基于模式识别的自适应有源干扰策略研究

崔积丰 胡富增

（解放军91404部队 秦皇岛 066001）

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，传统雷达对抗装备作战效能面临许多问题，尤其是雷达快速发展的抗干扰能力使电子战装备干扰效果无法达成、作战对象不断提升的智能化水平对雷达对抗装备智能化提出更高要求等［1］，雷达对抗装备面临发展瓶颈迫切需要变革，认知电子战是目前提升雷达对抗装备作战效能的关键技术［2］。本文从认知电子战出发，以雷达模式识别为基础设计了一种自适应有源干扰策略，通过实时更新被干扰对象工作状态自适应切换有源干扰样式，以达到更好的干扰效果。

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［3］。认知电子战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评估等能力，是一个智能的、自适应的人机交互动态闭环系统。其组成框图如图1所示。

图1 认知电子战系统组成框图

2.2 认知电子战关键技术

2.2.1 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。

2.2.2 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。

2.2.3 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，常规电子干扰技术对其实施侦察并干扰难度较大，难以取得较好的干扰效果，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。

2.2.4 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。

3 自适应有源干扰策略

3.1 雷达模式识别

高威胁雷达信号在战争中将表现出一系列的特征和规律［4］，包括信号参数变化、任务类型调整、任务特点变动、工作状态转换等，由于雷达技术不断取得突破性进展，雷达功能更趋丰富，而且雷达根据环境和任务需求、变化等进行调整的能力也快速发展，造成电子战装备侦收到的雷达特征和规律更趋多样化和复杂化，但也为电子战装备根据雷达参数特征变化进行自适应、针对性的有源干扰提供了契机。为了实现较好的干扰效果，必须准确测量侦收雷达信号。电子战装备侦收的雷达信号特征参数中，常见的参数变化包括载频捷变、波形变化、脉冲周期变化、脉宽变化、扫描周期与方式变化等，本文以雷达扫描方式变化为例进行分析。

跟踪雷达天线方向图通常是窄波束，为覆盖特定范围空域，需要雷达使用窄波束扫描指定空域，不时变化波束位置，当跟踪锁定特定目标时，雷达波束将驻留［5］。雷达波束实际上并非完全对称，水平和俯仰波束宽度通常不同。以覆盖半球形空域为例，大约需要的独立波束数目Nbp为

式中，θAZ、θEL分别是3dB水平波束宽度和3dB俯仰波束宽度，单位为弧度。

雷达扫描空域范围大小由雷达任务模式决定，若使用半球空域搜索目标，也会采用小范围搜索方式达成精确定位［6］，跟踪雷达有可能停止搜索进入跟踪状态，因此可根据雷达对目标的恒定照射判定雷达是否处于跟踪锁定状态。于电子扫描阵列而言，跟踪波形为数量较多的重复突发脉冲，接收的雷达脉冲幅度一般相同，可根据脉冲幅度特征区分跟踪状态与非跟踪状态。

设每个波束位置的脉冲数目为Nppbw，对于重周固定的雷达，波束驻留时间Td为

式中，PRI为脉冲重复周期。雷达在特定扫描方式下完成指定空域扫描的总时间为Tscan，其计算方法为

3.2 有源干扰原理

实现对需干扰的雷达目标模式识别后，需要在不同的雷达工作模式阶段针对性地采取不同的干扰样式，目前常用的雷达有源干扰样式主要分为三类，分别是压制干扰、欺骗干扰和复合干扰，本文选择的干扰样式为压制干扰，其原理是利用噪声遮盖雷达接收到的真实目标回波，降低雷达接收信号信噪比，干扰甚至阻止雷达正常获取目标信息和检测目标，常用的压制干扰包括射频噪声干扰、噪声调幅干扰、噪声调频干扰、噪声调相干扰等样式［7］。

本文主用的连续波干扰和阻塞式干扰都属噪声调频干扰，连续波干扰是采用连续波信号对雷达目标实施干扰，在时域上进行持续压制，其优点是只要时域和方位正确，干扰信号都能进入雷达接收机，缺点是容易暴露干扰源位置，因此干扰时机需要灵活掌握。

阻塞式干扰信号时域表达形式为

式中，u(t′)是广义平稳随机过程，其均值为0，φ是[0 ,2π)范围内均匀分布随机变量，Uj、fj、KFM分别为干扰信号的振幅、中心频率和调频斜率，其值均为常数。

阻塞式干扰带宽通常需要满足下列条件：

式中，Δfj为干扰信号带宽，Δfr为雷达接收带宽，fj为干扰信号中心频率。对于阻塞式干扰，在干扰信号带宽Δfj较大的情况下，频率引导时允许存在一定误差，可有效降低频率引导精度需求便于工程实现。而且阻塞式干扰可覆盖一定频率范围，可对频率捷变雷达进行干扰。

3.3 自适应干扰策略

自适应干扰策略流程如图2所示，雷达对抗装备首先根据侦收到的扫描周期等参数判定被干扰目标的扫描模式或跟踪模式，根据被干扰目标工作模式分别选择干扰样式1、干扰样式2。在干扰过程中雷达对抗装备保持对被干扰对象信号的实时侦收，若被干扰对象跟踪状态变化则切换干扰样式，跟踪状态不变则保持原干扰样式，若被干扰对象信号消失则停止干扰。

4 实验验证

4.1 验证方法

为验证该干扰策略的干扰效果进行了实验验证，测试框图如图3所示，被干扰对象选择跟踪雷达模拟系统，在天线前端进行预定值衰减以模拟电磁波信号发射和接收时在自由空间的衰减。根据先验知识，在雷达模拟系统处于跟踪状态时使用连续波干扰，在雷达模拟系统处于扫描搜索状态时使用脉冲阻塞干扰，以免造成跟踪雷达模拟系统跟踪杂波源自动跟踪目标，雷达对抗装备根据识别的干扰目标工作模式自适应切换干扰样式。

图2 自适应干扰策略

图3 测试框图

4.2 验证结果

使用示波器读取雷达对抗装备的检波信号，检测到的两种时域信号如图4所示，图（a）中下方为雷达侦察设备传输到雷达干扰设备的目标信号，上方为连续波时域信号；图（b）中下方为雷达侦察设备传输到雷达干扰设备的目标信号作为门限，上方为脉冲阻塞式干扰时域信号。在干扰过程中雷达有源对抗设备根据接收到的信号特征判定跟踪雷达模拟系统的工作模式变换情况，并自适应地切换有源干扰样式。

图5分别为连续波干扰和阻塞式干扰的频域波形，差别较为明显。

干扰效果判定选用跟踪雷达模拟系统一定时间段内的跟踪误差抽样并加权的方式计算干扰成功率，其统计机理在此不作说明，多次实施有源干扰统计得自适应干扰的干扰成功率为73.9%，单一脉冲阻塞式干扰的干扰成功率为40.5%，单一连续波干扰的干扰成功率为17.1%。测试数据结果表明采用自适应有源干扰后干扰成功率得到提高。

图4 干扰信号时域波形

图5 干扰信号频域波形

5 结语

本文对认知电子战的概念及关键技术进行了阐述，并依照认知电子战的框架设计了一种自适应有源干扰策略，雷达对抗装备通过模式识别判定跟踪雷达工作模式，依据工作模式的不同自适应地采用不同的干扰样式，实现更优的干扰效果。本策略需要情报支持和电子战对被干扰对象工作模式的判别，由于目前雷达工作模式更趋复杂多样，增加了雷达模式识别的难度和效率，如何建立更普适性的模式识别准则并减少对预先情报的依赖，是提高干扰有效性的重点研究内容。