邢強(qiáng)，賈鑫，朱衛(wèi)綱，張維坤

(1.裝備學(xué)院 光電裝備系，北京 101416；2.中國(guó)人民解放軍31436部隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng) 110001)

0 引言

隨著科技的進(jìn)步與電子信息技術(shù)的發(fā)展，電子信息裝備在戰(zhàn)場(chǎng)大量使用，當(dāng)前電磁環(huán)境變得日益復(fù)雜，常規(guī)電子戰(zhàn)的作戰(zhàn)效能下降，其主要面臨的主要問(wèn)題有：電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)情報(bào)的偵察、獲取及分析提出挑戰(zhàn)；電子技術(shù)的發(fā)展，使得電子裝備趨于智能化，其抗干擾能力越來(lái)越強(qiáng)，干擾手段也亟需改進(jìn)與提升；對(duì)于新威脅，傳統(tǒng)干擾方式合成實(shí)時(shí)性不夠；非合作情況下，干擾方無(wú)法獲取被干擾方的干擾效果；目前并沒(méi)有針對(duì)組網(wǎng)裝備協(xié)同作戰(zhàn)的良好干擾措施，等等[1]。在此背景下，認(rèn)知電子戰(zhàn)(cognitive electronic warfare，CEW)應(yīng)運(yùn)而生并迅速發(fā)展[2]，這是認(rèn)知與現(xiàn)代電子相結(jié)合的產(chǎn)物。

同時(shí)，為改變現(xiàn)有軍力投射困境，開(kāi)發(fā)低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、高效率裝備，在拒止環(huán)境中與反介入系統(tǒng)時(shí)，增強(qiáng)無(wú)人機(jī)自主執(zhí)行任務(wù)的能力，美軍已經(jīng)著手研究無(wú)人機(jī)(unmanned aerial vehicle，UAV)蜂群技術(shù)，該技術(shù)將催生新的作戰(zhàn)指揮平臺(tái)，并有望改變未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)模式。

因此，以無(wú)人機(jī)蜂群為作戰(zhàn)指揮平臺(tái)，搭載認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)，執(zhí)行偵察、打擊以及效果評(píng)估等電子戰(zhàn)任務(wù)，形成智能閉環(huán)系統(tǒng)，不僅降低軍力投射成本，減免飛行員傷亡風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了拒止環(huán)境與反介入系統(tǒng)中無(wú)人機(jī)自主執(zhí)行任務(wù)的能力，還解決了常規(guī)電子戰(zhàn)不能解決的問(wèn)題?？梢灶A(yù)言，無(wú)人機(jī)群組認(rèn)知電子戰(zhàn)是未來(lái)電子戰(zhàn)的發(fā)展模式。

1 認(rèn)知電子戰(zhàn)

認(rèn)知在心理學(xué)中指的是通過(guò)形成概念、知覺(jué)、判斷或想象等心理活動(dòng)，來(lái)獲取知識(shí)的過(guò)程。在自然科學(xué)方面，Mitola博士最早將認(rèn)知一次應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)電領(lǐng)域，于1999年提出認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電[3]，認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電起源于軟件無(wú)線(xiàn)電，旨在不斷感知周?chē)鸁o(wú)線(xiàn)電環(huán)境，依據(jù)一定的學(xué)習(xí)決策算法，自適應(yīng)的改變通信系統(tǒng)的發(fā)射功率，信號(hào)參數(shù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行高效通信，提高頻譜利用率。隨后，Simon Haykin教授于2006年提出認(rèn)知雷達(dá)概念[4]，并拓展到認(rèn)知雷達(dá)網(wǎng)，提高雷達(dá)的檢測(cè)、抗干擾等能力。電子戰(zhàn)中有抗干擾就有干擾，隨著電子裝備智能性與抗干擾能力的增強(qiáng)，針對(duì)電子裝備干擾技術(shù)的研究也快速發(fā)展，美國(guó)最早開(kāi)始認(rèn)知電子戰(zhàn)方面的研究，并開(kāi)展了一系列項(xiàng)目，如表 1所示。

其中BLADE與ARC項(xiàng)目進(jìn)展迅速，2016年6月2日，在機(jī)載測(cè)試中，DARPA與洛克希德·馬丁公司共同演示了BLADE項(xiàng)目的機(jī)載通信干擾技術(shù)。2016年11月4日，BAE系統(tǒng)公司宣布已經(jīng)獲得DARPA授出的合同[5]，繼續(xù)為DARPA研制“自適應(yīng)雷達(dá)對(duì)抗”(ARC)系統(tǒng)，幫助機(jī)載電子戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)抗新的未知的自適應(yīng)雷達(dá)。

