無線電引信認(rèn)知抗干擾模型及關(guān)鍵技術(shù)綜述

李劍鋒，代 健，郝新紅，陳秀梅，于洪海

(1. 北京理工大學(xué)機(jī)電動(dòng)態(tài)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081； 2. 解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)，陜西 西安 710600)

0 引言

無線電引信能夠通過電磁波感知環(huán)境及目標(biāo)信息并在距目標(biāo)最佳炸點(diǎn)處起爆戰(zhàn)斗部，從而有效打擊空中和地面目標(biāo)，是武器系統(tǒng)的重要組成部分，其能否有效作用于目標(biāo)直接影響到武器系統(tǒng)的毀傷效能[1-5]。隨著電子干擾設(shè)備智能化、集成化的發(fā)展，戰(zhàn)場上出現(xiàn)的電磁干擾樣式與功率逐漸增加，戰(zhàn)場電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，給無線電引信帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。根據(jù)GJB 6520—2008戰(zhàn)場電磁環(huán)境分類與分級(jí)方法，無線電引信處于中度或重度復(fù)雜電磁環(huán)境中[6-9]。在復(fù)雜戰(zhàn)場電磁環(huán)境下，引信可能同時(shí)面臨多種電磁干擾的威脅。

自無線電引信出現(xiàn)開始，無線電引信干擾技術(shù)就隨之出現(xiàn)了。按產(chǎn)生來源的不同，無線電引信面臨的干擾可分為有源干擾和無源干擾。無源干擾本身不主動(dòng)產(chǎn)生電磁波，而是通過反射引信信號(hào)從而達(dá)到干擾引信的效果，最常用的人為無源干擾是箔條干擾[10-11]。有源干擾是指干擾機(jī)主動(dòng)向外輻射電磁能量的一類干擾，其目的是削弱敵方作戰(zhàn)效能[12-13]。有源干擾按照對(duì)引信作用功率和效應(yīng)不同可進(jìn)一步分為能量型干擾和信息型干擾，其中信息型干擾由于具備使用成本較低、干擾效果好等優(yōu)勢，受到了世界各國的青睞。近年來，隨著直接數(shù)字頻率合成(DDS)精確頻率引導(dǎo)技術(shù)和數(shù)字射頻存儲(chǔ)(DRFM)技術(shù)的發(fā)展[14-15]，引信干擾機(jī)可以在極短的時(shí)間內(nèi)完成從欺騙式到壓制式的干擾形式變化，若干擾機(jī)在上一個(gè)工作周期處于欺騙式干擾狀態(tài)，下一個(gè)周期完全可能處于壓制式干擾狀態(tài)，使戰(zhàn)場電磁環(huán)境呈現(xiàn)出復(fù)雜多變的狀況，如果不能緊跟這些變化，引信就難以有效抵抗干擾。因此，引信在客觀上需要對(duì)干擾、環(huán)境和目標(biāo)進(jìn)行認(rèn)知，及時(shí)對(duì)抗干擾策略和資源做出針對(duì)性調(diào)整，從而有效提高自身抗干擾性能。

傳統(tǒng)無線電引信設(shè)計(jì)主要基于簡單場景的理想環(huán)境假設(shè)，采用的抗干擾手段缺乏對(duì)電磁環(huán)境的感知與優(yōu)化處理，面對(duì)復(fù)雜多變的戰(zhàn)場電磁干擾環(huán)境，探測與作用能力往往被嚴(yán)重削弱[16-22]。因此，為了提高無線電引信抗干擾手段對(duì)環(huán)境與干擾類型的適應(yīng)性，需要加強(qiáng)引信對(duì)環(huán)境與干擾類型的認(rèn)知能力，建立抗干擾處理輸出與輸入之間的反饋機(jī)制，自適應(yīng)優(yōu)化與調(diào)整抗干擾資源參數(shù)，從而提高無線電引信在復(fù)雜多變戰(zhàn)場電磁環(huán)境下的適應(yīng)能力與生存能力，為我國無線電引信抗干擾技術(shù)的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。

