认知电子战装备试验方法研究

中国人民解放军91336部队 张新立

武警总部研究院 魏 韡

1 引言

随着信息化水平和电子技术的不断进步，战场电磁环境日益复杂，传统电子战设备作战效能面临许多问题，如复杂环境与未知信号导致设备和操管人员无法快速准确甄别高威胁信号、雷达设备快速发展的抗干扰能力使电子战设备干扰效果无法达成、作战对象不断提升的智能化水平对电子战设备智能化提出更高要求等[1]，电子战设备面临发展瓶颈迫切需要变革。面对应用认知技术的雷达和通信系统，电子战必须从固定模式向自适应模式发展，进而发展到认知电子战［2-3］。认知电子战是目前提升电子战设备作战效能的关键技术。而采用认知电子战技术的雷达对抗设备必然对试验设计和保障条件提出新的要求，根据设备技术特征和战场构想提前开展试验方法研究，具有较强的现实指导意义。

2 认知电子战概念及现状

2.1 认知电子战概念

认知电子战是为了应对战场电磁环境日益复杂、新波形的不断出现及作战目标的智能发展而产生的电子战新思想和新方式。认知电子战设备需要具备恶劣作战环境下在任意空间和任意时间可自主预测、发现、识别和对抗任意威胁，因此具备作战环境的实时学习和感知、干扰样式的智能选择和干扰效果实时可靠评估等能力[4]，是一个智能的、自适应的人机交互动态闭环系统，分为3个功能模块：认知侦察模块、对抗效果评估模块和对抗措施合成模块[5-7]，其组成框图如图1所示。

2.2 认知电子战现状

自从海湾战争以来，“制电磁权”在夺取战争主动权中具有十分重要的作用，世界军事强国努力加强自身的电子战作战能力，其中美国走在电子战研究的第一线，开发了一系列具备一定代表性的电子战项目，其中在2008年美国国防部就开展了用于下一代电子对抗的人工智能技术和先进认知干扰技术研究项目；其后在2010进行自适应电子战行为学习研究项目，开发新型机器学习算法用于快速感知探测新型无线通信威胁并动态融合对抗措施；2012年进行自适应雷达对抗研究项目，开发对未知雷达威胁的感知侦察能力用于自动选择有效对抗措施并精确评估对抗效能；2013年进行自适应认知电子战研究项目，通过欺骗、拒止或利用敌方频谱确保己方频谱正常，加强美军控制电磁频谱能力。虽然美军认知电子战项目才刚刚起步，但研究进展迅速，保证了美军在电磁环境日趋复杂、对手及威胁能力不断提升的情况下具备自动认知能力和自适应能力。

图1 认知电子战系统组成框图

3 认知电子战关键技术

3.1 认知情报侦察

认知情报侦察技术主要分为两类，第一类是频谱感知和自主频谱学习，用于战场复杂电磁环境与杂波感知、场景感知与目标建模以及信号侦察与识别；第二类是自适应辐射源分选，用于对大量的分布于频域、时域、空间域及能量域辐射源到达信号进行智能分类，增加脉冲间的相关性，利用自适应快速聚类分析确定信号的类型和参数动态变化信息。

3.2 认知建模

认知建模技术主要分为两类，第一类是自主推理与辅助决策，通过智能算法的协作自主完成认知电子战装备的任务部署与转换；第二类是动态电磁环境描述，通过基于认知库的电磁环境统一标准和架构完成对动态电磁环境的描述，识别并快速认知侦收信号的动态参数。

3.3 电子干扰

自适应电子干扰技术是认知电子战技术的核心技术，由于认知雷达、数字阵列雷达体制多变、工作模式灵活多样、信号形式复杂多变，对其实施侦察并干扰难度较大，常规电子干扰技术难以取得较好的干扰效果[8]，自适应电子干扰技术引入智能化思想，在软件算法设计中使用干扰措施合成技术，综合考虑针对不同类型目标的干扰参数设置、不同威胁等级目标的干扰措施合成、智能生成干扰策略等问题，开发探索高实时性和适应能力的智能优化算法。

3.4 自适应效能评估

自适应效能评估技术通过被干扰对象在干扰前后的信号参数和特征变化快速实时评估干扰措施的有效性，主要通过侦收各种雷达目标的不同工作参数并分析总结不同参数对应的工作状态形成智能推理机制，推测目标所处的工作状态并判断其战术意图，从而指导干扰措施合成优化实现最优的干扰效果。

4 认知电子战装备试验方法分析

4.1 复杂电磁环境态势感知能力考核

传统的雷达对抗装备在信号侦察处理过程中，由于电磁环境感知的目的主要是电子支援、威胁告警和收报侦察等，其资源分配和接收机处理方法一般不会依照电磁环境的动态变化而改变；认知电子战技术要求雷达对抗装备具备较强的空间电磁环境态势感知和应变能力，能够精确感知所处空间的电磁环境状况及变化趋势，并针对性地采取最优的资源分配和信号处理方式，例如根据信号频谱分配的不均匀特征进行频谱资源动态调配、依据信号流密度和到达脉冲数目选择复杂度和时效不同的信号处理流程、计算频谱密度选取不同的处理资源等。在试验中要针对该类装备特征设置电磁环境态势，不仅需要考虑传统的信号部数、信号类型、脉冲密度等因素，还需考虑实际应用环境中因战术变化等原因导致的电磁环境的缓慢变化、快速变化、及频段分布不均匀，雷达对抗装备感知电磁频谱的变化进行适应性调整，例如雷达侦察机反应时间、参数精度等指标通常由最恶劣情况决定，但在高信噪比条件下并无必要，需要装备增强信号环境分析和处理的自主性，根据信号信噪比情况灵活调配资源应对，保证在各种不同电磁环境下的背景信号分选处于较好且稳定的水平。

