行为科学的新分支：电磁辐射源行为学

石 荣，肖 悦

(1.电子信息控制重点实验室，四川 成都 610036；2.电子科技大学通信抗干扰国家重点实验室，四川 成都 611731)

0 引言

《现代汉语词典》对“行为”一词的定义为：受思想支配而表现在外面的活动。由此溯源下去，“思想”是客观存在反映在人的意识中经过思维活动而产生的结果；“思维”是在表象、概念的基础上进行分析、综合、判断、推理等认知活动的心理过程，思维同时也是心理学的重要研究对象[1-2]。虽然上述定义隐含表达了行为的主体是人，但是在行为科学研究中已经将行为的主体扩展至了动物界[3-4]。行为科学简称行为学，是运用自然科学的实验和观察方法，研究自然和社会环境中的人的行为以及动物行为的科学。目前行为学的研究对象主要有两大类：人与动物；其中研究人类行为规律的科学称为人类行为学；而研究动物个体和群体为适应内外环境变化与刺激所做出反应的科学称为动物行为学[5]。从不同的角度可以对行为学进行不同的细分，例如：基础行为学主要研究人类行为的基本规律，是管理工作者所应具备的必备知识；社会行为学主要研究社会群体行为的规律和后果，以及控制和监测的方法，从而为政府制定大政方针政策提供决策依据；组织行为学主要研究社会单位和组织中人的心理和行为表现的规律，以此来实现组织既定的目标[6]；消费者行为学主要研究消费者的行为规律，并将其应用于营销战略的计划发展与实施[7]；甚至研究罪犯行为的规律也可纳入到犯罪行为学之中[8]。

近年来随着人工智能技术的快速发展与广泛应用，在各个领域中研制出来的智能化目标对象的认知能力得到了大幅度的提升，在某些领域这些智能化目标对象的“思维能力”已经达到了高等动物的水平，甚至在个别领域已经接近人类的水平。从某种意义上讲，它们也具有了一定的“思想”和“思维”，由此支配着它们对外展现出一定的行为活动。所以将行为科学的研究对象进一步扩展至智能化目标对象，将行为科学已有的研究方法与研究成果应用于这些新对象的行为研究中，不仅有利于推动各个智能化目标对象所在技术领域的发展，同时也有利于行为科学体系的不断完备与创新。正是基于上述考虑，本文重点针对电磁空间中的各种电磁辐射源阐释了电磁辐射源行为学这一新兴交叉学科的创建背景、与其它学科之间的相互关系，归纳总结了电磁辐射源行为学的主要研究内容、典型研究方法和研究意义，给出了电磁辐射源行为学的研究示例与应用，展望了其未来的发展前景。

1 电磁辐射源行为学的产生

1.1 学科创建的背景

在前面的“行为”定义中强调了思想对行为的支配作用，而思想承载的物质基础是生物体的大脑。人有大脑，动物也有大脑，但植物就没有大脑这一器官了。所以传统行为学的研究对象主要是人与动物，到目前为止，极少将行为学的研究对象扩展至植物。在人工智能发展到一定阶段之后，以人工智能技术为基础研制的智能化电磁辐射源目标对象如认知无线电、认知雷达、认知电子战等电子设备，也具有了类似于动物或人的大脑之类的结构，它们在这个“类脑部件”的控制下所展现出来的外部活动在某种意义上也可以看成是一种“行为”的表现，在此情形下借鉴人类行为学与动物行为学中的方法对智能化电磁辐射源的这些行为开展研究是近年来新出现的多学科交叉研究点，这意味着创建电磁辐射源行为学这一新学科的目标对象条件已经成熟。

