無人機群組認知電子戰概述及關鍵技術*

邢強，賈鑫，朱衛綱，張維坤

(1.裝備學院 光電裝備系，北京 101416；2.中國人民解放軍31436部隊，遼寧 沈陽 110001)

0 引言

隨著科技的進步與電子信息技術的發展，電子信息裝備在戰場大量使用，當前電磁環境變得日益復雜，常規電子戰的作戰效能下降，其主要面臨的主要問題有：電磁環境越來越復雜，對情報的偵察、獲取及分析提出挑戰；電子技術的發展，使得電子裝備趨于智能化，其抗干擾能力越來越強，干擾手段也亟需改進與提升；對于新威脅，傳統干擾方式合成實時性不夠；非合作情況下，干擾方無法獲取被干擾方的干擾效果；目前并沒有針對組網裝備協同作戰的良好干擾措施，等等[1]。在此背景下，認知電子戰(cognitive electronic warfare，CEW)應運而生并迅速發展[2]，這是認知與現代電子相結合的產物。

同時，為改變現有軍力投射困境，開發低成本、低風險、高效率裝備，在拒止環境中與反介入系統時，增強無人機自主執行任務的能力，美軍已經著手研究無人機(unmanned aerial vehicle，UAV)蜂群技術，該技術將催生新的作戰指揮平臺，并有望改變未來戰爭模式。

因此，以無人機蜂群為作戰指揮平臺，搭載認知電子戰系統，執行偵察、打擊以及效果評估等電子戰任務，形成智能閉環系統，不僅降低軍力投射成本，減免飛行員傷亡風險，增強了拒止環境與反介入系統中無人機自主執行任務的能力，還解決了常規電子戰不能解決的問題?？梢灶A言，無人機群組認知電子戰是未來電子戰的發展模式。

1 認知電子戰

認知在心理學中指的是通過形成概念、知覺、判斷或想象等心理活動，來獲取知識的過程。在自然科學方面，Mitola博士最早將認知一次應用于無線電領域，于1999年提出認知無線電[3]，認知無線電起源于軟件無線電，旨在不斷感知周圍無線電環境，依據一定的學習決策算法，自適應的改變通信系統的發射功率，信號參數，實時進行高效通信，提高頻譜利用率。隨后，Simon Haykin教授于2006年提出認知雷達概念[4]，并拓展到認知雷達網，提高雷達的檢測、抗干擾等能力。電子戰中有抗干擾就有干擾，隨著電子裝備智能性與抗干擾能力的增強，針對電子裝備干擾技術的研究也快速發展，美國最早開始認知電子戰方面的研究，并開展了一系列項目，如表 1所示。

其中BLADE與ARC項目進展迅速，2016年6月2日，在機載測試中，DARPA與洛克希德·馬丁公司共同演示了BLADE項目的機載通信干擾技術。2016年11月4日，BAE系統公司宣布已經獲得DARPA授出的合同[5]，繼續為DARPA研制“自適應雷達對抗”(ARC)系統，幫助機載電子戰系統對抗新的未知的自適應雷達。

目前來講，認知電子戰無明確定義，大家普遍認可的認知電子戰內涵是：具備快速自主態勢感知，通過學習，自主合成對抗策略以及對作戰效能實時評估與反饋的電子戰系統。認知電子戰的架構如圖 1所示[6]。

認知電子戰與傳統電子戰的區別如表2所示。

從表2中可看出，認知電子戰與傳統電子戰相比具有明顯的特點，主要包括以下幾個方面：

(1) 認知電子戰具備實時精確的態勢感知，以及對環境、目標記憶和學習的能力。

(2) 認知電子戰能夠通過分析周圍環境合成并優化干擾策略[9]。

(3) 認知電子戰能夠依據對外界環境的探測、分析，評估干擾效果。

(4) 認知電子戰能夠形成閉環反饋，根據評估反饋結果，自動調整干擾樣式和參數。

(5) 能有效對抗認知系統或網絡。

表1 認知電子戰主要項目列表Table 1 List of major programs of cognitive electronic warfare

圖1 認知電子戰架構Fig.1 CEW architecture

傳統電子戰認知電子戰功能單一同時對抗多種類型威脅及組網裝備限于單節點或專用平臺可分布式、網絡化或單平臺反饋能力弱閉環回路，具有反饋信息環境感知能力差實時動態感知周圍環境按事先編程實施智能自主決策不在頻段內無法工作根據周圍環境，調整工作頻段