對(duì)認(rèn)知電子對(duì)抗技術(shù)的研究，國內(nèi)和國外起步時(shí)間較為接近。2012年，美國國防部高級(jí)計(jì)劃研究局(DARPA)啟動(dòng)了一項(xiàng)名為“自適應(yīng)雷達(dá)對(duì)抗(ARC)”的項(xiàng)目[23-25]，旨在研發(fā)能夠?qū)挂阎蛘呶粗{源能力的雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)，其核心是對(duì)信號(hào)進(jìn)行分選識(shí)別并根據(jù)評(píng)價(jià)與判斷結(jié)果進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。對(duì)于通信對(duì)抗，美國開展了“行為學(xué)習(xí)自適應(yīng)電子戰(zhàn)(BLADE)”項(xiàng)目研究工作，其目的是開發(fā)一套具備認(rèn)知能力的智能通信對(duì)抗系統(tǒng)，能夠在實(shí)際戰(zhàn)場中自主學(xué)習(xí)并優(yōu)化系統(tǒng)資源，自適應(yīng)對(duì)抗無線通信威脅。國內(nèi)一些學(xué)者也開展了部分認(rèn)知電子對(duì)抗領(lǐng)域的研究，文獻(xiàn)[26—27]研究利用矢量和粒子群優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成輻射源信號(hào)自適應(yīng)識(shí)別問題；文獻(xiàn)[28]利用無監(jiān)督聚類學(xué)習(xí)對(duì)缺乏先驗(yàn)知識(shí)的輻射源信號(hào)進(jìn)行分選識(shí)別，成功完成對(duì)未知威脅的感知與適應(yīng)；文獻(xiàn)[29]從雷達(dá)可見度圖中提取平均度、平均聚類系數(shù)等特征，并選用隨機(jī)森林分類器對(duì)主動(dòng)干擾和目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別概率超90%。此類方法具有高效、復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也同樣存在，即對(duì)與目標(biāo)相關(guān)性較強(qiáng)的干擾信號(hào)識(shí)別率不足，抗干擾效果不理想。

無線電引信認(rèn)知抗干擾技術(shù)是認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)在引信抗干擾設(shè)計(jì)上的發(fā)展與應(yīng)用，能夠有效地提高引信對(duì)抗復(fù)雜電磁環(huán)境威脅的能力?；谡J(rèn)知原理的無線電引信抗干擾關(guān)鍵技術(shù)主要包括波形設(shè)計(jì)和信號(hào)分選識(shí)別等。在波形設(shè)計(jì)方面，采用任意相位調(diào)制的脈沖波形編碼技術(shù)得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視和研究。文獻(xiàn)[30]提出了一種Brijin正交編碼序列，由于干擾信號(hào)與發(fā)射信號(hào)不相干，因而通過對(duì)脈沖序列正交編碼完成對(duì)干擾的有效抑制；文獻(xiàn)[31]提出一種多樣性脈沖波形，通過改變每個(gè)脈沖波形內(nèi)的線性調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制頻率，使每個(gè)周期的發(fā)射信號(hào)波形相互正交，從而有效對(duì)抗干擾的威脅；美國新奧爾良大學(xué)的學(xué)者提出用退火算法和隨機(jī)優(yōu)化算法來獲得雷達(dá)脈沖序列波形的最優(yōu)解，但隨著序列長度的增加，其算法的復(fù)雜度急劇上升，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性[32-34]。文獻(xiàn)[35—36]基于Logistic 混沌序列設(shè)計(jì)了一種加密的無線電引信發(fā)射信號(hào)波形，利用混沌序列初值敏感性與良好的自相關(guān)性實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)與干擾信號(hào)的有效識(shí)別。

對(duì)于信號(hào)的分選識(shí)別，一種典型的思路是通過分析目標(biāo)信號(hào)與干擾特征差異，建立目標(biāo)與干擾信號(hào)特征空間，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)信號(hào)特征進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，從而完成對(duì)信號(hào)的分類識(shí)別。文獻(xiàn)[37—39]對(duì)脈沖多普勒引信距離門輸出信號(hào)進(jìn)行分析，提取了包括信號(hào)頻域熵在內(nèi)的多維特征，并在支持向量機(jī)(SVM)和模糊C均值(FCM)算法中進(jìn)行訓(xùn)練和分類，同時(shí)根據(jù)環(huán)境信噪比變化對(duì)分類模型進(jìn)行自適應(yīng)更新，但對(duì)于轉(zhuǎn)發(fā)式干擾效果不理想。文獻(xiàn)[40—41]對(duì)引信檢波信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，并根據(jù)其頻譜局部峰值點(diǎn)比值差異對(duì)目標(biāo)和干擾進(jìn)行區(qū)分，但此方法僅對(duì)掃頻式干擾有效，對(duì)其他類型干擾效果較差；文獻(xiàn)[42]提取了引信混頻后輸出信號(hào)奇異譜熵，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)和干擾的有效區(qū)分；文獻(xiàn)[43—44]對(duì)雷達(dá)目標(biāo)與干擾識(shí)別問題進(jìn)行了研究，其中文獻(xiàn)[43]從雷達(dá)可見度圖中提取平均度、平均聚類系數(shù)等特征，并選用隨機(jī)森林分類器對(duì)主動(dòng)干擾和目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別概率超90%。此類方法具有高效、復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也同樣存在，即對(duì)與目標(biāo)相關(guān)性較強(qiáng)的干擾信號(hào)識(shí)別率不足，抗干擾效果不理想。