目前來(lái)講，認(rèn)知電子戰(zhàn)無(wú)明確定義，大家普遍認(rèn)可的認(rèn)知電子戰(zhàn)內(nèi)涵是：具備快速自主態(tài)勢(shì)感知，通過(guò)學(xué)習(xí)，自主合成對(duì)抗策略以及對(duì)作戰(zhàn)效能實(shí)時(shí)評(píng)估與反饋的電子戰(zhàn)系統(tǒng)。認(rèn)知電子戰(zhàn)的架構(gòu)如圖 1所示[6]。

認(rèn)知電子戰(zhàn)與傳統(tǒng)電子戰(zhàn)的區(qū)別如表2所示。

從表2中可看出，認(rèn)知電子戰(zhàn)與傳統(tǒng)電子戰(zhàn)相比具有明顯的特點(diǎn)，主要包括以下幾個(gè)方面：

(1) 認(rèn)知電子戰(zhàn)具備實(shí)時(shí)精確的態(tài)勢(shì)感知，以及對(duì)環(huán)境、目標(biāo)記憶和學(xué)習(xí)的能力。

(2) 認(rèn)知電子戰(zhàn)能夠通過(guò)分析周?chē)h(huán)境合成并優(yōu)化干擾策略[9]。

(3) 認(rèn)知電子戰(zhàn)能夠依據(jù)對(duì)外界環(huán)境的探測(cè)、分析，評(píng)估干擾效果。

(4) 認(rèn)知電子戰(zhàn)能夠形成閉環(huán)反饋，根據(jù)評(píng)估反饋結(jié)果，自動(dòng)調(diào)整干擾樣式和參數(shù)。

(5) 能有效對(duì)抗認(rèn)知系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。

表1 認(rèn)知電子戰(zhàn)主要項(xiàng)目列表Table 1 List of major programs of cognitive electronic warfare

圖1 認(rèn)知電子戰(zhàn)架構(gòu)Fig.1 CEW architecture

傳統(tǒng)電子戰(zhàn)認(rèn)知電子戰(zhàn)功能單一同時(shí)對(duì)抗多種類(lèi)型威脅及組網(wǎng)裝備限于單節(jié)點(diǎn)或?qū)Ｓ闷脚_(tái)可分布式、網(wǎng)絡(luò)化或單平臺(tái)反饋能力弱閉環(huán)回路，具有反饋信息環(huán)境感知能力差實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知周?chē)h(huán)境按事先編程實(shí)施智能自主決策不在頻段內(nèi)無(wú)法工作根據(jù)周?chē)h(huán)境，調(diào)整工作頻段

2 無(wú)人機(jī)群組作戰(zhàn)指揮平臺(tái)

自然界中，蜜蜂在受到攻擊時(shí)，就會(huì)全部出動(dòng)，依靠自身數(shù)量多、體積小、飛行靈活等優(yōu)勢(shì)群起而攻之，在此情況下，就算是皮糙肉厚的動(dòng)物也只能逃之夭夭。在軍費(fèi)投射困難、拒止環(huán)境以及反介入系統(tǒng)的限制下[11]，美軍正是利用自然界蜜蜂的這一特點(diǎn)，仿生開(kāi)展了對(duì)無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)的研究。

無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)是指具有自主能力的無(wú)人機(jī)通過(guò)自主或人為控制，無(wú)人機(jī)之間進(jìn)行組網(wǎng)、通信、數(shù)據(jù)共享，在發(fā)射或投放出去后能自主編隊(duì)，集中到一起，互相配合，完成對(duì)區(qū)域目標(biāo)的電子戰(zhàn)任務(wù)命令。該項(xiàng)技術(shù)包含不同作戰(zhàn)樣式：可搭載不同類(lèi)型電子戰(zhàn)裝備與傳感器，通過(guò)資源合理配置，完成對(duì)大范圍區(qū)域目標(biāo)的偵察、探測(cè)與跟蹤；釋放假目標(biāo)，欺騙敵防空指揮系統(tǒng)，誘騙敵方雷達(dá)開(kāi)機(jī)，從而對(duì)其定位，掌握其防空部署或摧毀敵雷達(dá)；對(duì)敵飽和攻擊，掩蓋己方實(shí)際作戰(zhàn)實(shí)力，耗費(fèi)敵防空作戰(zhàn)資源，為后續(xù)打擊奠定基礎(chǔ)。

