網(wǎng)電空間認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)

蘇 抗，朱偉強

（中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007）

0 引言

信息設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動了信息對抗技術(shù)的高速發(fā)展，從最初以硬件為中心、針對特定目標(biāo)的單一形式對抗，發(fā)展到目前以軟件為中心、適應(yīng)多目標(biāo)的功能重構(gòu)對抗，以及面向未來以認(rèn)知為中心的智能自主對抗［1］。而近年來提出的網(wǎng)電空間概念，則通過層次化結(jié)構(gòu)融合了現(xiàn)有的電子戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)、情報戰(zhàn)和認(rèn)知戰(zhàn)，開辟了信息對抗的新領(lǐng)域。

本文闡述了網(wǎng)電空間與認(rèn)知電子戰(zhàn)的內(nèi)涵與聯(lián)系，分析了認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢，隨后，結(jié)合認(rèn)知電子戰(zhàn)的閉環(huán)特點，提出了一種適用于戰(zhàn)場網(wǎng)電認(rèn)知的信息對抗平臺架構(gòu)，分析、總結(jié)了實現(xiàn)有效對抗所需的核心功能與關(guān)鍵技術(shù)，最后，展望了認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)在網(wǎng)電對抗中的應(yīng)用前景。

1 網(wǎng)電空間內(nèi)的認(rèn)知電子戰(zhàn)

1.1 網(wǎng)電空間與網(wǎng)電對抗

網(wǎng)電空間概念最初由美國人提出，目前美國政府和軍方的最新定義為：信息環(huán)境中的一個全球域，由相互依賴的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)及其內(nèi)部數(shù)據(jù)構(gòu)成，這些網(wǎng)絡(luò)包括因特網(wǎng)、電信網(wǎng)、計算機系統(tǒng)以及嵌入式處理和控制器。

網(wǎng)電對抗是一種廣義上的信息戰(zhàn)，以網(wǎng)電空間為基礎(chǔ)，對抗以信息為核心，涵蓋信息產(chǎn)生、處理、傳輸、存儲、運用的全過程。

網(wǎng)電對抗針對網(wǎng)絡(luò)化的電子信息系統(tǒng)進(jìn)行，在電子對抗技術(shù)的基礎(chǔ)上，廣泛融合網(wǎng)絡(luò)、情報、認(rèn)知等多領(lǐng)域?qū)辜夹g(shù)，從而在更多、更高的信息層次，進(jìn)行進(jìn)攻性網(wǎng)電作戰(zhàn)、防御性網(wǎng)電作戰(zhàn)以及支撐攻防所需的網(wǎng)電信息探測。網(wǎng)電探測進(jìn)行多層次信息的探測與融合，生成綜合態(tài)勢，引導(dǎo)網(wǎng)電攻防，評估作戰(zhàn)效能，反饋任務(wù)執(zhí)行，支撐網(wǎng)電對抗的閉環(huán)作戰(zhàn)。

根據(jù)美國政府和軍方的定義，進(jìn)攻性網(wǎng)電作戰(zhàn)即“利用網(wǎng)電空間能力，或者經(jīng)由網(wǎng)電能力實現(xiàn)力量投送的網(wǎng)電空間對抗”；防御性網(wǎng)電作戰(zhàn)即“通過主動或被動方式，利用友方網(wǎng)電空間，同時保護(hù)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)中心能力及其它特定系統(tǒng)”。

1.2 認(rèn)知電子戰(zhàn)

與網(wǎng)電空間、網(wǎng)電對抗相似，認(rèn)知電子戰(zhàn)也是近年來才提出的新概念。目前，認(rèn)知電子戰(zhàn)還沒有一個明確的概念定義，有時也被稱為自適應(yīng)電子戰(zhàn)、智能電子戰(zhàn)等，但是，根據(jù)美國認(rèn)知電子戰(zhàn)項目的介紹來看，認(rèn)知電子戰(zhàn)的內(nèi)涵可以理解為：依據(jù)實時環(huán)境態(tài)勢感知、作戰(zhàn)效能評估以及知識學(xué)習(xí)、累積的結(jié)果，動態(tài)地自主調(diào)整攻擊與防護(hù)策略，通過流程的閉環(huán)，實現(xiàn)智能、高效的信息對抗。圖1給出了認(rèn)知電子戰(zhàn)概念的進(jìn)一步描述。