美國在2016年引信年會(huì)提出的具有專門抗干擾措施與干擾信號(hào)識(shí)別能力的下一代炮兵無線電引信，其突出特征是通過新的信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)背景、干擾和目標(biāo)信息的分類，以提高探測和抗干擾性能，而這也正是認(rèn)知技術(shù)在引信信號(hào)處理應(yīng)用的體現(xiàn)。國內(nèi)目前雖然對(duì)基于認(rèn)知原理的電子抗干擾技術(shù)取得了一定的研究成果，但相較國外而言，國內(nèi)的研究工作更多針對(duì)的是某一特定技術(shù)模塊，研究缺乏整體性和系統(tǒng)性，尤其是在無線電引信認(rèn)知抗干擾方法方面研究較為缺乏，總體水平與國外仍存在較大差距。

基于此，在認(rèn)知原理基礎(chǔ)上，根據(jù)無線電引信工作特點(diǎn)，系統(tǒng)、深入地研究無線電引信認(rèn)知抗干擾理論，建立無線電引信認(rèn)知抗干擾理論模型，包括信號(hào)感知、自適應(yīng)優(yōu)化、抗干擾效能評(píng)估及動(dòng)態(tài)抗干擾策略調(diào)度和動(dòng)態(tài)知識(shí)庫共4個(gè)模塊，在線下對(duì)樣本進(jìn)行訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，在線識(shí)別階段，利用學(xué)習(xí)完成的決策模型對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分類決策，從而能夠在提高認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)環(huán)境、目標(biāo)以及干擾特征變化并自適應(yīng)優(yōu)化抗干擾參數(shù)和策略，實(shí)現(xiàn)引信抗干擾效能最優(yōu)化。

1 認(rèn)知電子對(duì)抗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

認(rèn)知最初是指人對(duì)知識(shí)獲取及應(yīng)用的過程，也是人體通過感官對(duì)外界事物進(jìn)行處理和加工的過程，美國國立精神衛(wèi)生研究院給出的定義是：認(rèn)知是人們認(rèn)知其所處環(huán)境的有意識(shí)的心理活動(dòng)[45]。人類的認(rèn)知行為包括：感覺、思考、判斷、記憶等。隨著時(shí)代的發(fā)展，認(rèn)知的內(nèi)涵和應(yīng)用也在不斷完善和豐富，在智能化、網(wǎng)絡(luò)化電子技術(shù)和設(shè)備的推動(dòng)下，“人工智能”技術(shù)將認(rèn)知與計(jì)算機(jī)結(jié)合，賦予電子設(shè)備新的生命，認(rèn)知電子對(duì)抗技術(shù)便是在這樣的環(huán)境下誕生的。

典型的分層認(rèn)知系統(tǒng)模型如圖1所示，包括三個(gè)層次：反應(yīng)性推理過程、協(xié)商性推理過程和思考性推理過程。

圖1 典型分層認(rèn)知系統(tǒng)模型Fig.1 Model of typical hierarchical cognitive system

反應(yīng)性推理過程是指通過單次學(xué)習(xí)行為就能快速執(zhí)行的簡單行為過程；協(xié)商性推理過程是指需要學(xué)習(xí)更多知識(shí)，進(jìn)行更復(fù)雜處理才能解決的復(fù)雜行為過程；思考性推理過程是指對(duì)系統(tǒng)給出的解決方案進(jìn)行推理的過程?？傊?，一個(gè)完整的認(rèn)知系統(tǒng)應(yīng)包含以下四個(gè)部分：

1) 環(huán)境感知：認(rèn)知系統(tǒng)需要具備從環(huán)境中快速獲取需要的信息的能力；

2) 學(xué)習(xí)推理，能夠?qū)Νh(huán)境信息變化進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并根據(jù)學(xué)習(xí)結(jié)果自適應(yīng)調(diào)整相應(yīng)措施；

3) 評(píng)價(jià)決策：能夠?qū)ψ赃m應(yīng)調(diào)整結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估并反饋，從而對(duì)學(xué)習(xí)和推理以及自適應(yīng)策略進(jìn)行調(diào)整；

4) 存儲(chǔ)記憶：認(rèn)知系統(tǒng)需要對(duì)環(huán)境感知、學(xué)習(xí)推理和評(píng)價(jià)決策的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)記憶，為后續(xù)快速推理和決策提供支持。

“感知-識(shí)別-決策-行動(dòng)”環(huán)模型便是在認(rèn)知原理的基礎(chǔ)上建立的，1987年，美國空軍上校John Boyd首次提出了”感知-識(shí)別-決策-行動(dòng)”環(huán)模型，其基本思想是作戰(zhàn)雙方均需要完成觀察(Observe)、判斷(Orient)、決策(Decide)、行動(dòng)(Act)的循環(huán)程序，并且完成的質(zhì)量越高、速度越快，就越可能在對(duì)戰(zhàn)中取得有利地位[46]?！备兄?識(shí)別-決策-行動(dòng)”環(huán)模型如圖2所示。