实际上，除了智能化电磁辐射源目标对象之外，人类社会中的其它智能化目标对象也逐渐增多，以大家身边的汽车为例进行说明。对于一辆普通的汽车，一般没有人提出去研究“汽车行为学”的，因为汽车仅仅是一种交通工具，汽车的运动都是由各种物理定律所完全决定的，汽车所表现出来的各种外部活动，例如：变道超车、超速行驶、闯红灯等，实际上都是操纵汽车的驾驶员的行为所致，是驾驶员行为的间接表现而已。如果研究在此情形下的汽车行为，本质上就是间接对驾驶员行为的研究，这些研究内容在人类行为学与心理学中都有所涉及。但是一旦汽车发展成为一辆具有自我学习能力的自动驾驶功能的智能汽车时，那么它所表现出来的变道超车、超速行驶、闯红灯等行为就是它自己内部的“思想”决策控制的结果。由于各辆智能汽车面临不同的使用环境，最终自我学习所具备何种能力也有了个体差异，在什么样的条件下具有最佳的学习效果，如何预防产生对人类不利的学习结果，这样一来，研究此类智能汽车的行为就有了意义。由此可见，在人工智能与工程技术学科的共同推动下，“对智能化目标开展行为分析”的需求日渐强烈，智能化电磁辐射源作为智能化目标的典型代表同样也不例外。

电磁辐射源行为学中所研究的行为既包括了电磁辐射源的个体行为，又包括了群体行为，通常体现为电磁辐射源各种形式的电磁信号的辐射，所处的工作状态与工作模式的改变，所搭载的平台的运动，群体内部的协同与联合，以及能够引起其它个体行为发生反应的所有外部可识别的变化等。例如：辐射源天线波束指向的改变，辐射信号强度的变化，辐射信号频率的跳变等。总之，电磁辐射源的行为是该电磁辐射源目标在个体和群体层次上对外界的变化和内在任务要求的改变所做出的整体性反映。通过行为分析来获得电磁辐射源的内部控制机制，进而实施各种应用，这是电磁辐射源行为学研究需要实现的重要目标。综上所述，在当前条件下，电磁辐射源行为学成为一门独立学科的外部条件与内部条件都已经成熟。

1.2 与其它学科之间的相互关系

如前所述，实际上本文所提出的电磁辐射源行为学是范围更大范畴下的“智能化目标行为学”中的一个分支而已，其它的新诞生的分支学科还可以包括智能汽车行为学、智能机器人行为学等。由于文章篇幅有限，在此暂不去讨论更大范畴的“智能化目标行为学”，而是将本文的重点放在与自身专业方向相关的“电磁辐射源行为学”上。一方面针对智能化的电磁辐射源对象，如认知无线电、认知雷达、认知电子战等进行行为学研究；另一方面，对于非智能化的电磁辐射源，同样可以以此为桥接来间接研究位于这些电磁辐射源背后的操作员的行为。如果将上述两方面都结合在一起，那么“电磁辐射源行为学”也就自然包含了部分“人类行为学”的研究内容。

换句话说，除了一部分完全独立自主工作的电磁辐射源之外，目前还有很大一部分电磁辐射源都需要人类操作员来实施操控，所以电磁辐射源的一部分行为是受自身控制，以及适应外部电磁环境的变化而自发产生的；而另一部分行为是操作员人为操控的结果，而这部分行为实际上是人类行为的反映与体现。如果从军事应用的角度来看，电磁辐射源行为学一定还会涉及到人类的军事指挥控制和军事对抗行为等部分研究内容[9]。以一部陆军通信电台的行为分析为例，该电台开机辐射的时间与地点、工作时传送报文的特点、与该电台相关的载体的运动轨迹，以及与其它电台之间的通联关系等信息，实际上反映了该电台使用者的通话习惯、承担任务的性质、指挥控制的层级等。所以电磁辐射源行为学的创建既要有继承，也需要新的发展，以适应对各种电磁辐射源目标对象的行为进行分析的客观要求。

人类行为学研究的目的之一就是希望通过一个人的行为去窥视这个人的心灵，心灵与思想实际上是紧密关联的，部分心理学的研究过程也是借助行为学试验来实施的，所以从这个角度上看，行为学与心理学之间的关系是比较紧密的。另一方面，在人类行为学和动物行为学研究过程中时常还涉及到与医学相关的研究内容，即与医学有部分交叉，因为人与动物同样也是医学的研究对象，由此可见，行为学本身就是一个多学科交叉的产物。同样的道理，在电磁辐射源行为学研究中，也一定会涉及到工程学科的交叉，一方面是因为电磁辐射源同样也是雷达、通信、电子对抗等工程技术学科的重要研究对象；另一方面，知识推理、机器学习、深度学习、强化学习等人工智能方法在电磁辐射源设备中应用的机理性揭示也是对其行为分析的重要途径，所以电磁辐射源行为学是一门典型的交叉学科。

