认知雷达，对抗先进电子威胁、缓解频谱拥塞 留言

现代雷达面临着日益复杂的作战环境，无数的任务/模式、目标数量和类型、非均匀杂波和战场有源干扰机都使环境更加复杂。因此，现代雷达必须具有调整发射波形的能力，有适应特定雷达任务和环境的作战需求。

目前，硬件性能方面的研究进展是，具有生成任意(相位和幅度)设计波形的能力，高运算能力的设备(比如FPGA、每秒千兆采样速率的A/D和D/A转换器)和机器学习算法，是认知和自适应雷达项目的其他推动因素。

由于研发先进电子战系统，现代电子战战场变得更加复杂和致命。目前正在研发下一代电子战(EW)技术，该技术可以快速探测、定位和识别所有威胁波段，以及所有方向的射频信号发射机。

研发认知雷达可能会解决这个问题，认知雷达是一种基于感知-行动周期的系统，它可以感知环境并从环境中学习关于目标及其背景的重要信息，然后根据作战目标调整发射波形，实现最佳的作战效能。

认知和自适应雷达具有识别无线电和传感器干扰威胁的能力，可以在不影响友军信号的情况下发射干扰信号。它们能够感知环境，并进行自适应发射和信号处理实现最佳的作战效能，降低日益复杂的电磁环境干扰。它们也可以担负多目标探测任务，能够与其他必须在互不干扰的情况下工作的雷达、通信和电子系统协同工作。

认知雷达能够与环境进行智能交互，基于环境感知和专家推理调整发射和接收功能，实现最佳的输出信噪比、信杂比，提供最优的目标识别能力。

认知雷达是一种能够选择适应雷达环境的发射波形的雷达系统，采用接收机到发射机的反馈结构。认知雷达系统的性能优化可以通过以下三个途径：一是从环境中学习的智能信号处理方法；二是接收机到发射机的反馈；三是信息存储。 

美陆军装备司令部的通信与电子研发与工程中心(CERDEC)正在研发自适应保密雷达技术。该中心目前已经研发了先进脉冲压缩噪声(APCN)波形，它是一种新型噪声加密雷达波形，可以通过实时编程优化雷达性能。

CERDEC情报与信息战局的雷达科研专家Mark Govoni博士认为，加密雷达波形可以限制敌方拦截和利用雷达发射信号的可能性。实时编程波形将进一步增强这种能力，确保己方作战行动的有效性。该新技术旨在保护雷达系统在受扰和高密度无线电频率环境中正常发挥作战效能。

CERDEC情报与信息战局长Paul Zablocky博士说：“战场空间瞬息万变，要求我们改变对雷达设计的看法。”实时可编程波形合成和低截获概率/低探测概率(LPI/LPD)等技术可以提高雷达的作战能力，使我们的士兵未来能够应对可能面临的新的电磁频谱挑战。

未来的自适应和认知雷达将带来更大的挑战，因为它们能够感知环境，并进行自适应发射和信号处理，可以实现最佳的作战效能并降低干扰带来的影响。

DARPA已经实施了自适应雷达对抗(ARC)项目，旨在使机载电子战系统能够自动制定对抗新雷达、未知雷达和自适应雷达的有效对策。

自适应雷达对抗技术可以实现以下功能：从敌方、友军和中立信号中筛选未知雷达信号；推断该雷达的威胁等级；合成和发射对抗信号，实现对威胁雷达的预期干扰效果；空中监视威胁行为并评估对抗措施的有效性。

John Keller说，雷达和电子战系统迅速适应环境的新能力，正上演一场电子猫鼠游戏，对抗的节奏越来越快，雷达系统寻求比电子战系统更快地适应环境，同样电子战系统寻求干扰任何适应性更快的雷达。

认知雷达由众多研究学科构成，包括自适应雷达、基于知识的处理、波形优化和自适应、机器学习和模式预知以及自适应频谱感知。

自适应传感的挑战在于，传感系统必须能够应对多种类型的地形(例如城市、农村、郊区和沿海地区，或几类地形的组合)，应对许多不同类型的目标(例如地面移动目标、机载和空间平台)，应对可供发射信号的无干扰射频频谱(即对抗/拥塞)越来越少。综合考虑上述因素，有必要优化使用既有资源以达到最佳的系统作战效能。

发射波形设计对雷达系统的性能和效能有着重要影响。过去十年中，研发了用于目标探测和识别的自适应波形设计，最近大部分研究都专注于雷达波形优化，Vahid Karimi和伊朗设拉兹理工大学电子工程系的其他人员共同开展这项研究。

在这些方法中，一种方法是在系统、干扰、杂波和目标的特定模型实现最佳的信噪比(SNR)。另一种方法是基于Bell最先提出的交互信息。Bell演示了如何从给定的信号集中估算目标参数，设计雷达波形使其在接收信号和目标参数间实现最佳的交互信息。

现代雷达技术不仅需要探测目标，还需要具有大小、敌我识别功能，有时甚至需要提供目标的雷达图像。非合作目标识别是许多现代雷达的工作模式之一，它能够识别不同类型的目标，如战斗机、舰船、导弹和直升机。

非合作目标识别需要基于频谱特征进行识别的高级算法，也需要通过成像分类目标。MathWorks公司的航空航天和国防销售经理Jon Friedman说：“算法和逻辑可以调整和更新数字信号处理，任何智能系统都只能像你培训它时那样智能，所以有这样的环境去做这些是非常重要的。”

未来的自适应和认知技术将基于FPGA，用于雷达信号和数据处理应用，因为它能够处理快速变化的信息，而且具有在飞行中针对变化的工作环境重新编程的能力。渥太华通用智能平台传感器处理平台产品经理Dan Veenstra说：“FPGA是唯一一种具有极低延迟和预期响应的可编程计算设备。”

Veenstra说，系统设计者正在研究具有嵌入式微处理器的新一代智能FPGA，不仅可以提高性能，而且能够缩小电子元件，节约尺寸、重量和功率(SWAP)。

现代雷达、通信和监视系统采用的数字接收机的性能，通常受制于数字化接收信号的模数转换器(ADC)的性能。超快模数转换器在军事应用中非常重要，例如军用软件无线电、雷达和电子对抗(ECW)需要高采样率和大带宽。

自适应和认知雷达预计将基于SDR架构，将高性能的模数转换器(ADC)连接到天线，并改变许多典型的射频功能，例如滤波、解调和其他数字信号处理。

一个千兆采样速率的模数转换器，能够将多个窄带和宽带信道组合为一个超宽带信道。将原来的模拟信道转换为FPGA，通过软件动态控制频率和带宽，可以实现最佳的系统灵活性和可重构性。

模数转换器也是很重要的设备，用于将数字信号处理的信号输出到收发机天线。TDAC-25是Tektronix公司(位于美国俄勒冈州比弗顿)的组件解决方案，它是一种10位模式转换器，封装为应用型专用集成电路(ASIC)，采样速率可以达到每秒25千兆。

原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）