精品讲座：自适应与智能电子支援（提供PPT版课件下载）

前言：

该报告是佐治亚理工学院的Marcus Quettan在2019年10月21至24日佛罗里达坦帕召开的第22届系统与任务工程年会上做的报告。该报告主要针对目前复杂战场电磁环境下，电子支援措施如何通过认知技术对低截获信号、捷变以及自适应波形、未知波形以及新型波形的卫星信号进行截获、探测、识别和定位。报告总结智能电子支援系统的主要特点，包括：

• 准确性：系统根据已知的输入做出最佳的决策或推断；

• 灵活性 ：系统以合理的猜测或决策来响应新的输入；

• 可解释性：每个系统决策的推理可以被人类或者外部系统理解；

• 自适应性：系统可以从错误中学习，也可以在接收到新的输入后进行改变，这可能需要外部/操作员的帮助；

• 实时性 ：该系统能够快速处理已知的或新的输入，从而有效地做出反应。

高度拥挤的频谱、多功能雷达和软件定义：

• 低截获信号；
  

• 捷变自适应波形；
  

• 未知波形；
  

• 新波形。
  

数字化、认知电子战系的组成。

数字化、认知电子支援系统的具体挑战。

期望从智能的电子系统中获得什么收益？

• 准确性；
  

• 灵活性；

• 可解释性

• 自适应性
  

• 及时性。

  

  传统的射频波形认知：

  （以美AN/ALR 56M 雷达告警接收机为例分析）

• 提取有限的调制特征

• 启发式的分选不能处理的捷变信号

• 无法适应参数库外的波形

• 增加新的波形可能需要长时间

• 使用启发性处理不明型号

  

  贝斯射频波形识别。

  以基于贝叶斯增强型电子支援***为例。
  

  

  机器学习射频波形识别。

  以基于神经阵列的自主电子支援系统为例分析。

  

  脉冲检测与特征提取

• 将原始数据转换为脉冲描述字（PDWs）

• 专业模拟和数字硬件

• 专用电路

• 低特征技术另分类和识别更加困难

现代方法：

• COTS现场可编程门阵列允许更改硬件
  

• 新增功能需要人工操作
  

• 实例系统：B1 Bone Kitten 数字接收机

应用机器学习

• 新一代芯片允许深度神经网络的低SWAP运行

• 算法能够学习任意数量的特征，并且容易再训练
  

• 数据质量是关键的限制因素

脉冲分选

按照公共源对脉冲描述子进行分类，并组成一个波形描述字。

两种传统方法：

• 时间序列去交织
  

• 脉冲特征聚类
  

上述两种方法最终都要人工编码以对抗特定的、已知捷变信号。

应用机器学习

• 深度神经网络可以学习如何聚类

• 易于重新配置以处理任意特征空间
  

波形和辐射源识别。

通过波形描述字WDW确定辐射源。

传统方法：

• 在任务数据文件表中查找

• 随着传感器数量的增多和波形灵活性增加，模糊性增加
  

• 没有固定的方法解决不确定。

通过依靠人工编码的启发式方法来对抗特定的、已知的不确定。

波形和辐射源识别。

贝叶斯/多重假设方法

• 以概率的形式查找
  

• 不确定性导致多种假设，这些假设是 独立跟踪和评价的；
  

• 不确定性被保留，直到有足够的证据解决。
  

机器学习的方法。

• 完全不需要查找表；

• 轻松结合分选逻辑，因为可以共享PDW和WDW描述；

• 易于适应和可重复训练
  

• 实例：NAAES脉冲分选算法。

辐射源关联和定位

确定多个传感器是否观察到相同的波形，并融合信息来定位。

多重假设方法：

假设A波形属于不同辐射源

假设B波形属于同一辐射源

• 收集证据，直到确定

• 一旦波形相关，可以采用基于到达角估计的三角定位、时差定位和频差定位。

• 定位方法通常会随着时间的推移解决不确定性。

自适应电子支援

• 以行动节奏更新任务数据；
  

• 最小化人工干预需求
  

新条件下的传统方法

机器学习的方法。

马尔科夫过程

辐射源模型具有随机变化的状态，从中可以观察到噪声。

• 可以使用“梯度下降法”来快速更新模型；

• 计算开销随着状态数量的增加而增加；
  

• 对现代捷变频雷达可能不适用。

进化算法

随着条件的变化，有多种解决方案，并且可以灵活切换。

1.随机调整算法的组成部分

• 调整参数

• Swap输出子函数

• 子函数的顺序

2.针对新关键进行测试

3.只保留表现良好的子集

4.迭代直到收敛。

• 电子侦察目的是截获、探测、识别和定位射频威胁

• 软件定义的雷达强调传统的实现方法
  

• 需要灵活性更高和适应性更强的算法及时处理新波形
  

• 算法能够被解释一获得操作者的信任

• 没有奇迹-一个认知电子侦察系统将结合各种技术，并根据具体的任务满足需求。

课件下载链接：

链接：https://pan.baidu.com/s/1jz9g2KHvcXfq0RBuvb62Mw

提取码：31kd

电子战的技术分支很多,通常按照具体的无线电电 子设备或器材进行分类,如:通信对抗与反对抗、雷达对 抗与反对抗、光电对抗与反对抗、引信对抗与反对 抗、敌我识别系统的对抗与反对抗、C3I（通信、指 挥、控制和情报）系统的对抗与反对抗等。从频域上 分为:射频对抗、光电对抗和声学对抗。

