認(rèn)知電子戰(zhàn)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(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、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)備必然對試驗設(shè)計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)想提前開展試驗方法研究，具有較強的現(xiàn)實指導(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間可自主預(yù)測、發(fā)現(xiàn)、識別和對抗任意威脅，因此具備作戰(zhàn)環(huán)境的實時學(xué)習(xí)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(yīng)的人機交互動態(tài)閉環(huán)系統(tǒng)，分為3個功能模塊：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)爭主動權(quán)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(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)研究項目，開發(fā)新型機器學(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)對抗研究項目，開發(fā)對未知雷達(dá)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(jìn)行自適應(yīng)認(rèn)知電子戰(zhàn)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(rèn)知電子戰(zhàn)項目才剛剛起步，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)知情報偵察

認(rèn)知情報偵察技術(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)建模以及信號偵察與識別；第二類是自適應(yīng)輻射源分選，用于對大量的分布于頻域、時域、空間域及能量域輻射源到達(dá)信號進(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的類型和參數(shù)動態(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)完成對動態(tài)電磁環(huán)境的描述，識別并快速認(rèn)知偵收信號的動態(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、信號形式復(fù)雜多變，對其實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)探索高實時性和適應(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參數(shù)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(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)化實現(xiàn)最優(yōu)的干擾效果。

4 認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備試驗方法分析

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(huán)境的動態(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)的資源分配和信號處理方式，例如根據(jù)信號頻譜分配的不均勻特征進(jìn)行頻譜資源動態(tài)調(diào)配、依據(jù)信號流密度和到達(dá)脈沖數(shù)目選擇復(fù)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(shè)置電磁環(huán)境態(tài)勢，不僅需要考慮傳統(tǒng)的信號部數(shù)、信號類型、脈沖密度等因素，還需考慮實際應(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)偵察機反應(yīng)時間、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，需要裝備增強信號環(huán)境分析和處理的自主性，根據(jù)信號信噪比情況靈活調(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)制識別算法處理考核

雷達(dá)對抗裝備對現(xiàn)代雷達(dá)信號處理算法中選取特征匹配的思路是對雷達(dá)信號脈內(nèi)調(diào)制識別，一般使用特征匹配、曲線擬合實現(xiàn)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(shù)庫中已有的信號類型進(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，同時采取評估措施對干擾效果進(jìn)行評估并更新先驗庫。

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間交替及信號能量的分配與轉(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)信號功率分配。

5.2 大功率信號環(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)制識別算法的考核試驗中，除了要求對認(rèn)知電子戰(zhàn)裝備的適應(yīng)信號密度、信號總數(shù)、信號類型等指標(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)雜信號脈內(nèi)識別等能力，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環(huán)境模擬器進(jìn)行靈活設(shè)置。大功率信號環(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，一定的單通道信號環(huán)境密度和動態(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)行試驗設(shè)計，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)和大功率信號環(huán)境模擬器等參試裝備建設(shè)進(jìn)行論證。

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