認知雷達對抗技術概述

朱耿尚等

摘 要：新型認知雷達的出現必將引起防御方的高度重視，關于如何發展有效對抗措施的研究應運而生。該文首先介紹了認知雷達的特點及其基本構成因素，并分析了認知雷達的出現對傳統電子戰帶來的挑戰。在此基礎上，指出對認知雷達的對抗必須將認知技術應用到電子戰系統中，從而實現認知電子戰。然后，討論了認知電子戰的組成及其基本特征，并對認知電子戰的關鍵技術進行分析，為針對認知雷達的對抗技術和認知電子戰的研究研究奠定基礎。

關鍵詞：認知 認知雷達 認知電子戰

中圖分類號：TN97 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0099-02

未來的戰爭和戰場環境對雷達系統提出了全新的要求，主要包括對復雜、動態的地理和電磁環境的適應性需求，多功能、多任務的軟件化認知調度和優化的需求，探測性能自適應提升的需求等。認知雷達可以有效提升雷達系統對上述需求的能力，代表了未來雷達的智能化發展趨勢。作為電子戰的主要作戰對象，認知雷達技術的發展必將對電子戰形成重大挑戰，同時也帶來發展機遇。

1 認知雷達概述

受蝙蝠回聲定位系統及認知過程的啟發，加拿大Simon Haykin教授于2006年提出了認知雷達系統概念[1]，認知雷達具有“感知”的能力，能夠通過對環境和感興趣目標信息的檢測、分析、學習和推理來自適應調整系統的接收和發射，并使用最適合的系統配置（包括頻率、信號形式、發射功率、信號處理方式等）來實現對目標有效、可靠且穩健的感知和跟蹤，從而大幅度提高雷達系統的性能。認知雷達可以有效提升雷達探測的能力，代表了未來雷達的智能化發展趨勢。

認知雷達包含3個基本構成因素：通過經驗對周圍電磁環境的持續學習、以智能的方式調整信號的發射、從接收機到發射機的反饋。通過經驗對周圍電磁環境的持續學習，其主要任務是通過與環境的不斷交互，獲得并提高雷達對環境的認知；接收機截獲雷達信號，經智能信息處理得到目標信息，然后將其反饋給發射機，使得發射機能夠自適應調整發射信號，以期望提高整機性能；除了自適應接收機外，認知雷達還應具有自適應發射的能力，這意味著發射機可以改變發射信號的調制波形以及極化和發射波束等其他的自由度，現代雷達中數字前端和有源電掃相控陣的出現已經極大促進了該功能的發展。

從根本上來說，認知雷達是指具有前所未有的發射-接收自適應性和發射波形多樣性的下一代雷達，同時具有智能的高性能嵌入式計算能力，能夠根據大量潛在信息源“智能”的適應環境。

2 認知雷達對傳統電子戰帶來的挑戰

認知雷達具有感知環境、自適應接收和發射以及能夠持續學習等特征，這些特征給傳統的電子戰帶來了巨大挑戰。

（1）認知雷達能夠根據雜波、目標、干擾以及大氣環境等自適應設計和調整發射波形：認知雷達采用LPI波形降低雷達峰值功率，需要偵察系統進一步提高靈敏度；認知雷達的波形調制出現更多難以描述的未知波形，對干擾機的目標識別和干擾確認帶來困難；雷達波形脈間或脈組參數捷變，對干擾機的分選識別和干擾引導帶來挑戰。

（2）認知雷達在接收端自適應調整信號處理和數據處理方法，以適應認知雷達在發射端自適應調制波形：為了提高干擾效率，實現精細化干擾，對抗系統需具備快速識別雷達波形，判斷雷達工作方式，自動生成干擾措施的能力。