对于电磁辐射源行为学自身建设来讲，如果按照辐射源对象的类别进行细分，可分为：雷达行为学、超短波电台行为学、卫星通信网行为学等，这里仅仅是从不同层面选取了几个典型代表而已，真正如此逐层逐类地分解与梳理下去，电磁辐射源行为学自身的体系也是庞大而丰满的。

2 电磁辐射源行为学研究内容与方法

2.1 主要研究内容

如前所述，电磁辐射源行为学除了包含部分人类行为学的研究内容之外，其主要研究内容还包括：

1)构建各种电磁辐射源的行为谱。对电磁辐射源的行为进行科学研究的起点和基础是正确而又详细地收集和整理所要研究的电磁辐射源的各种行为类型，建立对应的行为谱。行为谱就是同一类电磁辐射源目标正常行为的全部名录或记录。行为谱又可以理解为行为形态学，因为目标的行为也和目标的形态一样具有各自的特异性，都有自己独特的形态和行为特征。其中对行为类型进行描述的手段之一就是对各种行为型进行分类和命名，还包括对行为层次性和行为顺序性的梳理。部分典型的电磁辐射源的基本行为谱包括：电磁信号的发射行为、电磁信号的接收行为、电磁辐射源的时空行为、电磁辐射源的群组协同行为、电磁辐射源的学习行为、电磁辐射源的欺骗伪装行为等。

2)电磁辐射源的行为与其所在电磁环境之间的相互关系研究。实际上这一项研究内容又被称之为“环境行为学”，它或是着重研究某一类辐射源，例如地面雷达辐射源、地面通信电台辐射源，或是重点研究同一地域范围内的各种辐射源的相互作用与相互影响。“环境行为学”中的一个分支为“组织环境行为学”，主要研究辐射源面临的环境与其群组结构之间的关系，即研究一群电磁辐射源目标，例如舰艇编队中的各个雷达、飞机编队中的各个数据链端机等，在特定环境下的空间分布形式和组网应用方式等。

3)电磁辐射源的行为继承研究。主要是研究同类型电磁辐射源目标所表现出来的共同行为的原因，解释在设计研制过程中的各种因素之间的关系，以及这些因素是如何影响辐射源行为的。在人类行为学和动物行为学中都会研究“行为遗传”，人和动物都具有生殖系统，都有繁衍后代的能力，所以遗传是一个自然的行为表现。但电磁辐射源是工业制造的产物，没有生物体的遗传机制，不过对于同一生产厂家研制的同型号电磁辐射源，其所表现出来的外在行为也应具有一定的相似性，所以从这个角度上讲，可以理解为“行为继承”。对行为继承的研究将有助于电磁辐射源行为的类比与划分，提取出其中的共同特征而加以利用。

4)电磁辐射源的行为演化研究。无论是人还是动物，自然界中的所有生物都是长期进化的结果，在进化过程中人与动物的行为也是随之变化的，通过对这种变化过程的研究，可以对某些行为做出合理的解释。对于电磁辐射源来讲，虽然其总共的存在历史不过百余年，但从历史演进的视角来梳理，电磁辐射源的行为也有一个向前发展的过程，即“行为演化”的过程，这相当于对电磁辐射源发展历程的研究。以雷达辐射源为例，最开始是非相参雷达，接着是相参雷达、基于MTI/PD等多普勒信息利用的雷达，然后是SAR雷达等。雷达的上述演变过程，也同样伴随着其辐射信号的改变，从这个意义上讲，也可算是雷达行为的一个演化过程。

5)电磁辐射源的认知行为研究。主要是用行为学的方法研究认知无线电、认知雷达等智能化电磁辐射源目标的认知行为，并特别注重借鉴人类行为学中的方法来研究这类智能化目标对象的学习过程。通过对认知过程和认知规律的描述揭示背后的机理，从而为后续的行为利用提供条件。

6)电磁辐射源行为模型构建与利用研究。在对特定电磁辐射源长期的行为观察、描述、统计分析的基础上，建立该电磁辐射源的行为模型，通过此模型来对其后续的行为进行预测，甚至通过此模型挖掘其中的薄弱环节，用于后续行为利用中的行为控制等。

