认知雷达对抗技术概述

朱耿尚等

摘 要：新型认知雷达的出现必将引起防御方的高度重视，关于如何发展有效对抗措施的研究应运而生。该文首先介绍了认知雷达的特点及其基本构成因素，并分析了认知雷达的出现对传统电子战带来的挑战。在此基础上，指出对认知雷达的对抗必须将认知技术应用到电子战系统中，从而实现认知电子战。然后，讨论了认知电子战的组成及其基本特征，并对认知电子战的关键技术进行分析，为针对认知雷达的对抗技术和认知电子战的研究研究奠定基础。

关键词：认知 认知雷达 认知电子战

中图分类号：TN97 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（b）-0099-02

未来的战争和战场环境对雷达系统提出了全新的要求，主要包括对复杂、动态的地理和电磁环境的适应性需求，多功能、多任务的软件化认知调度和优化的需求，探测性能自适应提升的需求等。认知雷达可以有效提升雷达系统对上述需求的能力，代表了未来雷达的智能化发展趋势。作为电子战的主要作战对象，认知雷达技术的发展必将对电子战形成重大挑战，同时也带来发展机遇。

1 认知雷达概述

受蝙蝠回声定位系统及认知过程的启发，加拿大Simon Haykin教授于2006年提出了认知雷达系统概念[1]，认知雷达具有“感知”的能力，能够通过对环境和感兴趣目标信息的检测、分析、学习和推理来自适应调整系统的接收和发射，并使用最适合的系统配置（包括频率、信号形式、发射功率、信号处理方式等）来实现对目标有效、可靠且稳健的感知和跟踪，从而大幅度提高雷达系统的性能。认知雷达可以有效提升雷达探测的能力，代表了未来雷达的智能化发展趋势。

认知雷达包含3个基本构成因素：通过经验对周围电磁环境的持续学习、以智能的方式调整信号的发射、从接收机到发射机的反馈。通过经验对周围电磁环境的持续学习，其主要任务是通过与环境的不断交互，获得并提高雷达对环境的认知；接收机截获雷达信号，经智能信息处理得到目标信息，然后将其反馈给发射机，使得发射机能够自适应调整发射信号，以期望提高整机性能；除了自适应接收机外，认知雷达还应具有自适应发射的能力，这意味着发射机可以改变发射信号的调制波形以及极化和发射波束等其他的自由度，现代雷达中数字前端和有源电扫相控阵的出现已经极大促进了该功能的发展。

从根本上来说，认知雷达是指具有前所未有的发射-接收自适应性和发射波形多样性的下一代雷达，同时具有智能的高性能嵌入式计算能力，能够根据大量潜在信息源“智能”的适应环境。

2 认知雷达对传统电子战带来的挑战

认知雷达具有感知环境、自适应接收和发射以及能够持续学习等特征，这些特征给传统的电子战带来了巨大挑战。

（1）认知雷达能够根据杂波、目标、干扰以及大气环境等自适应设计和调整发射波形：认知雷达采用LPI波形降低雷达峰值功率，需要侦察系统进一步提高灵敏度；认知雷达的波形调制出现更多难以描述的未知波形，对干扰机的目标识别和干扰确认带来困难；雷达波形脉间或脉组参数捷变，对干扰机的分选识别和干扰引导带来挑战。

（2）认知雷达在接收端自适应调整信号处理和数据处理方法，以适应认知雷达在发射端自适应调制波形：为了提高干扰效率，实现精细化干扰，对抗系统需具备快速识别雷达波形，判断雷达工作方式，自动生成干扰措施的能力。

（3）认知雷达为了实现发射自适应控制，广泛采用数字阵列体制：认知雷达具有更低的发射副瓣，侦察系统需大幅提高侦察灵敏度；更低的接收副瓣，干扰系统需大幅提高干扰等效辐射功率；对干扰机方向自适应置零，干扰机需要针对性的干扰策略或进一步提高干扰等效辐射功率；根据目标的远近、威胁程度以及空间分布，自适应选择波束形状、指向以及个数，对抗系统需综合提高灵敏度、干扰功率以及干扰资源管理能力。

（4）認知雷达分布式、网络化架构使得认知雷达能够协同工作，组成认知雷达网，增加对抗难度：认知雷达组网要求对抗系统也能组网协同对抗，以达到网络对网络的体系对抗能力。

（5）认知雷达能够综合利用动态环境数据库的多种先验知识，准确和精确预测干扰出现的方式从而抑制干扰：对抗系统必须通过不断感知周围的环境更新决策数据库，根据无源、有源探测信号和学习来的信息自动合成能够有效打击目标的对抗手段，优化干扰波形。

3 认知雷达对抗技术

传统的射频电子战系统能够识别固定频谱工作的威胁系统，利用预先编程的对抗技术有效对抗预订的威胁。但面对应用认知技术的雷达系统，电子战必须从固定模式向自适应模式发展，突破传统电子战采用的预加载体制，采用认知电子战技术，实现快速感知环境、自主学习、自适应对抗的方式，及时适应变化了的对抗目标，最终实现高效对抗。因此，为了应对日趋复杂的电磁环境以及形成与目标电子信息系统技战术水平相应的对抗能力，研究认知电子战技术、研制认知电子战系统具有重要意义。