2 無人機群組作戰指揮平臺

自然界中，蜜蜂在受到攻擊時，就會全部出動，依靠自身數量多、體積小、飛行靈活等優勢群起而攻之，在此情況下，就算是皮糙肉厚的動物也只能逃之夭夭。在軍費投射困難、拒止環境以及反介入系統的限制下[11]，美軍正是利用自然界蜜蜂的這一特點，仿生開展了對無人機蜂群技術的研究。

無人機蜂群技術是指具有自主能力的無人機通過自主或人為控制，無人機之間進行組網、通信、數據共享，在發射或投放出去后能自主編隊，集中到一起，互相配合，完成對區域目標的電子戰任務命令。該項技術包含不同作戰樣式：可搭載不同類型電子戰裝備與傳感器，通過資源合理配置，完成對大范圍區域目標的偵察、探測與跟蹤；釋放假目標，欺騙敵防空指揮系統，誘騙敵方雷達開機，從而對其定位，掌握其防空部署或摧毀敵雷達；對敵飽和攻擊，掩蓋己方實際作戰實力，耗費敵防空作戰資源，為后續打擊奠定基礎。

無人機作戰指揮平臺是仿生自然界中蜜蜂群居以及受到攻擊時群起而攻之的特性而提出的，該項技術結合了無人機的技術優勢與蜂群群居的優勢，主要體現在：

(1) 無人機群組作戰指揮平臺解放了人力，避免了飛行員的傷亡。

(2) 無人機群組作戰指揮平臺采用體積小、成本低，靈活性好的無人機，降低了作戰的成本。

(3) 無人機群組為作戰平臺，可搭載不同電子戰系統，催生了新的作戰模式。

(4) 分布式的無人機群組作戰指揮平臺，可以實現相互通信，數據共享，相互配合，并非群組內只有一個指揮中心，在被摧毀后就無法繼續作戰，因此到達了去中心化的目的，降低系統被破壞的敏感性。

(5) 單個無人機不會對敵造成嚴重的威脅，但無人機群組能利用數量優勢，產生驚人的力量，給敵方造成威脅。

然而，有優勢就有不足，無人機群組作戰指揮平臺并非完美無缺的，同時也存在一些不足，主要體現在：

(1) 無人機飛行速度慢，最快可達250 km/h，飛行速度慢容易成為戰斗機靶標，也給予防空作戰指揮系統以更多的反應時間。

(2) 無人機航程短，雖然現在技術快速發展，但小型無人機本身的體積小，所攜帶燃料少，而電動無人機的續航能力則比油動的更弱，因此其作戰半徑小，增加了發射無人機平臺被戰斗機打擊的風險。

(3) 制空能力弱，相比于戰斗機，無人機靠軟件控制，在可以預見的未來，無人機還不是戰斗機的對手。

目前，無人機蜂群技術快速發展，主要項目介紹如表3所示。

3 無人機群組認知電子戰概述及關鍵技術

3.1 無人機群組認知電子戰概述

目前，關于該方向研究的公開文獻鳳毛麟角，2016年，蘇抗等人發表文章，提出基于認知云的無人機群組信息對抗系統[17]，突破了傳統電子戰的模式，文中通過云計算網，融合無人機群感知結果，形成總體態勢感知，再制定干擾策略，調度無人機實施攻擊。該方法的認知云計算中心被摧毀后，無人機群組就無法繼續執行任務；若為防護云計算中心，使云計算中心在距離較遠的后方，則無人機群組與云計算中心的實時可靠通信可能無法保障，在拒止環境與反介入系統中，無人機群組與云計算中心的通信會被打斷。