認(rèn)知電子戰(zhàn)主要構(gòu)成包括以下幾個方面：

1）實時環(huán)境態(tài)勢感知與任務(wù)執(zhí)行。態(tài)勢感知與任務(wù)執(zhí)行是認(rèn)知電子戰(zhàn)自主學(xué)習(xí)、評估、預(yù)測、決策的基礎(chǔ)，需要通過具備功能重構(gòu)能力的信息對抗平臺來實現(xiàn)。

2）自主作戰(zhàn)效能動態(tài)評估。認(rèn)知電子戰(zhàn)有別于傳統(tǒng)電子戰(zhàn)的新能力，評估結(jié)果通過學(xué)習(xí)在知識庫積累，同時反饋決策單元，參與對抗策略的優(yōu)化。

3）動態(tài)學(xué)習(xí)與積累。通過自主學(xué)習(xí)，構(gòu)建動態(tài)知識庫，支撐未知或認(rèn)知目標(biāo)的對抗。

4）網(wǎng)電態(tài)勢評估、預(yù)測。采用模式識別與推理算法，實現(xiàn)目標(biāo)行為識別與預(yù)測。

5）閉環(huán)對抗策略制定與優(yōu)化。通過環(huán)境態(tài)勢感知、作戰(zhàn)效能評估與動態(tài)知識庫的融合，實現(xiàn)電子戰(zhàn)攻防的閉環(huán)，結(jié)合對抗策略的優(yōu)化，提升信息對抗的作戰(zhàn)效能。

1.3 網(wǎng)電對抗與認(rèn)知電子戰(zhàn)

認(rèn)知電子戰(zhàn)的研究重點，主要圍繞學(xué)習(xí)、評估、決策3個方面進(jìn)行，關(guān)鍵技術(shù)屬于網(wǎng)電空間感知、評估、預(yù)測、決策、規(guī)劃的范疇。此外，認(rèn)知電子戰(zhàn)所需的環(huán)境態(tài)勢感知與攻防策略執(zhí)行，能夠在網(wǎng)電空間內(nèi)通過射頻收發(fā)、信號/信息處理等方式得以實現(xiàn)，因而認(rèn)知電子戰(zhàn)屬于網(wǎng)電對抗領(lǐng)域。

認(rèn)知電子戰(zhàn)完成了網(wǎng)電空間綜合態(tài)勢感知與任務(wù)決策的串聯(lián)，不僅引入了自主學(xué)習(xí)機制，而且結(jié)合評估預(yù)測方法與動態(tài)知識庫，構(gòu)建了網(wǎng)電空間感知、評估、決策的閉環(huán)，最終，通過任務(wù)決策與資源規(guī)劃，在豐富信息對抗實施途徑的同時，增強信息攻防的作戰(zhàn)效能。

就目前而言，網(wǎng)電對抗幾乎可以容納全部已有的信息對抗方式。其中，電子頻譜對抗、協(xié)議對抗、信息對抗、認(rèn)知與決策對抗，依次可以對應(yīng)現(xiàn)有的電子戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)、情報戰(zhàn)、認(rèn)知戰(zhàn)?？梢姡c現(xiàn)有信息對抗方式相比，網(wǎng)電對抗構(gòu)建了一個更為龐大、更為完整的域，實現(xiàn)了已有信息對抗方式的完整融合。

網(wǎng)電對抗在其融合的多種對抗方式之內(nèi)，通過感知、分析、攻防、評估構(gòu)成閉環(huán)；在多種對抗方式之間，通過相互支撐、引導(dǎo)，進(jìn)而構(gòu)成一個更大的閉環(huán)；最終通過高度自主的認(rèn)知技術(shù)，動態(tài)完成任務(wù)決策、規(guī)劃與執(zhí)行，增強信息對抗的實時性、有效性、隱蔽性，同時實現(xiàn)未知類型目標(biāo)以及具備認(rèn)知能力目標(biāo)的對抗能力。

2 美軍認(rèn)知電子戰(zhàn)發(fā)展與構(gòu)思

2.1 研究現(xiàn)狀

目前，美國國防高級研究計劃局（DARPA）已經(jīng)開始了一系列認(rèn)知電子戰(zhàn)項目［2－3］，其中，最具代表性的項目包括自適應(yīng)雷達(dá)對抗（ARC）項目、自適應(yīng)電子戰(zhàn)行為學(xué)習(xí)（BLADE）項目、極端射頻頻譜條件下的通信（COMMEX）項目。