实际上随着研究工作的深入，后续还会伴随着更多研究内容的扩展，但上述基本内容在一定程度上都是会涉及到的。

2.2 典型研究方法

电磁辐射源行为学的典型研究方法如下：

1)采用两步法进行电磁辐射源的行为分析：①观察记录电磁辐射源的行为；②对电磁辐射源的行为进行解释。电磁辐射源的行为可以从因果关系、环境适应、继承与学习等不同方面来解释。因果关系主要指行为是由什么外部刺激和内部机制引起的；环境适应是指行为的适应意义和行为对电磁辐射源的生存价值；继承与学习是指该电磁辐射源的行为是如何由生产厂家在设计研制时所延续下来，以及该智能化辐射源通过出厂之后的继续认知学习而逐渐具备的。

2)虽然通过对行为的记录与描述可以掌握电磁辐射源的各种行为型和行为发生的层次与顺序，但是要了解上述行为的因果关系，还需借助于实验行为学的研究。在实验行为学中模型的使用发挥着十分重要的作用，但电磁辐射源行为学与动物行为学的不同之处在于：大部分电磁辐射源对于实验实施者来讲都是非配合的目标对象，不像动物行为研究中可以实际找一只动物来做实验研究，通过行为对比性分析得出结论。但是在电磁辐射源行为研究过程中，即使要针对非配合的电磁辐射源做实验，也只能通过缴获、第三方购买、反设计与模拟等方式来获得非配合的电磁辐射源实验对象；不过也可以通过最新的“主动有源电子对抗侦察”手段来开展实验[10]。

实际上一门学科的研究方法是在长期的研究过程中不断探索与总结出来的。电磁辐射源行为学作为一门刚刚建立的新兴学科，后续还要不断的积累，对研究方法进行丰富。

3 电磁辐射源行为学研究的意义

一个学科的研究价值体现主要是通过其在不同应用领域中的贡献来反映。电磁辐射源行为学作为一门新兴学科，其应用价值的挖掘同样是后续的一个重要研究内容。在此，主要从电子对抗应用的视角来阐述电磁辐射源行为学的研究意义。

1)在动物行为学研究中，两个在形态上难以区分的物种可以通过不同的行为型加以识别，在自然界中行为型也常常是近缘物种之间种间隔离和种间辨识的重要依据。类比来看，通过对电磁辐射源的行为观察记录和行为模式提取，同样可以在一定程度上对辐射信号波形十分相似的两种不同辐射源进行区分和识别，提高信号情报侦察的有效性。由此可见，在未来的电磁辐射源目标数据库构建过程中，辐射源的行为模式描述将成为其中一项必备的重要内容。

在此以一部普通的通信电台为例进行简要说明。对其进行行为描述的要点如下：开机时间、关机时间、工作时长、发送报文特点、用频特点、辐射信号特征、所属平台的运动规律等，实际上上述部分参数也间接地反映了使用这部电台的操作员的一些行为特点。如果这部电台是具有认知能力的认知无线电电台，那么它除了具有以上行为特征之外，还具有自身的其它行为特点，如对外部电磁环境的感知行为；适应外部环境变化而改变自己的信号辐射参数，如自适应选频、自适应编码调制、自适应功率控制、自动重传等；在群体层次上的组网控制、灵活路由，以及传输控制服务等。由此可见，从行为学的视角来观察与描述现代的认知无线电电台，会在传统信号情报要素的基础上，站得更高，看得更远，当然所提炼出的情报内容也更加丰富和更有价值。

2)通过对电磁辐射源行为模式的分析，可以在一定程度上对其动机进行推断，揭示其行为意图。一方面可以为电子侦察提供更高层次的情报，为指挥决策提供依据；另一方面也为电子攻击与电子防御提供了信息引导。

3)通过对一个电磁辐射源进行长期的行为观察，记录该辐射源的各种行为型，构建行为预测模型，利用该模型一方面可以实现异常行为示警，为战场指挥控制的辅助决策提供依据；另一方面，可揭示其背后的行为发生机制，挖掘其行为模式中的薄弱环节，为后续的灵巧电子攻击与军事欺骗的实施提供靶标。