圖2 “感知-識(shí)別-決策-行動(dòng)”環(huán)模型Fig.2 “Observe-Orientation-Decision-Action” loop model

在“感知-識(shí)別-決策-行動(dòng)”環(huán)模型中，第一個(gè)“O”表示通過偵察設(shè)備感知外界環(huán)境信息，包括目標(biāo)信號(hào)的頻率、功率、方位等；第二個(gè)“O”表示對(duì)偵察設(shè)備感知的外界信息進(jìn)行充分學(xué)習(xí)，并對(duì)戰(zhàn)場電磁態(tài)勢進(jìn)行判斷與評(píng)估；“D”表示根據(jù)判斷與評(píng)估結(jié)果進(jìn)行決策；“A”表示根據(jù)決策結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)措施。”感知-識(shí)別-決策-行動(dòng)”環(huán)模型是在實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)上總結(jié)提煉的模型，掌握”感知-識(shí)別-決策-行動(dòng)”環(huán)能夠根據(jù)外界環(huán)境快速調(diào)整行動(dòng)策略，從而及時(shí)做出最優(yōu)決策。

認(rèn)知電子對(duì)抗技術(shù)是認(rèn)知原理和”感知-識(shí)別-決策-行動(dòng)”環(huán)模型在電子對(duì)抗領(lǐng)域的最新應(yīng)用。雖然目前還沒有關(guān)于認(rèn)知電子對(duì)抗的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)定義，但其應(yīng)具備的基本能力和內(nèi)容是顯而易見的，即能夠通過先驗(yàn)知識(shí)以及自主學(xué)習(xí)來感知環(huán)境及威脅信息，并自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)及對(duì)抗策略的閉環(huán)系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)具備完整“感知-識(shí)別-決策-行動(dòng)”循環(huán)的認(rèn)知電子對(duì)抗系統(tǒng)而言，應(yīng)該包含4部分功能[47-48]：認(rèn)知偵察功能、自適應(yīng)優(yōu)化功能、在線評(píng)估和策略調(diào)整功能以及動(dòng)態(tài)知識(shí)存儲(chǔ)功能，其組成框圖如圖3所示。

圖3 認(rèn)知電子對(duì)抗系統(tǒng)組成框圖Fig.3 Block diagram of cognitive electronic countermeasure system

相比于傳統(tǒng)電子對(duì)抗系統(tǒng)，閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)和智能是認(rèn)知對(duì)抗系統(tǒng)獨(dú)有的特性，也是支撐其認(rèn)知對(duì)抗功能的核心。認(rèn)知電子對(duì)抗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從信息感知到行及再感知的循環(huán)過程，當(dāng)環(huán)境信息發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)會(huì)感知環(huán)境的變化并調(diào)整相應(yīng)的對(duì)抗措施，由于閉環(huán)反饋機(jī)制的引入，系統(tǒng)會(huì)對(duì)對(duì)抗效果進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測與評(píng)估，并且判斷系統(tǒng)當(dāng)前對(duì)抗措施是否最優(yōu)，從而對(duì)當(dāng)前的對(duì)抗策略進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化。認(rèn)知電子對(duì)抗技術(shù)的智能反映在感知、策略選擇、決策等各個(gè)環(huán)節(jié)，其本質(zhì)在于系統(tǒng)能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境信息，并根據(jù)環(huán)境信息的變化調(diào)整對(duì)抗策略，選擇最優(yōu)化波形和參數(shù)。

2 無線電引信認(rèn)知抗干擾模型

2.1 無線電引信工作特性分析

無線電引信一般由發(fā)火控制系統(tǒng)、爆炸序列、安全系統(tǒng)和能源裝置4個(gè)部分組成[1-2]，其原理框圖如圖4所示。

圖4 無線電引信原理框圖Fig.4 The processing digram of radio fuze

相較于常規(guī)認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)，無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)存在以下特點(diǎn)：

1) 因?yàn)闊o線電引信工作在高速彈載平臺(tái)，考慮到實(shí)際彈目交會(huì)速度，引信輸出有效目標(biāo)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間可能僅為毫秒級(jí)，因此其信號(hào)處理電路需要有極高的實(shí)時(shí)性，要求其認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)能夠快速識(shí)別目標(biāo)與干擾信號(hào)。

2) 由于引信工作任務(wù)的特殊性，為了保障引信安全與作用可靠性，其工作時(shí)間通常不到數(shù)秒，因此可用于感知并學(xué)習(xí)的信號(hào)時(shí)長較短，這就要求無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)能夠在樣本有限的情況下進(jìn)行高效的學(xué)習(xí)。