此外，其它認(rèn)知電子戰(zhàn)項目包括［4－6］：美國空軍開發(fā)的認(rèn)知干擾機（CJ）項目和電子戰(zhàn)高級部件（ACE）項目、美國陸軍開發(fā)的“城市軍刀”項目、美國海軍開發(fā)的認(rèn)知通信電子戰(zhàn)項目和電子戰(zhàn)技術(shù)（2013年度）項目。

2.2 下一步計劃

未來，美國認(rèn)知電子戰(zhàn)研究的重點目標(biāo)是將自適應(yīng)和機器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用到電子戰(zhàn)中：

1）頻譜知識。制定一個框架和一系列標(biāo)準(zhǔn)，提供一種開放、通用的適用于實時電子戰(zhàn)的方法，實現(xiàn)頻譜及其用戶動態(tài)知識的組織、共享和利用，內(nèi)容覆蓋射頻輻射源和網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)，如物理層傳輸特征、協(xié)議、功能、物理機動、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、自適應(yīng)行為、電子防護(hù)模式等。

2）頻譜學(xué)習(xí)。提供實時/現(xiàn)場的頻譜和威脅環(huán)境學(xué)習(xí)能力，同時給出直觀結(jié)果，內(nèi)容包括：識別、定位頻譜內(nèi)所有信號、輻射源和用戶；識別一體化防御網(wǎng)絡(luò)的電子戰(zhàn)斗序列；識別電子防護(hù)模式與自適應(yīng)威脅對應(yīng)策略（尤其是存在干擾情況下），描述其特性；識別通信或雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括功能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和指揮結(jié)構(gòu)；識別未知通信或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，描述其特性；識別雷達(dá)系統(tǒng)的功能與意圖；評估己方電子攻擊效能，即電子戰(zhàn)戰(zhàn)損評估（BDA）；利用有意輻射信號和機會信號（如廣播電臺信號等）描述射頻傳播環(huán)境特性。

3）頻譜推理。針對當(dāng)前頻譜態(tài)勢和威脅知識進(jìn)行推理，實時制定電子攻擊策略和優(yōu)化資源配置，重點實現(xiàn)：融合分布探測信息感知威脅優(yōu)先級，協(xié)調(diào)可用電子攻擊資源同時對抗多個威脅（一對多）；優(yōu)化調(diào)度分布平臺電子戰(zhàn)資源，同時對抗多個威脅（多對多）。

4）頻譜攻擊。利用射頻系統(tǒng)硬件、協(xié)議、運作方法、處理算法、軟件、固件的相關(guān)知識及脆弱性，制定針對特定目標(biāo)的最佳電子攻擊策略，同時，根據(jù)態(tài)勢變化動態(tài)優(yōu)化實施策略，實現(xiàn)比當(dāng)前電子戰(zhàn)方法更有效、更高效、更隱蔽的非傳統(tǒng)電子對抗途徑。

5）高吞吐量、快速可編程電子戰(zhàn)平臺。以功能重構(gòu)技術(shù)為核心，提供強大信號與信息處理能力，實現(xiàn)認(rèn)知電子戰(zhàn)必需的環(huán)境態(tài)勢感知與對抗策略執(zhí)行。

6）自適應(yīng)電子戰(zhàn)開發(fā)仿真環(huán)境。通過硬件、軟件或結(jié)合方式，構(gòu)建射頻仿真環(huán)境，支撐先進(jìn)認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)與系統(tǒng)的開發(fā)、測試、驗證。

3 網(wǎng)電認(rèn)知對抗實現(xiàn)途徑

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

為了滿足認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)在網(wǎng)電空間內(nèi)實現(xiàn)的需求，圖2提出了一種適應(yīng)于戰(zhàn)場網(wǎng)電認(rèn)知的信息對抗平臺架構(gòu)，系統(tǒng)組成包括硬件資源、軟件資源及接口。

平臺底層總線提供硬件資源之間的數(shù)據(jù)傳輸能力，同時，支撐平臺測控、功能管理與資源調(diào)度的實現(xiàn)。軟硬件接口實現(xiàn)軟件資源與硬件資源的隔離與映射。應(yīng)用服務(wù)接口實現(xiàn)平臺功能模塊之間的連接與交互，向用戶提供基于模塊的功能管理與資源調(diào)度服務(wù)。

3.2 核心功能與關(guān)鍵技術(shù)

