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未來認知電子戰何去何從

2023-04-18 11:37:56

來源:光明軍事

前不久,美國智庫蘭德公司發布的名為《在電磁頻譜中智勝敏捷對手》的研究報告中,再次強調了未來電子戰建設要進一步增強機器學習算法,提升裝備認知效能,讓各電子平臺能自主學習、動態調整、適應各類威脅,并要求依靠認知系統,在極短的時間內利用機器自主地完成對目標識別和分析的功能,種種跡象表明美軍未來電子戰正在朝著認知未來闊步邁進。

      目前傳統電子戰系統正面臨著復雜電磁環境下對未知威脅目標偵察難、針對靈活多變作戰目標對抗難和面向非合作對抗目標干擾效果評估難的三大挑戰,電磁設備指數級別的發展和新型未知目標的不斷涌現使得信息化戰場中從海量信號中迅速截獲和分選并識別目標的難度越來越大,電子對抗中先驗信息的依賴性也隨之逐步提高。同時對抗目標靈活切換的工作模式以及不斷提高的智能化程度都進一步加大了電磁戰場的對抗難度。此外,在實際作戰條件下大多面臨的是非合作對抗目標,有效可靠的評估指標很難獲得,對抗效果評估不足則戰場作戰效率也會相應的大打折扣,因此認知電子戰“應運而生”。那么信息化戰場下的認知電子對抗系統究竟是什么,它到底能否實現“智能化戰場”,又有何特點和發展趨勢?
認知電子戰通常被定義為:是以具備認知性能的電子戰裝備為基礎,注重自主交互式的電磁環境學習能力與動態智能化的對抗任務處理能力的電子戰形態。簡單說就是人工智能電子戰,是人工認知到機器認知的轉型和升級。現代雷達通信技術體制更加先進,信號環境更加復雜多變,而電子對抗戰又是一個動態博弈的過程,人工研判的方式已經難以適應現代電子戰爭,為此打造一個具備“對抗與學習相結合“的能力的電子戰裝備,通過自主交互學習來感知電磁環境,并在此基礎上,動態調整以適應復雜變化的電磁信號,是適應未來電子戰強強博弈的必然趨勢。
那么如何設計一個具有認知功能的電子戰設備?可將認知電子戰系統框架分為四個模塊:認知偵察模塊、對抗措施合成模塊、智能干擾模塊、動態知識庫模塊。
認知偵察模塊的功能為通過自適應信號處理算法分析出目標信號的特征,并將特征信息傳遞給對抗措施合成模塊和智能干擾模塊。對抗措施合成模塊則是根據偵察模塊提供的環境信息更新決策數據庫,并自動合成能夠有效打擊目標的對抗手段。智能干擾模塊則進行干擾效能評估、制定電子攻擊方案、優化技術參數和干擾波形。動態知識庫則是為其他模塊提供先驗知識,并根據新反饋信息及時學習和更新,以此形成一個閉環。認知電子戰與傳統電子戰的一大區別就是電子戰系統形成了一個閉環,通過感知外部的電磁環境,在大量數據中提取有關目標電磁信號的信息,實時地制定出電子攻擊最佳方案,在完成攻擊后,按照性能評估結果,優化參數設置和控制策略,不斷更新和改進自適應門限和算法,調整下一次的打擊策略。通過形成一個機器自主學習的閉環系統,以此提高電子戰系統的智能化能力和自適應能力。理論上講,若有強大硬件的支持,認知電子戰系統可通過重復的自主學習在多次迭代的條件下選擇對各種目標的最優戰法。