（3）認知雷達為了實現發射自適應控制，廣泛采用數字陣列體制：認知雷達具有更低的發射副瓣，偵察系統需大幅提高偵察靈敏度；更低的接收副瓣，干擾系統需大幅提高干擾等效輻射功率；對干擾機方向自適應置零，干擾機需要針對性的干擾策略或進一步提高干擾等效輻射功率；根據目標的遠近、威脅程度以及空間分布，自適應選擇波束形狀、指向以及個數，對抗系統需綜合提高靈敏度、干擾功率以及干擾資源管理能力。

（4）認知雷達分布式、網絡化架構使得認知雷達能夠協同工作，組成認知雷達網，增加對抗難度：認知雷達組網要求對抗系統也能組網協同對抗，以達到網絡對網絡的體系對抗能力。

（5）認知雷達能夠綜合利用動態環境數據庫的多種先驗知識，準確和精確預測干擾出現的方式從而抑制干擾：對抗系統必須通過不斷感知周圍的環境更新決策數據庫，根據無源、有源探測信號和學習來的信息自動合成能夠有效打擊目標的對抗手段，優化干擾波形。

3 認知雷達對抗技術

傳統的射頻電子戰系統能夠識別固定頻譜工作的威脅系統，利用預先編程的對抗技術有效對抗預訂的威脅。但面對應用認知技術的雷達系統，電子戰必須從固定模式向自適應模式發展，突破傳統電子戰采用的預加載體制，采用認知電子戰技術，實現快速感知環境、自主學習、自適應對抗的方式，及時適應變化了的對抗目標，最終實現高效對抗。因此，為了應對日趨復雜的電磁環境以及形成與目標電子信息系統技戰術水平相應的對抗能力，研究認知電子戰技術、研制認知電子戰系統具有重要意義。

認知電子戰系統是指一種具有通過先驗知識以及自主交互學習來感知并改變周圍局部電磁環境能力的智能、動態的閉環系統，可在實時感知電磁環境的基礎上，高效自主調整干擾發射機與接收機以適應電磁環境的變化，提高干擾的快速反應能力與可靠性。認知電子戰的特點包括：感知環境、適應新威脅、避免自擾、波形多變、協同工作、自主確定干擾物理層/媒體接入控制（MAC）層/用戶層、具備學習能力、能描述實時動態頻譜知識、能感知并學習射頻特性與行為、能對威脅系統與環境進行推理，并動態、及時形成電子攻擊策略。

類似于認知雷達，認知電子戰采用基于動態知識庫的“感知→識別→決策→行動→感知”的閉環處理過程，具有感知環境、適應新威脅、避免自擾、波形多變、協同工作、多層攻擊（包括物理層、控制層、用戶層）、自主學習等能力，已期實現有效對抗多功能、多模式雷達和認知雷達的作戰效果[2]。

在認知電子戰中，感知環境、自主學習、自適應對抗循環往復，電子攻擊、電子防護和電子戰支援融合實施，雷達對抗、通信對抗和網絡對抗綜合應用。認知電子戰系統將采用協同、分布式、模塊化、開放式、軟件可重構的網絡使能、寬帶多譜架構，具備認知、自適應能力和搶先、主動效應。

認知電子戰系統是一個包含了3個功能模塊的閉環系統，它們分別是認知偵察模塊、對抗措施合成模塊、對抗效果評估模 塊[3-6]。認知偵察模塊接收到信號后，在與其周圍電磁環境交互的基礎上，認知信號處理采用威脅學習技術和特征學習技術將該信號分類，通過自適應信號處理算法分析出該信號的特征，并將特征信息傳給對抗措施合成模塊和對抗效果評估模塊。對抗措施合成模塊根據認知偵察結果及學習信息進行攻擊策略搜索，推論對抗場景下最佳攻擊策略，同時優化干擾波形，自適應分配干擾資源。干擾效果評估模塊實時接收認知偵察模塊的探測信息，進行干擾效能評估，并推斷威脅目標的真實性。同時根據干擾效能優化制定有針對性的電子攻擊方法，優化干擾參數與干擾波形。動態知識庫為上述3個功能模塊提供對應的環境、目標、資源策略等先驗知識，并根據反饋信息進行動態更新。