無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)指揮平臺(tái)是仿生自然界中蜜蜂群居以及受到攻擊時(shí)群起而攻之的特性而提出的，該項(xiàng)技術(shù)結(jié)合了無(wú)人機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與蜂群群居的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在：

(1) 無(wú)人機(jī)群組作戰(zhàn)指揮平臺(tái)解放了人力，避免了飛行員的傷亡。

(2) 無(wú)人機(jī)群組作戰(zhàn)指揮平臺(tái)采用體積小、成本低，靈活性好的無(wú)人機(jī)，降低了作戰(zhàn)的成本。

(3) 無(wú)人機(jī)群組為作戰(zhàn)平臺(tái)，可搭載不同電子戰(zhàn)系統(tǒng)，催生了新的作戰(zhàn)模式。

(4) 分布式的無(wú)人機(jī)群組作戰(zhàn)指揮平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)相互通信，數(shù)據(jù)共享，相互配合，并非群組內(nèi)只有一個(gè)指揮中心，在被摧毀后就無(wú)法繼續(xù)作戰(zhàn)，因此到達(dá)了去中心化的目的，降低系統(tǒng)被破壞的敏感性。

(5) 單個(gè)無(wú)人機(jī)不會(huì)對(duì)敵造成嚴(yán)重的威脅，但無(wú)人機(jī)群組能利用數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，產(chǎn)生驚人的力量，給敵方造成威脅。

然而，有優(yōu)勢(shì)就有不足，無(wú)人機(jī)群組作戰(zhàn)指揮平臺(tái)并非完美無(wú)缺的，同時(shí)也存在一些不足，主要體現(xiàn)在：

(1) 無(wú)人機(jī)飛行速度慢，最快可達(dá)250 km/h，飛行速度慢容易成為戰(zhàn)斗機(jī)靶標(biāo)，也給予防空作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)以更多的反應(yīng)時(shí)間。

(2) 無(wú)人機(jī)航程短，雖然現(xiàn)在技術(shù)快速發(fā)展，但小型無(wú)人機(jī)本身的體積小，所攜帶燃料少，而電動(dòng)無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力則比油動(dòng)的更弱，因此其作戰(zhàn)半徑小，增加了發(fā)射無(wú)人機(jī)平臺(tái)被戰(zhàn)斗機(jī)打擊的風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 制空能力弱，相比于戰(zhàn)斗機(jī)，無(wú)人機(jī)靠軟件控制，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，無(wú)人機(jī)還不是戰(zhàn)斗機(jī)的對(duì)手。

目前，無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)快速發(fā)展，主要項(xiàng)目介紹如表3所示。

3 無(wú)人機(jī)群組認(rèn)知電子戰(zhàn)概述及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 無(wú)人機(jī)群組認(rèn)知電子戰(zhàn)概述

目前，關(guān)于該方向研究的公開(kāi)文獻(xiàn)鳳毛麟角，2016年，蘇抗等人發(fā)表文章，提出基于認(rèn)知云的無(wú)人機(jī)群組信息對(duì)抗系統(tǒng)[17]，突破了傳統(tǒng)電子戰(zhàn)的模式，文中通過(guò)云計(jì)算網(wǎng)，融合無(wú)人機(jī)群感知結(jié)果，形成總體態(tài)勢(shì)感知，再制定干擾策略，調(diào)度無(wú)人機(jī)實(shí)施攻擊。該方法的認(rèn)知云計(jì)算中心被摧毀后，無(wú)人機(jī)群組就無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)；若為防護(hù)云計(jì)算中心，使云計(jì)算中心在距離較遠(yuǎn)的后方，則無(wú)人機(jī)群組與云計(jì)算中心的實(shí)時(shí)可靠通信可能無(wú)法保障，在拒止環(huán)境與反介入系統(tǒng)中，無(wú)人機(jī)群組與云計(jì)算中心的通信會(huì)被打斷。

表3 無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)技術(shù)主要項(xiàng)目列表Table 3 List of main programs of UAV bee colony warfare technology

在人工智能與電子戰(zhàn)技術(shù)快速發(fā)展的今天，智能化的電子戰(zhàn)裝備無(wú)疑是電子戰(zhàn)裝備發(fā)展的趨勢(shì)。近年來(lái)，追求成本低，靈活性好，具有數(shù)量規(guī)模優(yōu)勢(shì)以及能夠避免飛行員傷亡的無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)也快速發(fā)展，且認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)與無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)都分別進(jìn)行了原理樣機(jī)與投放實(shí)驗(yàn)，且2016年，無(wú)人機(jī)載電子干擾系統(tǒng)綜合微波組件、“光矛”無(wú)人機(jī)載干擾機(jī)、先進(jìn)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)(ARDS)等系統(tǒng)均取得不同程度進(jìn)展。因此，本文提出基于無(wú)人群組平臺(tái)的認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)，這在理論上是可行的。