表3 無人機蜂群作戰技術主要項目列表Table 3 List of main programs of UAV bee colony warfare technology

在人工智能與電子戰技術快速發展的今天，智能化的電子戰裝備無疑是電子戰裝備發展的趨勢。近年來，追求成本低，靈活性好，具有數量規模優勢以及能夠避免飛行員傷亡的無人機蜂群技術也快速發展，且認知電子戰技術與無人機蜂群技術都分別進行了原理樣機與投放實驗，且2016年，無人機載電子干擾系統綜合微波組件、“光矛”無人機載干擾機、先進雷達檢測系統(ARDS)等系統均取得不同程度進展。因此，本文提出基于無人群組平臺的認知電子戰系統，這在理論上是可行的。

無人機群組認知電子戰是無人機蜂群技術與認知電子戰技術相結合的產物，其基本思想是以無人機群組為作戰指揮平臺，搭載認知電子戰系統，在無人機群組發射或投放出后，實現自行編隊，分布式組網，對某區域或某區域內的目標，執行認知電子戰任務。其基本架構如圖2所示。

圖2 無人機群組認知電子戰架構Fig.2 UAV group CEW architecture

無人機群組認知電子戰改變了傳統電子戰作戰模式單一的特點，催生了新的作戰模式，其主要特點有：

(1) 能夠感知環境結果，針對同一區域不同目標分別實施不同的認知對抗策略，即同時對抗多種類型的威脅。

(2) 其分布式的網絡化結構，大大增強了無人機群組認知電子戰系統的抗摧毀性，其中一架無人機被摧毀后，并不影響編隊中其他無人機繼續執行任務。

(3) 拒止環境與反介入系統中，無人機群組與認知電子戰系統均可形成閉環系統，通過數據共享、智能學習后自主決策，提高系統的工作能力。

3.2 無人機群組認知電子戰關鍵技術

在研究無人機群組認知電子戰的過程中，涉及的關鍵技術主要有：

(1) 無人機群組編隊技術

無人機群組在投放或發射后要自主編隊，即有效安全的自組織網絡，自組織網絡應遵循以下原則：便于快速實現無人機群組間的數據共享，結構便于信息傳輸；眾多無人機之間的能協調與配合；無人機群組間應避免發生相互干擾。

(2) 認知電子戰技術

認知電子戰技術設計的主要模塊有：認知偵察模塊、對抗措施合成模塊、干擾效果在線評估模塊以及知識庫的構建模塊。認知偵察模塊主要是對周圍環境感知，對目標狀態、行為等進行識別，威脅等級評估；對抗措施合成模塊包括干擾樣式選擇、干擾波形優化、干擾資源調度干擾；干擾效果在線評估模塊研究干擾效果的評估流程、指標體系等；知識庫的模塊包括動態威脅庫、干擾規則庫的組成、結構及更新。

(3) 人機交互技術

雖然高技術已經廣泛應用于電子裝備，無人機群組認知電子戰系統趨于智能化，人依然是決定戰爭勝負的因素，加之無人機遠程控制難度大，如何實現無人機與空中指揮機的有效信息溝通，即人機交互技術，也是研究的重點之一。

4 結束語

近年來，美國開展了多項關于認知電子戰與無人機蜂群技術項目的研究，無人機群組認知電子戰技術結合兩者的優勢，即降低了電子戰裝備的成本，減免人員傷亡，又能自主感知周圍環境，自主生成對抗決策并進行評估，因此，該項技術催生了新的作戰模式，可以預見，該項技術在不就的將來將應用于航天、智能組網裝備等高技術領域中，這是是電子戰發展的趨勢，但從提出到裝備研制成功還有很長的路要走。

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