      縱觀局勢,認知電子戰特點和發展現狀如何?
一、解決復雜電磁環境和精確態勢感知的“利器”。認知電子戰基于認知學習的基本框架,能夠做到以動態學習的能力從專家未曾設想的方式作出反應,從而有可能實現輻射源之間“精細”區別,而這些區別往往是由制造層面的無意調制的波形所引發的,是專家通過經驗理論往往難以甄別的“指紋特征”,因此認知電子系統在精確態勢感知上擁有更大優勢。
F-35這一世界上最先進戰機上最重要的特性便是認知電子戰,2018年,BAE系統公司將數字信道化接收機/技術發生器和調諧器插入項目技術引入了生產流程;2019年,BAE系統公司完成F-35電子戰的升級改進,成功將新的認知技術插入AN/ASQ-239電子戰系統,能為飛行員提供實時戰場空間態勢感知和快速反應能力,大大提高了戰機的應戰反應能力。
二、實現智能決策和認知對抗的有效“工具”。目前認知雷達和認知無線電的最大特點就是其認知能力,它可以做到根據周邊的電磁環境自主地選擇最優的信號波形并設置其具體的脈間和脈內參數,做到智能化和高效化。而傳統的電子對抗系統在面對認知電子對抗系統時往往會“手忙腳亂”,作戰效率大打折扣。認知電子對抗系統能夠做到分析目標信號—智能決策—最佳干擾,并且通過環境帶來的反饋進一步調整對抗策略,進一步優化干擾措施,表現的更加靈活高效。
以美國為首的發達國家在認知電子戰領域開展了廣泛研究,其中代表性的項目便是“行為學習自適應電子戰”(BLADE)項目,該項目在2010年由美國DARPA發布BLADE項目公告,然后授予洛克希德·馬丁公司、雷聲公司等開展研究,項目周期51個月,是美國國防部認知電子戰的先驅。項目核心在于開發機器學習算法和技術,快速探測并表示新的無線電威脅,動態生成新的對抗措施,并根據空中觀察到的威脅變化,提供精確的戰斗損傷評估。
三、提升電子對抗系統隱蔽和抗毀性的“催化劑”。在面對傳統電子干擾系統的高功率干擾時,認知電子對抗系統也表現出了更加優越的隱蔽和抗毀性。傳統常規電子干擾系統往往采用高功率的單一方式來壓制敵方信號,容易暴露并招致反輻射打擊,而認知電子戰系統則能做到基于認知偵察模塊的精確態勢感知,針對具體情況自主分析,從而對敵信號實施精確有效的干擾,不但減輕了干擾的載荷負擔,也使得自身的隱蔽性大大提高。而作為老牌軍事強國,俄羅斯在這一方面也取得了相當不錯的成就。
俄軍的“克拉蘇哈-4”電子戰系統和“希比內”電子戰系統均采用了大量的人工智能和認知電子戰技術,能夠自主地進行偵察和干擾,具有實時性強,自適應能力好,擁有威脅等級評定能力的特點,其精確高效的干擾方式也有效地避免了敵方的反輻射偵察和打擊,大大提高了俄軍的陸基作戰能力。
四、拉近賽博戰和電子戰的距離的“橋梁”。作為高層次(網絡層、應用層)的信息對抗的方式,賽博戰缺乏更加底層的對抗模式,比如低層次(物理層、鏈路層)的對抗手段與技術,而傳統電子戰無論是在偵察感知還是干擾欺騙上都不足以匹配賽博戰,但認知電子戰卻能在其強大的自主學習和智能決策的框架下進一步拉近賽博戰和電子對抗的距離,為實現網電一體化作戰打下了基礎。
2016年,美國成功推出了世界首套認知電子戰系統,即Exelis公司研制的破壞者SRX電子戰系統。該系統首次采用了認知電子戰技術,已成為電子戰技術發展史上的一個重要里程碑。SRX系統代表了下一代電子戰技術,可以提供在不斷變化的環境中奪取勝利所需的自適應、可遠程重新編程等功能,并集成到手掌大小的模塊中。破壞者SRX系統可以實現全譜覆蓋,與平臺無關,非常適合于海上、空中和地面作戰環境。可以說認知電子戰在今天已經從理論走向了實踐,在技術研究不斷深化的同時,不斷向更加高層的信息對抗模式靠攏,在更多的平臺上得到了應用。
      未來認知電子戰該“何去何從”?認知電子戰技術具有廣泛的應用前景,不僅有助于傳統電子戰系統的更新和適應能力提升,而且在探討信息戰中新型電子對抗策略中發揮著指導作用。借助人工智能技術,認知電子戰有潛力解決在復雜電磁環境中精準掌握戰斗態勢的問題,同時能夠有效地制約敵方投入的智能武器系統。可以預見,隨著現代武器智能程度的持續提升,具備實時動態學習能力的認知電子戰技術將成為電子對抗發展的必然趨勢和最佳選擇。
隨著深度學習技術的普及和發展,認知電子戰將日益依賴于深度學習技術來實現自動的信號識別和分類,從而大大提高了戰術行動的準確性和效率。未來認知電子戰還將探索多模態信息融合技術,以增強對多源信息的實時更新和敵方戰術行動的預判能力。
未來的認知電子戰將實現更高程度的自主決策和智能化補償。通過實時分析戰場環境,系統將可以快速決策和節約人力成本。同時,認知電子戰將朝著云端協同和集成的方向發展,利用云技術進行大規模數據分析和處理,以快速響應戰場的變化和挑戰。
未來認知電子戰的維護和管理將通過人工智能技術,實現自動化部署、巡檢和故障診斷。這一舉措將有效減輕人員負擔并降低維修成本。在未來,認知電子戰技術將不斷努力朝著更加智能化、自主化、自適應的方向發展,以適應現代化武器智能程度的不斷提高,成為電子對抗發展的必要趨勢和最優選擇。此外,虛擬現實技術將可以充分利用虛擬現實仿真環境進行電子對抗的訓練和實驗,提高實戰效能。
新一代通信技術如5G、6G等將為電子戰帶來更多的機遇和挑戰。如更高速率的通信、更廣泛的頻段、更多的通信方式、更智能的通信終端等等,但也帶來了更多復雜的數字信號、更多元的帶寬、更多安全和隱私問題等。
盡管未來的認知電子戰將面臨多方面的挑戰,但是也會有更多的機遇和創新。未來認知電子戰將逐步實現更高程度的自主化、智能化和自適應化,為國家安全和軍事現代化提供更加可靠、高效的支持。
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