論證。

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