無(wú)人機(jī)群組認(rèn)知電子戰(zhàn)是無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)與認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本思想是以無(wú)人機(jī)群組為作戰(zhàn)指揮平臺(tái)，搭載認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)，在無(wú)人機(jī)群組發(fā)射或投放出后，實(shí)現(xiàn)自行編隊(duì)，分布式組網(wǎng)，對(duì)某區(qū)域或某區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)，執(zhí)行認(rèn)知電子戰(zhàn)任務(wù)。其基本架構(gòu)如圖2所示。

圖2 無(wú)人機(jī)群組認(rèn)知電子戰(zhàn)架構(gòu)Fig.2 UAV group CEW architecture

無(wú)人機(jī)群組認(rèn)知電子戰(zhàn)改變了傳統(tǒng)電子戰(zhàn)作戰(zhàn)模式單一的特點(diǎn)，催生了新的作戰(zhàn)模式，其主要特點(diǎn)有：

(1) 能夠感知環(huán)境結(jié)果，針對(duì)同一區(qū)域不同目標(biāo)分別實(shí)施不同的認(rèn)知對(duì)抗策略，即同時(shí)對(duì)抗多種類(lèi)型的威脅。

(2) 其分布式的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了無(wú)人機(jī)群組認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)的抗摧毀性，其中一架無(wú)人機(jī)被摧毀后，并不影響編隊(duì)中其他無(wú)人機(jī)繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

(3) 拒止環(huán)境與反介入系統(tǒng)中，無(wú)人機(jī)群組與認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)均可形成閉環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)共享、智能學(xué)習(xí)后自主決策，提高系統(tǒng)的工作能力。

3.2 無(wú)人機(jī)群組認(rèn)知電子戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)

在研究無(wú)人機(jī)群組認(rèn)知電子戰(zhàn)的過(guò)程中，涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有：

(1) 無(wú)人機(jī)群組編隊(duì)技術(shù)

無(wú)人機(jī)群組在投放或發(fā)射后要自主編隊(duì)，即有效安全的自組織網(wǎng)絡(luò)，自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)遵循以下原則：便于快速實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)群組間的數(shù)據(jù)共享，結(jié)構(gòu)便于信息傳輸；眾多無(wú)人機(jī)之間的能協(xié)調(diào)與配合；無(wú)人機(jī)群組間應(yīng)避免發(fā)生相互干擾。

(2) 認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)

認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)設(shè)計(jì)的主要模塊有：認(rèn)知偵察模塊、對(duì)抗措施合成模塊、干擾效果在線(xiàn)評(píng)估模塊以及知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建模塊。認(rèn)知偵察模塊主要是對(duì)周?chē)h(huán)境感知，對(duì)目標(biāo)狀態(tài)、行為等進(jìn)行識(shí)別，威脅等級(jí)評(píng)估；對(duì)抗措施合成模塊包括干擾樣式選擇、干擾波形優(yōu)化、干擾資源調(diào)度干擾；干擾效果在線(xiàn)評(píng)估模塊研究干擾效果的評(píng)估流程、指標(biāo)體系等；知識(shí)庫(kù)的模塊包括動(dòng)態(tài)威脅庫(kù)、干擾規(guī)則庫(kù)的組成、結(jié)構(gòu)及更新。

(3) 人機(jī)交互技術(shù)

雖然高技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子裝備，無(wú)人機(jī)群組認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)趨于智能化，人依然是決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的因素，加之無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程控制難度大，如何實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)與空中指揮機(jī)的有效信息溝通，即人機(jī)交互技術(shù)，也是研究的重點(diǎn)之一。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，美國(guó)開(kāi)展了多項(xiàng)關(guān)于認(rèn)知電子戰(zhàn)與無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)項(xiàng)目的研究，無(wú)人機(jī)群組認(rèn)知電子戰(zhàn)技術(shù)結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)，即降低了電子戰(zhàn)裝備的成本，減免人員傷亡，又能自主感知周?chē)h(huán)境，自主生成對(duì)抗決策并進(jìn)行評(píng)估，因此，該項(xiàng)技術(shù)催生了新的作戰(zhàn)模式，可以預(yù)見(jiàn)，該項(xiàng)技術(shù)在不就的將來(lái)將應(yīng)用于航天、智能組網(wǎng)裝備等高技術(shù)領(lǐng)域中，這是是電子戰(zhàn)發(fā)展的趨勢(shì)，但從提出到裝備研制成功還有很長(zhǎng)的路要走。

[1] 張珂, 張璇, 金家才. 認(rèn)知電子戰(zhàn)初探[J]. 航天電子對(duì)抗, 2013, 29(1):53-56.