3) 在無線電引信工作過程中，其所處環(huán)境和接收信噪比等因素會(huì)發(fā)生變化，因此其認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)參數(shù)需要根據(jù)接收信號(hào)的變化，在短時(shí)間內(nèi)完成快速自適應(yīng)與優(yōu)化，從而保持良好的抗干擾效果。

4) 由于引信適配在彈體上，空間受彈體型號(hào)、樣式等限制，軟硬件資源有限，無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)需要降低復(fù)雜度以減少對(duì)平臺(tái)資源的占用量。

2.2 無線電引信信息型干擾環(huán)境分析

信息型干擾具有干擾功率較小、運(yùn)行成本較低等優(yōu)點(diǎn)，是無線電引信電磁干擾環(huán)境的關(guān)鍵組成部分，也是長期以來無線電引信干擾的主要形式。一旦引信受到干擾，容易出現(xiàn)誤啟動(dòng)狀況，進(jìn)而嚴(yán)重降低彈藥武器系統(tǒng)毀傷效能。因此，分析無線電引信面臨的信息型干擾環(huán)境，是研究無線電引信認(rèn)知抗干擾技術(shù)的前提，只有明晰干擾環(huán)境，才能制定針對(duì)性的抗干擾策略。

以對(duì)地目標(biāo)和地面干擾機(jī)為例，引信、目標(biāo)、干擾的空間作用關(guān)系如圖5所示。

圖5 干擾機(jī)、引信及目標(biāo)空間作用關(guān)系Fig.5 Spatial interaction between jammer, fuze and target

無線電引信面臨的信息型干擾主要分為壓制式干擾和欺騙式干擾[1-4]。壓制式干擾通過用噪聲或者類噪聲的干擾信號(hào)，大幅降低引信接收機(jī)接收信噪比，阻礙引信檢測目標(biāo)信息，使引信產(chǎn)生誤啟動(dòng)或者不作用的情況。按照信號(hào)和調(diào)制樣式，壓制式干擾可分為噪聲類干擾和周期調(diào)制類干擾，典型的壓制式干擾信號(hào)如表1所示。

表1 典型壓制式干擾信號(hào)Tab.1 Typical oppresive jamming signal

噪聲類干擾是最先被應(yīng)用的壓制式干擾樣式，噪聲類干擾主要對(duì)引信進(jìn)行信噪比壓制，降低引信接收機(jī)信號(hào)檢測能力[1-3]。相較于噪聲類干擾，周期調(diào)制類干擾的信號(hào)帶寬更窄、能量更集中，與引信信號(hào)頻率更接近。調(diào)制信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制后，能夠產(chǎn)生類似目標(biāo)回波信號(hào)的干擾信號(hào)，因此，與噪聲類干擾相比，周期類調(diào)制干擾的干擾效率更高、干擾效果更好。隨著直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)的發(fā)展，基于DDS頻率引導(dǎo)的壓制式干擾能夠產(chǎn)生帶寬大、頻率精度高、頻譜純凈、穩(wěn)定性好的壓制式干擾信號(hào)，其干擾信號(hào)頻率引導(dǎo)精度高，能夠準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)引信接收機(jī)帶寬，可穩(wěn)定產(chǎn)生各種調(diào)制樣式的靈巧式壓制干擾信號(hào)，大幅提高了壓制式干擾對(duì)無線電引信的干擾效果。

欺騙式干擾最主要的干擾形式是轉(zhuǎn)發(fā)式，轉(zhuǎn)發(fā)式干擾通過對(duì)信號(hào)的調(diào)制及轉(zhuǎn)發(fā)從而對(duì)引信產(chǎn)生距離欺騙、速度欺騙、方位欺騙等[1-3]。此類信號(hào)與引信發(fā)射信號(hào)具有較強(qiáng)相關(guān)性，能夠?qū)σ女a(chǎn)生很強(qiáng)的欺騙性效果，使引信誤啟動(dòng)概率明顯增加。隨著數(shù)字射頻存儲(chǔ)(DRFM)技術(shù)的發(fā)展，DRFM干擾機(jī)從最初的窄帶、低相位量化精度干擾信號(hào)發(fā)展到如今的寬帶、高相位量化精度干擾信號(hào)，以DRFM技術(shù)為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)發(fā)式干擾成為了欺騙式干擾的主要類型，對(duì)無線電引信的干擾效果和威脅大幅提升。

綜上所述，無線電引信主要面臨的信息型威脅為：1) DDS頻率引導(dǎo)式壓制干擾；2) DRFM轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾。無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)應(yīng)具備有效對(duì)抗這兩類信息型干擾的能力，并在不同干擾環(huán)境下，能夠有效識(shí)別目標(biāo)回波與干擾信號(hào)，保障引信的正常作用。