图2 复杂电磁环境感知能力考核要素

4.2 脉内调制识别算法处理考核

雷达对抗装备对现代雷达信号处理算法中选取特征匹配的思路是对雷达信号脉内调制识别，一般使用特征匹配、曲线拟合实现特征提取。为了排除异常点和噪声对特征的影响，一般只能对特征参数库中已有的信号类型进行提取。目前的辐射源除了线性调频、非线性调频、相位编码等单一脉内调制类型外，还可对不同脉内调制规律进行捷变、组合、混合，需要新型雷达对抗装备调制识别算法具备分析调制规律基本特征的能力，如对连续频率调制、离散频率编码、离散相位编码或两种类型的复合调制，考核雷达对抗装备在特征参数库中无分类信息的基础上对复杂脉内调制信号的调制规律描述分析。

4.3 自适应干扰效果评估考核

目前雷达技术快速发展，以固态有源相控阵体制为例，其在波形设计中采用了复杂脉内调制和宽带跳频相结合的技术、收发处理采用数字波束形成技术实现超低发射和接收副瓣电平，工作方式多样、作战模式灵活多变，不仅使雷达对抗装备侦收困难，而且干扰效果也难以保障，是考核认知电子战装备自适应干扰效果的较优选择。

在以固态有源相控阵体制模拟器为主要干扰对象的干扰效果试验中，认知电子战装备感知复杂电磁环境，发现高威胁目标后智能合成干扰措施，使用高度自适应的雷达干扰技术完成对高威胁目标的有效干扰，同时采取评估措施对干扰效果进行评估并更新先验库。

5 保障条件需求

5.1 新体制雷达

在对认知电子战装备试验方法的分析中，新体制雷达尤其是固态有源相控阵雷达是实现对认知电子战装备性能指标有效充分考核的重要参试对象，结合实际需求，在覆盖频段、探测对象、数据率、通视条件下作用距离、精度和同时跟踪目标总数等方面满足要求。

固态有源相控阵雷达可利用快速波束扫描能力，合理安排跟踪方式和搜索方式的时间交替及信号能量的分配与转换，能按照雷达工作环境的变化自适应调整工作方式，按需调整工作方式和进行雷达信号功率分配。

5.2 大功率信号环境模拟器

在对认知电子战装备态势感知能力和脉内调制识别算法的考核试验中，除了要求对认知电子战装备的适应信号密度、信号总数、信号类型等指标进行考核外，还需考核认知电子战装备的资源调配、精细感知、快速反应及复杂信号脉内识别等能力，这种考核需求使用雷达作为参试目标所需装备数目与成本过高，需要使用大功率信号环境模拟器进行灵活设置。大功率信号环境模拟器需在覆盖频段、有效辐射功率、跟踪方式、通视条件下跟踪距离等方面满足一定的需求，具备多种脉内调制特征，一定的单通道信号环境密度和动态变化能力。

6 结论

本文对认知电子战设备的概念及现状、关键技术进行了阐述，可以看出认知电子战设备是提高我军战场频谱管控能力及电子攻击能力的重要技术手段，但也对试验方法、数据处理水平和保障条件提出了较高的要求，针对认知电子战设备关键技术进行试验设计，以求尽可能充分地考核装备能力水平，以之为基础对后续的特殊体制雷达和大功率信号环境模拟器等参试装备建设进行论证。

[1]王佩,仇兆扬,祝俊,等．雷达信号侦收自主处理结构分析[J]．电子信息对抗技术,2016,31(5)∶25-29,40．

[2]Joseph Mitola,Gerald Q．Maquire,Jr．Cognitive radio∶making software more personal[J]．IEEE Personal Communications,1999,6(4)∶13-18．

[3]Mitola J．Cognitive radio for flexible mobile multimedia communications[J]．Journal Mobile Networks and Applications,2001,6(5)∶25-30．

[4]贾鑫,朱卫纲,曲卫,等．认知电子战概念及关键技术[J]．装备学院学报,2015,26(4)∶96-100．

[5]黎湘,范梅梅．认知雷达及关键技术研究进展[J]．电子学报,2012,40(9)∶1863-1870．

[6]林志远,戴国宪．未来电子战技术[J]．雷达与对抗,2003(2)∶45-48．

[7]杨小军,闫了了,彭珲,等．认知雷达研究进展[J]．软件,2012(3)∶6-8．

[8]倪丛云,黄华．认知电子战系统组成及其关键技术研究[J]．舰船电子对抗,2013,36(3)∶32-35,87．