4)根据己方规定的行为准则，对特定电磁辐射源目标实施行为控制，使其按照己方预先设计的行为流程进行执行，以达到己方的预定目标。行为控制是行为利用的最高层次，特别是对于非合作的电磁辐射源的行为控制的实施，不仅难度大，而且也极富挑战性。

以上仅仅简要概述了电磁辐射源行为学研究在电子对抗应用中的意义所在，如果从其它应用领域出发，还可以提炼出更多更全面的研究意义，在此就不再展开论述了。

4 电磁辐射源行为学的研究示例

首先以认知无线电终端的行为研究为例来展示电磁辐射源行为学的研究过程，接着阐述通过行为关联分析来达到群组目标分组关系划分的目的，以此展示电磁辐射源行为学研究的应用价值。

4.1 对认知无线电终端的行为研究

以认知无线电终端为例，可梳理出其具有如下典型行为：1)频谱感知行为；2)传输信号的接收行为；3)信号发射行为；4)发射信号频段调控行为；5)发射信号的功率调控行为；6)发射信号的信号波形参数调控行为。在上述6种行为要素中，其中3)～6)是外界可以直接观察到的，而其中的1)和2)可通过主动有源电子对抗侦察来间接观察。当然对于认知无线电终端的内部活动，如用频分析决策的机制等，从外部是不能直接反映出来的。由于行为是在思想指导下所表现出来的外部活动，那么反过来通过外部观察到的行为来推断内部所具有的思想也具有一定的可行性。

如果已经对认知无线电终端的上述行为进行了比较准确的描述，接下来就要通过这些行为的分析推断背后的机制，并对机制进行定量的解释。换句话说，就是通过行为去推断支配该行为发生的思想。实际上在人类社会中也是这样做的，例如在中小学阶段评价一名学生是否具有乐于助人的高尚品格时，老师与同学也是通过身边每一天发生的事件来例证的。如某一位同学在别人生病受伤时，会主动帮扶，寻医问药；在别人遇到难题时，会主动答疑解惑；在别人生活有困难时，也会慷慨援助等。通过外界这些行为来评估这位同学是否具有助人为乐的品质。同样对于认知无线电终端的相关行为的观察，人们想得到的是：该智能终端采取了什么样的频谱空洞判断准则？以什么样的策略来发现电磁环境中的频谱空洞？对频谱空洞的利用原则与途径是什么？从出现频谱空洞到发现利用的响应时间有多长？从频谱空洞消失到退出利用的反应速度有多快？等等。上述内部机制的推断是进行行为分析要达到的目的。

在完成以上行为分析并得到内部控制机制与控制参数的推断结果之后，接下来就可以开展“行为预测”与“行为利用”。如通过对该认知无线电终端在某一电磁环境下的观察，并根据其以前的行为序列，比较准确地预测其下一时段可能会出现的行为。如果能有效地完成此步，接下来就可以对该认知无线电终端实施“行为控制”，例如根据事先设计的行为模式，让其所表现出来的行为满足预定的要求。

如前所述，对目标对象实施行为控制是行为学研究中行为利用的高级形式。研究动物行为学，其中的一个大目标就是对指定动物的行为实施预定的控制，使控制的结果向更有利于人类的方向发展。例如：动物行为学研究中发现飞蛾具有在黑暗中喜爱向光源飞行的行为，人类为了控制飞蛾对农作物的伤害，就采取了生火灭蛾的方式，让飞蛾扑火来消灭飞蛾这种害虫，这就是对这种动物行为的利用的一种方式。同样对于认知无线电终端的行为分析之后的行为控制也有两种目的：如果站在己方互助的立场上考虑，可以通过改变与影响其所在的电磁环境来引导多个己方的认知无线电终端协同高效地进行数据传输与交换，提高通信传输的效率;如果站在对敌打击的立场，同样可以通过改变与影响其所在的电磁环境，使多个敌方的认知无线电终端无法有效正常工作，从而实现高效电子攻击的目的。

上面仅仅是以一个认知无线电终端为例来展示电磁辐射源行为学的主要研究内容、研究方法、实施途径，以及所能达到的效果。大家可以参照上述过程对其它类型的电磁辐射源开展行为学研究。例如对于一部认知雷达的行为进行分析，对一部认知干扰机的行为进行分析等。由于篇幅限制，在此就不再赘述了。