认知电子战系统是指一种具有通过先验知识以及自主交互学习来感知并改变周围局部电磁环境能力的智能、动态的闭环系统，可在实时感知电磁环境的基础上，高效自主调整干扰发射机与接收机以适应电磁环境的变化，提高干扰的快速反应能力与可靠性。认知电子战的特点包括：感知环境、适应新威胁、避免自扰、波形多变、协同工作、自主确定干扰物理层/媒体接入控制（MAC）层/用户层、具备学习能力、能描述实时动态频谱知识、能感知并学习射频特性与行为、能对威胁系统与环境进行推理，并动态、及时形成电子攻击策略。

类似于认知雷达，认知电子战采用基于动态知识库的“感知→识别→决策→行动→感知”的闭环处理过程，具有感知环境、适应新威胁、避免自扰、波形多变、协同工作、多层攻击（包括物理层、控制层、用户层）、自主学习等能力，已期实现有效对抗多功能、多模式雷达和认知雷达的作战效果[2]。

在认知电子战中，感知环境、自主学习、自适应对抗循环往复，电子攻击、电子防护和电子战支援融合实施，雷达对抗、通信对抗和网络对抗综合应用。认知电子战系统将采用协同、分布式、模块化、开放式、软件可重构的网络使能、宽带多谱架构，具备认知、自适应能力和抢先、主动效应。

认知电子战系统是一个包含了3个功能模块的闭环系统，它们分别是认知侦察模块、对抗措施合成模块、对抗效果评估模 块[3-6]。认知侦察模块接收到信号后，在与其周围电磁环境交互的基础上，认知信号处理采用威胁学习技术和特征学习技术将该信号分类，通过自适应信号处理算法分析出该信号的特征，并将特征信息传给对抗措施合成模块和对抗效果评估模块。对抗措施合成模块根据认知侦察结果及学习信息进行攻击策略搜索，推论对抗场景下最佳攻击策略，同时优化干扰波形，自适应分配干扰资源。干扰效果评估模块实时接收认知侦察模块的探测信息，进行干扰效能评估，并推断威胁目标的真实性。同时根据干扰效能优化制定有针对性的电子攻击方法，优化干扰参数与干扰波形。动态知识库为上述3个功能模块提供对应的环境、目标、资源策略等先验知识，并根据反馈信息进行动态更新。

4 认知电子战关键技术

认知电子战研究的主要目的是提供一个具有闭环的、智能的电子战系统，即能实时反馈和利用动态威胁环境中的情报信息以使电子战效能最优。其主要关键技术有。

4.1 新型/未知雷达侦察分析和威胁判断技术

只有对未知雷达信号的快速截获和分选、分析该信号特征并分析威胁雷达信号来确定雷达的功能和意图，才能推断出对抗场景下的最佳干扰策略从而优化干扰波形，达到快速而有效地对抗。主要研究内容包括：研究自适应信号检测技术将威胁信号的特征分析出来；研究自适应学习算法使未知环境中出现的威胁进行学习积累，从而为有效干扰提供不断更新的认知信息。

4.2 针对认知雷达的自适应干扰技术

认知雷达的复杂性以及灵活性极大的增强了其抗干扰能力，电子战系统必须突破传统的干扰技术，采取智能的、高度自适应的干扰技术才能实现对认知雷达的干扰。主要研究内容包括：快速干扰引导技术，优化干扰资源分配和对抗序列制定，实现高效干扰；研究新型干扰样式，快速地确定适当的行动顺序以取得对威胁雷达的理想对抗效果；研究宽带软件定义干扰激励源技术和宽带干扰波束快速产生技术，为认知电子战的快速灵活干扰奠定技术基础。

4.3 干扰效能评估技术

由于不可能从威胁雷达处直接观测到对抗效果，需要找到创新性的措施对效果进行评估。包括通过确定威胁雷达波束瞄准角、重访率、带宽的变化，以及雷达采用的ECCM模式等来评估对抗的效果。主要研究干扰效果评估方法和技术，实现对认知雷达干扰效能的定量评估，确定雷达采用的抗干扰模式，为智能干扰决策提供依据。

4.4 动态知识库技术

动态知识库是认知电子战区别于传统电子对抗的主要模块，也是认知电子战系统中其他功能模块高效实现认知能力的有力支撑。主要研究动态知识库的构建、使用、更新策略以及认知信息推理等，合理利用学习到的知识，从而有效提升电子对抗装备的认知水平和作战效能。

4.5 认知电子战网络技术

采用分布网络式运作體系的认知电子战网络相当于多个认知电子战装备个体的有机组合，通过个体之间相互之间的情报共享下统一调配资源等方式组网。相对于单一独立的电子战装备，认知电子战网络具有认知范围大、准确性高、时效性强等特点，极大的增强了对抗系统的侦察与干扰能力。主要研究内容包括：分布式协同传感技术、时间同步和信号相参技术等。

5 结语

认知雷达的出现极大的提高了雷达系统的性能，但同时也对电子战带来了巨大的挑战，只有将认知技术应用到电子战系统中才能实现对认知雷达的有效对抗。随着战场环境的不断变化、新型雷达的不断出现，认知能力将是未来电子战系统中的重要组成部分，认知电子战将成为未来发展的重要方向。研究认识电子战、突破相关关键技术对电子战的发展有着重要意义。

参考文献

[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.认知电子战——电子战发展新方向[J].2012年度电子对抗资料情报工作会议论文集，2012（12）：65-73.

[3] 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.

[4] 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.

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

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