2.3 無線電引信認(rèn)知抗干擾理論模型

在明晰了認(rèn)知電子抗干擾技術(shù)和無線電引信工作原理、工作特性及干擾環(huán)境后，本節(jié)提出無線電引信認(rèn)知抗干擾模型，分析無線電引信認(rèn)知抗干擾模型各模塊功能及工作流程，為提高無線電引信抗干擾性能提供了理論支撐。

基于認(rèn)知原理的無線電引信抗信息型干擾模型分為信號(hào)感知模塊、自適應(yīng)優(yōu)化模塊、抗干擾效能評(píng)估及動(dòng)態(tài)抗干擾策略調(diào)度和動(dòng)態(tài)知識(shí)庫4個(gè)模塊，包含多種抗干擾策略，能夠根據(jù)環(huán)境、干擾和目標(biāo)信息的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整抗干擾策略，如圖6所示。

圖6 無線電引信認(rèn)知抗干擾模型Fig.6 Cognitive anti-jamming model of radio fuze

無線電引信認(rèn)知抗干擾模型信號(hào)感知模塊能夠?qū)Νh(huán)境中目標(biāo)和干擾信息進(jìn)行偵察與分選，通過對(duì)待測信號(hào)不斷感知，獲取信號(hào)關(guān)鍵參數(shù)及特征，從而完成對(duì)目標(biāo)與干擾信號(hào)的認(rèn)知與識(shí)別。

自適應(yīng)優(yōu)化模塊根據(jù)信號(hào)感知模塊輸出結(jié)果，學(xué)習(xí)環(huán)境中目標(biāo)和干擾信號(hào)特征與參數(shù)的變化，從而自適應(yīng)優(yōu)化和調(diào)整抗干擾策略參數(shù)。通過對(duì)工作過程中的目標(biāo)與干擾信號(hào)特征參數(shù)提取，在線學(xué)習(xí)輸入信號(hào)的特征空間，并根據(jù)特征空間的變化自適應(yīng)調(diào)整分類決策模型，形成具備反饋功能的閉環(huán)抗干擾系統(tǒng)，從而保持良好的抗干擾效果。

抗干擾效能評(píng)估及動(dòng)態(tài)抗干擾策略調(diào)度根據(jù)各抗干擾策略通道輸出結(jié)果對(duì)每種抗干擾策略效果進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估，無線電引信認(rèn)知抗干擾模型抗干擾效能評(píng)估的對(duì)象包含每個(gè)抗干擾策略通道的輸出結(jié)果。根據(jù)每個(gè)抗干擾策略通道輸出的結(jié)果進(jìn)行抗干擾效能評(píng)估，從而完成對(duì)抗干擾策略的動(dòng)態(tài)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)在不同干擾環(huán)境下無線電引信抗干擾策略的最優(yōu)化選擇。

動(dòng)態(tài)知識(shí)庫負(fù)責(zé)對(duì)先驗(yàn)信號(hào)樣本特征及參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并根據(jù)目標(biāo)與干擾信號(hào)特征與參數(shù)的變化及時(shí)更新數(shù)據(jù)庫，另外，抗干擾策略參數(shù)自適應(yīng)優(yōu)化結(jié)果及抗干擾策略動(dòng)態(tài)調(diào)整結(jié)果也會(huì)被記錄在知識(shí)庫中，從而為后續(xù)類似情況下的快速?zèng)Q策與自適應(yīng)調(diào)整提供支持。

為了提高無線電引信認(rèn)知抗干擾模型工作實(shí)時(shí)性，采用“線下訓(xùn)練”和“線上優(yōu)化與決策”工作模式，如圖7所示。在線下訓(xùn)練階段，將樣本數(shù)據(jù)輸入信號(hào)感知模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，并對(duì)信號(hào)與感知模塊學(xué)習(xí)與訓(xùn)練結(jié)果進(jìn)行抗干擾效能評(píng)估，根據(jù)抗干擾效能評(píng)估結(jié)果得到動(dòng)態(tài)抗干擾策略決策模型，為線上動(dòng)態(tài)決策提供支持；在線上優(yōu)化與決策階段，引信接收到信號(hào)后，信號(hào)感知模塊能夠感知信號(hào)特征變化，并在自適應(yīng)優(yōu)化模塊中對(duì)信號(hào)感知模塊參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)整，從而保證信號(hào)感知結(jié)果的準(zhǔn)確性；最后，依據(jù)信號(hào)感知結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)決策，通過衡量不同抗干擾策略的抗干擾效果，輸出最優(yōu)抗干擾策略，從而使無線電引信抗干擾性能最優(yōu)化。

圖7 無線電引信認(rèn)知抗干擾模型線上線下工作模式Fig.7 Online and offline working mode of cognitive anti-jamming model of radio fuze

通過上述工作模式，能夠在保證認(rèn)知抗干擾模型滿足無線電引信實(shí)時(shí)性要求的前提下，增強(qiáng)無線電引信對(duì)不同環(huán)境、目標(biāo)和干擾環(huán)境的適應(yīng)性，顯著提高無線電引信抗干擾能力。