4 認知電子戰關鍵技術

認知電子戰研究的主要目的是提供一個具有閉環的、智能的電子戰系統，即能實時反饋和利用動態威脅環境中的情報信息以使電子戰效能最優。其主要關鍵技術有。

4.1 新型/未知雷達偵察分析和威脅判斷技術

只有對未知雷達信號的快速截獲和分選、分析該信號特征并分析威脅雷達信號來確定雷達的功能和意圖，才能推斷出對抗場景下的最佳干擾策略從而優化干擾波形，達到快速而有效地對抗。主要研究內容包括：研究自適應信號檢測技術將威脅信號的特征分析出來；研究自適應學習算法使未知環境中出現的威脅進行學習積累，從而為有效干擾提供不斷更新的認知信息。

4.2 針對認知雷達的自適應干擾技術

認知雷達的復雜性以及靈活性極大的增強了其抗干擾能力，電子戰系統必須突破傳統的干擾技術，采取智能的、高度自適應的干擾技術才能實現對認知雷達的干擾。主要研究內容包括：快速干擾引導技術，優化干擾資源分配和對抗序列制定，實現高效干擾；研究新型干擾樣式，快速地確定適當的行動順序以取得對威脅雷達的理想對抗效果；研究寬帶軟件定義干擾激勵源技術和寬帶干擾波束快速產生技術，為認知電子戰的快速靈活干擾奠定技術基礎。

4.3 干擾效能評估技術

由于不可能從威脅雷達處直接觀測到對抗效果，需要找到創新性的措施對效果進行評估。包括通過確定威脅雷達波束瞄準角、重訪率、帶寬的變化，以及雷達采用的ECCM模式等來評估對抗的效果。主要研究干擾效果評估方法和技術，實現對認知雷達干擾效能的定量評估，確定雷達采用的抗干擾模式，為智能干擾決策提供依據。

4.4 動態知識庫技術

動態知識庫是認知電子戰區別于傳統電子對抗的主要模塊，也是認知電子戰系統中其他功能模塊高效實現認知能力的有力支撐。主要研究動態知識庫的構建、使用、更新策略以及認知信息推理等，合理利用學習到的知識，從而有效提升電子對抗裝備的認知水平和作戰效能。

4.5 認知電子戰網絡技術

采用分布網絡式運作體系的認知電子戰網絡相當于多個認知電子戰裝備個體的有機組合，通過個體之間相互之間的情報共享下統一調配資源等方式組網。相對于單一獨立的電子戰裝備，認知電子戰網絡具有認知范圍大、準確性高、時效性強等特點，極大的增強了對抗系統的偵察與干擾能力。主要研究內容包括：分布式協同傳感技術、時間同步和信號相參技術等。

5 結語

認知雷達的出現極大的提高了雷達系統的性能，但同時也對電子戰帶來了巨大的挑戰，只有將認知技術應用到電子戰系統中才能實現對認知雷達的有效對抗。隨著戰場環境的不斷變化、新型雷達的不斷出現，認知能力將是未來電子戰系統中的重要組成部分，認知電子戰將成為未來發展的重要方向。研究認識電子戰、突破相關關鍵技術對電子戰的發展有著重要意義。

參考文獻

[1] Haykin S.Cognitive radar：a way of the future[J].IEEE Signal Processing Magazine，2006，23（1）： 30-40.

[2] 王燕，朱松.認知電子戰——電子戰發展新方向[J].2012年度電子對抗資料情報工作會議論文集，2012（12）：65-73.

[3] 倪叢云，黃華.認知電子戰系統組成及其關鍵技術研究[J].艦船電子對抗，2013，36（3）：32-35.

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[6] 林志遠，戴國憲.未來電子戰技術[J].雷達與對抗，2003（2）：45-48.