圍繞網(wǎng)電認(rèn)知對抗的閉環(huán)特征，平臺硬件資源與軟件組件必需具備的核心功能包括：

1）網(wǎng)電態(tài)勢實時感知與接入。實現(xiàn)電磁頻譜截獲與時域、頻域、空域分析，鏈路/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議識別，節(jié)點網(wǎng)絡(luò)屬性探測，報文截獲，信息挖掘，基于協(xié)議的鏈路/網(wǎng)絡(luò)接入，以及不同特征電磁信號和比特流的精確發(fā)送。

2）作戰(zhàn)效能評估與反饋。構(gòu)建網(wǎng)電對抗閉環(huán)的關(guān)鍵是依據(jù)對抗實施前后戰(zhàn)場綜合態(tài)勢的變化情況，實時評估對抗策略的有效性、攻擊執(zhí)行的隱蔽性。為了避免攻擊信號對態(tài)勢感知傳感器的影響，同時增強評估結(jié)果的可靠性，作戰(zhàn)效能評估可以采用分布式架構(gòu)實現(xiàn)，即攻擊平臺調(diào)度異地部署平臺的探測資源，感知戰(zhàn)場態(tài)勢，最終，融合多源感知信息，生成標(biāo)準(zhǔn)格式的態(tài)勢評估報文，反饋對抗閉環(huán)的執(zhí)行。

3）自主學(xué)習(xí)的動態(tài)知識庫。知識庫包括威脅描述、決策規(guī)則、攻擊樣本3個部分，通過預(yù)先給定的先驗知識和動態(tài)的學(xué)習(xí)、累積，提供目標(biāo)感知、識別、評估、預(yù)測以及任務(wù)決策、規(guī)劃的依據(jù)，而自主學(xué)習(xí)機制的引入，進(jìn)一步增強了對抗的自主性、攻擊的隱蔽性以及對未知類型目標(biāo)、具備認(rèn)知能力目標(biāo)的適應(yīng)性。

4）對抗動態(tài)決策。綜合態(tài)勢感知、效能評估以及知識庫信息，依據(jù)構(gòu)建的網(wǎng)電認(rèn)知對抗模型，在目標(biāo)感知、識別、評估、預(yù)測的基礎(chǔ)上，結(jié)合戰(zhàn)場信息對抗資源部署情況，快速決策，制定作戰(zhàn)任務(wù)，規(guī)劃資源分配，調(diào)度任務(wù)執(zhí)行，引導(dǎo)信息對抗有效執(zhí)行。

根據(jù)網(wǎng)電認(rèn)知對抗的核心功能需求，關(guān)鍵技術(shù)主要包括網(wǎng)電認(rèn)知對抗建模、學(xué)習(xí)與推理、對抗效能評估、作戰(zhàn)任務(wù)動態(tài)規(guī)劃、平臺功能管理與資源調(diào)度。

4 應(yīng)用前景

認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)電空間對抗的閉環(huán)，通過實時的態(tài)勢感知、效能評估、知識學(xué)習(xí)積累，自主做出決策，制定、優(yōu)化對抗策略，實現(xiàn)未知類型目標(biāo)、具備認(rèn)知能力目標(biāo)的對抗，同時增強攻防實施的實時性、有效性、隱蔽性。

結(jié)合平臺功能重構(gòu)技術(shù)和異構(gòu)互操作技術(shù)，認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)能夠根據(jù)動態(tài)任務(wù)規(guī)劃結(jié)果，快速調(diào)度戰(zhàn)場分布部署的各類信息對抗資源，實現(xiàn)配置資源優(yōu)化、高效的使用。

此外，認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)研究重點集中于建模與算法，研究成果主要通過軟件形式呈現(xiàn)，從而使得研究成果能夠便捷應(yīng)用于現(xiàn)有裝備，快速增強系統(tǒng)的綜合攻防能力。

與傳統(tǒng)電子戰(zhàn)相比，認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)具備的上述優(yōu)勢，更加適合未來網(wǎng)電空間內(nèi)的信息對抗，是一種具有巨大發(fā)展?jié)摿ΑV闊應(yīng)用前景的重要信息對抗技術(shù)。

5 結(jié)束語

網(wǎng)電空間涉及技術(shù)領(lǐng)域廣泛，信息組成要素與數(shù)量龐大，網(wǎng)電認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)研究必將是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。目前，無論網(wǎng)電對抗還是認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)研究，都還處于初級階段，網(wǎng)電認(rèn)知對抗建模、作戰(zhàn)效能評估等大量新技術(shù)，還有待通過多個學(xué)科的融合，進(jìn)行更為深入的研究。

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