1.射频对抗

射频对抗的频率范围为3MHz～300GHz,是雷达、 通信、导航、敌我识别、无线电引信、制导等设备工 作的主要频段。

光电对抗

光电对抗的频率范围在300GHz以上,可分为红外、 可见光和激光等子频段,是近距离精确制导武器和高定 向能武器工作的主要频段。

声学对抗

声学对抗主要用于水下信息的对抗。从次声波至超 声波，是声纳、水下导航定位设备工作的主要频段。

自从19世纪后期人类开始将电磁波运用于军事，针对敌方电磁波的斗争就开始了。

最早的电子战是**。19世纪60年代的普奥战争，普鲁士开始用电报传递军事信息（那时候还是有线电报），针对有线电报的**就开始了。马可尼发明无线电报后，军用信息传播更方便，而敌对方针对性的**也更加广泛。

20世纪初，雷达逐渐发明，通过发射电磁波，并接受反射波来确定敌方目标。于是，针对雷达电磁波的电子战展开了。一是捕获对方雷达波，定位对方雷达的信息，进而掌握对方部队的信息；二是通过在对方雷达波范围内制造一些假目标，欺骗对方雷达。

是1944年的欧洲战场。当时，盟军计划在诺曼底发动登陆，为了迷惑德军，伪造了准备在加来登陆的情报。同时，盟军在加来地区布置了大批假的船舶，还在空中洒下大量的金属箔。这些金属箔反射德军的雷达波，在雷达屏幕上制造了“庞大机群”的假想，使得希特勒深信盟军确实要在加来登陆。甚至当盟军先锋已经登陆诺曼底，希特勒还以为诺曼底的只是佯攻。因为加来的“无源电子干扰战”打得太出色了。

1945年7月，美军将刚刚研发出的电子干扰设备装在 “过渡型豪猪”飞机上，每架飞机携带6部干扰设备。干扰机飞到目标地区，在高炮射不到的高空释放干扰，造成日本的高炮失去目标指示。美军轰炸机的损失大大降低。

1982年，以色列空袭叙利亚贝卡谷地的导弹基地。他们首先派出了遥控无人机作为诱饵，引导叙利亚导弹基地配属的雷达开机，并用导弹攻击。瞬间，以色列的无人机被叙利亚导弹全部击落。但就在此时，以色列的E-2C型“鹰眼”预警与战斗控制飞机捕捉到了叙利亚的雷达电磁波信号，并将信号频率传送给以色列战斗机部队。正当叙利亚防空部队为击落以色列“战机”欢呼的时候，以色列真正的空军部队从背后杀来，发动狂轰滥炸。叙利亚雷达开机引导导弹发射，却被已经掌握其雷达频率的以色列飞机用激光制导导弹摧毁。6分钟后，叙利亚的19个萨姆一6导弹连全部被消灭。

随着军事科技的不断发展，电子化、信息化、数据化成为军队不断更新换代的驱使，电磁波的应用越来越广泛。基于GPS的定位，基于卫星和飞机的战场侦查，基于无线电信号建立的战场指挥网络和无人兵器遥控，以及C4I的综合作战系统，使得当代和未来的战场充斥着电磁信号。而电子战的手段也因此更加丰富。

目前，先进的 ESM 接收机频率范围一般为 0.5~18GHz，能覆盖绝大部分现役雷达的工作频段，灵敏度大都在-50～-80dBm。在接收机的动态范围内每秒钟可接收 25~100万个脉冲信号，前端截获概率达到 50%时，其截获时间为1.5~3s。测向定位系统可提供的最优雷达测向精度为2°（均方根值）。

ALQ- 165 配装F-18C/D、AV-8B、F-16A 和F-14D 等机型。ALQ-165的典型参数见表12-2。通常，自卫干扰机只在前后向提供±60°范围的保护，因为该电子攻击系统不能产生足够的 ERP 来覆盖平台侧面的雷达截面积（RCS）。其频率范围包括两个频段，因为能覆盖整个频段的具有足够功率的行波管还未问世。处理器能同时处理多个脉冲和连续波（CW）威胁。对付连续波威胁要求在每个频段单独另加一个行波管，因为现在采用的大多数行波管不能同时放大连续波信号和脉冲信号。

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