ZHANG Ke, ZHANG Xuan, JIN Jia-cai. Elementary Study on Cognitive Electronic Warfare[J]. Aerospace Electronic Warfare, 2013, 29(1):53-56.

[2] 沈妮, 肖龍, 謝偉, 等. 認(rèn)知技術(shù)在電子戰(zhàn)裝備中的發(fā)展分析[J]. 電子信息對(duì)抗技術(shù), 2011, 26(6):22-26.

SHEN Ni, XIAO Long, XIE Wei, et al. Development of Cognitive Electronic Warfare System[J]. Electronic Information Warfare Technology, 2011, 26(6):22-26.

[3] MITOLA J I, MAGUIRE G Q J. Cognitive Radio: Making Software Radios More Personal[J]. IEEE Pers Commun, 1999, 6(4):13-18.

[4] HAYKIN S. Cognitive Radar: a Way of the Future[J]. IEEE Signal Processing Magazine, 2006, 23(1):30-40.

[5] 張春磊.2016年度世界電子戰(zhàn)領(lǐng)域動(dòng)態(tài)研究報(bào)告[EB/OL].(2017-02-01) [2017-01-03].http://mp.weixin.qq.com- /s/ndnXamPyTNhpeNrVik0Y9A##.

ZHANG Chun-lei. 2016 EW Dynamic Research[EB/OL]. (2017-02-01)[2017-01-03].http://mp.weixin.qq.com- /s/ndnXamPyTNhpeNrVik0Y9A##.

[6] 賈鑫, 朱衛(wèi)綱, 曲衛(wèi),等. 認(rèn)知電子戰(zhàn)概念及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 裝備學(xué)院學(xué)報(bào), 2015(4):96-100.

JIA Xin, ZHU Wei-gang, QU Wei, et al. Concept of Cognitive Electronic Warfare and It’s Key Technology[J]. Journal of Equipment Academy, 2015(4):96-100.

[7] DARPA. Behavior Learning for Adaptive Electronic Warfare[R/OL]. (2017-02-01)[2010-10-06].https://www.fbo.gov.

[8] DARPA. Adaptive Radar Countermeasures[R/OL]. (2017-02-01)[2012-8-27].https://www.fbo.gov.

[9] Air Force. Cognitive Jammer[EB/OL]. (2017-02-01)[2010-1-20].https://www.fbo. gov.

[10] DARPA. Communications Under Extreme RF Spectrum Conditions[R/OL]. (2017-02-01)[2010-9-10].https://www.fbo.gov.

[11] 陳晶. 解析美海軍低成本無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)[J]. 飛航導(dǎo)彈, 2016(1):24-26.

CHEN Jing. Analysis of the US Navy Low Cost UAV Bee Colony Technology[J]. Aerodynamic Missile Journal, 2016(1):24-26.

[12] DARPA. Gremlins [R/OL]. (2017-02-01)[2015-09-16].https://www.fbo.gov.

[13] ONR. Swarming UAVs Could Overwhelm Defenses Stcffentive-1y[EB/OL]. (2017-02-01)[2015-4-23].http://aviationweek.com/- technology/onr-swarming-uavs-could-overwhelm-defenses-cost-effectively.

[14] DARPA. Collaborative Operations in Denied Environment[R/OL]. (2017-01-28)[2014-05-25].https://www.fbo.gov.

[15] DARPA. Communications in Contested Environments[R/OL]. (2017-01-28)[2013-12-20].https://www.fbo.gov.

[16] Daniel Patt. Dynamic Network Adaptation for Mission Optimization[R/OL]. (2017-01-28)[2015-10-14].https://www.fbo.gov.

[17] 蘇抗, 朱偉強(qiáng), 田達(dá),等. 基于認(rèn)知云的無(wú)人機(jī)群組信息對(duì)抗系統(tǒng)[J]. 航天電子對(duì)抗, 2016, 32(5):5-7.

SU Kang, ZHU Wei-qiang, TIAN Da, et al. UAV Cluster Information Countermeasure System Based on Cognitive Cloud[J]. Aerospace Electronic Warfare, 2016, 32(5):5-7.