4.2 行为关联分析的应用

行为关联是指各种行为表现之间的相互关系，一种行为B可能是由行为A所导致，又可能引发行为C的产生。如此一来，行为A、B、C之间就会形成一个顺序关系，甚至是因果关系。举例说明如下：一架突防轰炸机受到对方一部地面防空火控雷达的跟踪照射，紧接着就会引发轰炸机上的雷达告警和自卫干扰设备的工作，接下来火控雷达受到干扰后又会立即启用跳频或干扰源跟踪等抗干扰措施。由此可见上述3个行为之间有着比较严格的时序先后关系，也有着明显的因果关系。通过对电磁辐射源的行为关联分析可以揭示这些行为背后的控制机制，并对辐射源的工作状态进行推断，为进一步采取有效的电子攻击或电子防御手段提供决策参考。

另一方面，行为关联分析也为基于行为信息的辐射源群组划分提供了新的途径。例如几个编队的飞机在同一空域中执行任务，同一个编队内的飞机组成一个独立的战斗网络来实施协同。各架飞机上的通信端机辐射信号时具有如下特点：在发送时不能接收，在接收时不能发送，也即是说，通信端机在一个时刻点上只能处于发送信息的状态或者接收信息的状态。对这同一空域中的所有飞机上的通信端机的电磁辐射行为进行行为关联统计分析，在一定程度上可以将空间位置复杂交叠的各架飞机按编队进行区分。打一个比喻，这就相当于在一个大型鸡尾酒会上，不同的人加入了不同的群组，在每一个小组内探讨着各自的话题，仅仅记录下了每一个人的发音时段信息，而要将酒会上的所有人进行准确的群组划分。实际上可以通过一个简单的行为准则就能达到上述目的，这个行为准则即是：“同时讲话的几个人属于不同的分组”，对应回到前面的飞机群组划分应用中，该行为准则即是“同时通过通信端机进行信息发送的几架飞机属于不同的分组”。因为在鸡尾酒会上的每一个小组中，按照正常的组内交流行为，每当一个人正在讲话时，组内剩余的人都在聆听，只有在这一个人讲完之后，才会有下一个人接着继续讲下去。如果在同一个小组中同时有两个人一直在讲话，那么就产生了话音冲突，剩余的听众之中谁也听不清他们讲的内容。所以按照前面的行为准则，通过一段时间内的讲话时段统计信息就可达到将鸡尾酒会上的不同小组所包含的人群的关系梳理出来的目的。

同样的道理，通过对飞机上的通信端机的发射时段信息进行记录分析，也可以实现划分群组目标对象的目的。例如有15架飞机，1～5号机为第一组；6～10号为第二组；11～15号为第三组。对一段时间内各架飞机上的通信端机的发送行为进行统计分析，一定会观察到如下情况：1号机与6～15号机都出现过发送时间重叠的现象；2号机与6～15号机都出现过发送时间重叠的现象；……；5号机与6～15号机都出现过发送时间重叠的现象；但1～5号机从来就没有出现过发送时间重叠的现象。根据上述归纳出来的行为统计结果，即可推断出1～5号机属于同一个编队。同理，可以分别推断出6～10号机属于同一个编队，11～15号机属于同一个编队。

由上述行为关联分析可知，通过对电磁辐射源的行为分析，可以获得更多更深的情报信息。

5 结束语

电磁辐射源行为学是继人类行为学和动物行为学之后，在行为学这一大学科体系中所产生的一个新分支。该学科的诞生是人工智能技术和各种工程应用技术迅猛发展的推动结果。本文阐释了电磁辐射源行为学这一新兴交叉学科的创建背景、与其它学科之间的相互关系，归纳了该学科的主要研究内容和典型研究方法，从电子对抗应用的角度展示了其广阔的研究意义，并说明了电磁辐射源行为学的研究过程和应用示例，从而为电磁辐射源行为学的后续发展奠定了重要基础。当然电磁辐射源行为学理论研究的目的是推动后续应用的普及，热切地期待更多的研究人员投入到这一新兴学科的研究之中，以推动更多的创新应用的落地。■