3 無線電引信認(rèn)知抗干擾關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 信號(hào)感知模塊關(guān)鍵技術(shù)

信號(hào)的感知是指從環(huán)境中對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測、處理以及目標(biāo)特征、行為的辨識(shí)，進(jìn)而判斷威脅源的狀態(tài)、行為以及威脅程度。具體到無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)中，信號(hào)感知是對(duì)無線電引信工作環(huán)境中目標(biāo)與干擾信號(hào)進(jìn)行檢測、處理、特征提取與識(shí)別的過程。

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)理論的發(fā)展，模式識(shí)別技術(shù)被越來越多地應(yīng)用在目標(biāo)的識(shí)別和分類中，包括貝葉斯分類法、近鄰法、聚類法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)方法等。通過這些機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)信號(hào)特征進(jìn)行學(xué)習(xí)，建立分類決策模型，完成對(duì)信號(hào)的分類識(shí)別。常規(guī)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法需要對(duì)大量樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)以保證決策模型的穩(wěn)定性和可靠性，然而，受到應(yīng)用環(huán)境和現(xiàn)實(shí)因素限制，無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)所面臨的是一種“小樣本空間”信號(hào)，對(duì)于各種目標(biāo)以及可能存在威脅的輻射源信號(hào)，認(rèn)知電子抗干擾系統(tǒng)難以采集足夠的有用信號(hào)樣本，這也是目前機(jī)器學(xué)習(xí)在無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)中應(yīng)用的一個(gè)難點(diǎn)[10]。另外，由于外界信號(hào)的不確定性較強(qiáng)，引信抗干擾系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)測量誤差大或難以測量信號(hào)完整參數(shù)的狀況，這就導(dǎo)致了系統(tǒng)構(gòu)建的信號(hào)特征空間可能出現(xiàn)殘缺或不完整的現(xiàn)象。因此需要進(jìn)一步提升機(jī)器學(xué)習(xí)算法在無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)中的適應(yīng)性，從而應(yīng)對(duì)上述存在的問題。

此外，無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)信號(hào)感知實(shí)時(shí)性要求很高，如何快速從環(huán)境中獲取有用信號(hào)參數(shù)和特征是提高認(rèn)知電子抗干擾系統(tǒng)效能的關(guān)鍵。為了提高信號(hào)感知實(shí)時(shí)性，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

1) 需要對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)，使之適應(yīng)無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)；

2) 需要適當(dāng)選取信號(hào)特征參數(shù)，降低信號(hào)特征參數(shù)提取復(fù)雜度，減少特征提取運(yùn)算時(shí)間；此外，可以通過線下樣本訓(xùn)練出合適的算法模型，在實(shí)際工作過程中僅需利用訓(xùn)練得到的模型便可快速對(duì)信號(hào)進(jìn)行分選和識(shí)別，提高無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)的信號(hào)感知效率。

護(hù)理垂直管理下的“1+N”護(hù)理單元運(yùn)行模式及效果…………………………………王瑞麗，巢 娜，蔡德芳（83）

3.2 自適應(yīng)優(yōu)化模塊關(guān)鍵技術(shù)

自適應(yīng)優(yōu)化技術(shù)能夠根據(jù)感知環(huán)境信息的變化從而對(duì)系統(tǒng)抗干擾策略參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化，是無線電引信認(rèn)知抗干擾技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一?？垢蓴_策略參數(shù)的優(yōu)化包括對(duì)信號(hào)特征參數(shù)提取的優(yōu)化、對(duì)發(fā)射波形的優(yōu)化以及對(duì)系統(tǒng)決策模型參數(shù)的優(yōu)化。

信號(hào)特征參數(shù)提取是信號(hào)識(shí)別的重要部分，然而在復(fù)雜多變的電磁環(huán)境下，目標(biāo)與干擾信號(hào)特性可能會(huì)發(fā)生變化，提取信號(hào)相應(yīng)參數(shù)的難度也會(huì)變化。若當(dāng)前用提取的目標(biāo)與干擾信號(hào)特征參數(shù)無法滿足區(qū)分目標(biāo)與干擾信號(hào)要求時(shí)，或是當(dāng)前采用的特征參數(shù)難以準(zhǔn)確提取時(shí)，則需要對(duì)當(dāng)前特征參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，選擇當(dāng)前環(huán)境下更有區(qū)分度、更易于準(zhǔn)確提取的信號(hào)特征參數(shù)，從而確保目標(biāo)與干擾信號(hào)特征空間的可識(shí)別性。

當(dāng)無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)信號(hào)特征參數(shù)與發(fā)射波形發(fā)生變化時(shí)，先驗(yàn)的決策模型可能會(huì)面臨準(zhǔn)確率下降甚至失效的問題。此時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)決策模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，從而適應(yīng)特征與波形變化下的決策可靠性與決策效率，以面對(duì)復(fù)雜多變的現(xiàn)代戰(zhàn)場電磁環(huán)境。

由于無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求和資源的限制，自適應(yīng)優(yōu)化算法需要簡潔高效，這對(duì)發(fā)射波形優(yōu)化、決策模型參數(shù)調(diào)整等算法復(fù)雜度提出了很高的要求，必須研究傳統(tǒng)優(yōu)化算法改進(jìn)方法，提升算法效率和收斂能力，降低優(yōu)化算法系統(tǒng)資源占用率。

3.3 抗干擾效能評(píng)估與動(dòng)態(tài)抗干擾策略調(diào)度模塊關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)于一個(gè)無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)，其抗干擾效能評(píng)估的內(nèi)涵是對(duì)系統(tǒng)所采取的抗干擾措施產(chǎn)生的效果進(jìn)行評(píng)估，并且根據(jù)評(píng)估的結(jié)果對(duì)當(dāng)前抗干擾策略進(jìn)行調(diào)整，制定最優(yōu)的抗干擾策略，提高系統(tǒng)抗干擾能力。

目前，抗干擾效能評(píng)估準(zhǔn)則主要包括功率準(zhǔn)則、概率準(zhǔn)則、效率準(zhǔn)則等。這些準(zhǔn)則都是建立在雙方合作的基礎(chǔ)上，即干擾方的工作狀態(tài)和參數(shù)是可監(jiān)測的，并且被干擾方能夠直接獲取這些信息，從而決定當(dāng)前抗干擾措施在提高干擾功率、降低被截獲概率以及提升抗干擾效率上的表現(xiàn)。但是對(duì)于電子對(duì)抗實(shí)際工作場景來說，對(duì)抗雙方合作是不現(xiàn)實(shí)的，電子抗干擾系統(tǒng)不可能直接獲取干擾系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)，因此，認(rèn)知電子抗干擾系統(tǒng)需要從抗干擾角度進(jìn)行抗干擾效能評(píng)估，主要通過對(duì)采取抗干擾措施前后系統(tǒng)自身目標(biāo)識(shí)別率和抗干擾效果的監(jiān)測來完成。

在系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前策略抗干擾效能評(píng)估完成后，需要結(jié)合系統(tǒng)自身抗干擾策略知識(shí)庫，充分考慮系統(tǒng)的軟件和硬件資源，并在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)抗干擾策略進(jìn)行選擇與調(diào)整，對(duì)調(diào)整后的策略抗干擾效果繼續(xù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與評(píng)估，進(jìn)而根據(jù)檢測與評(píng)估結(jié)果選擇后續(xù)的抗干擾策略。

此外，無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)同樣對(duì)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性要求較高，因此評(píng)估和優(yōu)化算法必須能夠滿足對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境變化的快速適應(yīng)，從而及時(shí)地對(duì)抗干擾策略進(jìn)行調(diào)整。

3.4 動(dòng)態(tài)知識(shí)庫模塊關(guān)鍵技術(shù)

在無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)知識(shí)庫主要由目標(biāo)與干擾信號(hào)特征參數(shù)庫和系統(tǒng)抗干擾策略及參數(shù)優(yōu)化庫組成。目標(biāo)與干擾信號(hào)特征參數(shù)庫對(duì)先驗(yàn)的目標(biāo)信號(hào)和干擾信號(hào)特征參數(shù)與未知的信號(hào)特征參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)與記錄，以便為待測信號(hào)的分類和識(shí)別提供依據(jù)。動(dòng)態(tài)知識(shí)庫技術(shù)能夠?yàn)闊o線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)提供快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和信息，是整個(gè)無線電引信認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)支撐。

動(dòng)態(tài)知識(shí)庫需要具備的一個(gè)重要功能是知識(shí)庫的更新，對(duì)于認(rèn)知電子抗干擾信號(hào)的每一次信號(hào)感知結(jié)果、策略調(diào)整結(jié)果、參數(shù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行記錄，并更新已有的知識(shí)庫，從而在后續(xù)抗干擾過程中能夠提供最新的數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)束語

本文總結(jié)了無線電引信的工作環(huán)境與抗干擾設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了基于“感知-識(shí)別-決策-行動(dòng)”循環(huán)的認(rèn)知電子對(duì)抗模型和認(rèn)知電子對(duì)抗系統(tǒng)工作原理及技術(shù)。結(jié)合無線電引信工作特性與其面臨的干擾環(huán)境，明確認(rèn)知抗干擾技術(shù)在無線電引信上應(yīng)用的約束條件。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)無線電引信認(rèn)知水平低、抗干擾能力不足的問題，提出無線電引信認(rèn)知抗干擾理論模型，為無線電引信認(rèn)知抗干擾設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。