基于强化学习的雷达干扰决策技术研究与系统实现
本文是一篇决策模拟论文，本篇文章以强化学习为理论基础，探讨了对抗多功能雷达场景下的智能干扰决策技术。
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
随着现代战争呈现出电磁环境日益复杂、目标环境更加多样、背景情况不断变化等显著特征，电子战在激烈的演变竞争中崭露头角[1]。在电子战这一充满高科技含量的战场上，雷达所发挥的作用极为关键，承担着精确测量、实时信号侦察、干扰以及防御等一系列核心任务。当面对来自雷达的威胁时，实施对抗的一方需要借助干扰技术，以此来中断目标侦察信息的获取过程，同时瓦解雷达的作战策略，为己方在干扰行动中赢得胜利创造坚实条件。在2022年爆发的俄乌冲突当中，俄罗斯军队的飞机配备了多种电子战装备，像莫斯科-1、克拉苏哈-4、摩尔曼斯克-BN等，这些装备给乌克兰的无人机以及地面防空通信系统给予了相当大程度的破坏[2]。在电子对抗这个特定领域内，雷达干扰技术所占据的地位十分关键。
随着硬件设备不断地更新换代，软件算法也逐渐趋向完善，在这样的背景下，雷达技术取得了较大的发展，实现了从以往传统的单一模式向复合型智能系统的大步跨越。当下那些较为先进的雷达系统具备很强的灵活性，不但能够对波形参数加以调整，而且还能对工作频段进行灵活变动，除此之外，还可以凭借多维信号处理技术，较为有效地去应对复杂战场环境里面存在的电磁干扰相关问题[3]。就在这样的情形之下，人工智能被广泛且深入地应用起来，而这也正促使着军事装备朝着自主决策的方向不断演进发展。新一代的雷达装备在努力提升自身动态部署能力的同时，也在不断增强环境适应性，并且还颇具创新性地参考借鉴了生物系统所具备的学习机制，把环境感知功能以及智能决策功能紧密地结合到了一起。正是这样的技术层面的突破，使得装备在多层次的攻防对抗过程当中，能够展现出颇为显著的战术效能，这无疑极大地增加了敌方在实施有效电子对抗之时进行决策的难度。
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1.2 国内外相关研究进展
1.2.1 雷达干扰技术发展现状
近年来，大国之间的竞争加剧，电子战领域也迎来了关键的转型阶段。2021年标志着美国在认知电子战领域迈出了重要的一步。3月，美国空军推出了一种有源/无源告警与生存系统，该系统将人工智能和机器学习技术整合进F-15“鹰”系列战斗机，目的是在复杂的电磁环境中对抗新兴威胁。6月，美国海军的“下一代干扰机”项目实现了中波段干扰吊舱的飞行测试。紧接着，美国空军对该项目中干扰吊舱的机载电子攻击能力进行了评估，从多个角度分析了其实施的可能性。此外，美军还对“猛虎II”电子战系统进行了飞行测试，该系统主要部署在旋翼和固定翼飞机上，为作战单位提供了关键的分布式、网络化机载电子战能力[4]。
全球电子战发展历程中，其他国家也发展迅速。俄罗斯已在实战中部署了“克拉苏哈”电子战系统[5]，此系统能够执行对敌方通信网络的大范围、宽频带、高噪声干扰任务。在侦测敌方目标飞行过程中，它同样可作为防护系统使用。一旦截获敌方的辐射信号，系统便能自动进行全程干扰，无需人工干预。它在认知电子战领域中，是一款具有标志性的武器装备。在俄军中，另一种被广泛认知的电子战武器为“希比内”系统[6]，此系统显著的特性在于融合了先进的智能技术，不仅搭载了丰富的存储应用资源，而且能够根据作战环境进行自我调整，集侦察、干扰、威胁评估等多项功能于一身。2021年3月，日本为其军事战斗单位引入了网络电子战系统，该系统的工作频率范围广泛，包括了军用卫星和雷达系统等关键频率范围，并具备电子支援和电子攻击的功能。同年，欧盟委员会同样推动了一系列电子战项目的研发工作。“卡耳门塔”计划采用了智能感知算法来增强飞行平台的主动防护性能，推动了电子战向智能化方向的发展[7]。
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第2章 相关理论及技术
2.1 雷达工作原理
雷达工作原理还得依据雷达的工作模式来展开：雷达的工作模式由其周边条件与作战需求共同作用决定。针对不同的探测目标和电磁背景，雷达会依照实际情况调整其工作模式。对于多功能雷达来说，其波形、相位以及能量分配的动态调整能力，使其任务适应性更强，工作模式转换也更加多样和精细。作为干扰方，要掌握雷达的工作模式，以便更有效地选择干扰的类型和参数。基于上述情形，本部分将对典型工作模式展开简要探讨。
2.1.1 目标探测
雷达目标探测的核心工作是通过电磁波扫描实现目标定位。该模式通过定向发射探测波束并接收反射信号从而完成工作循环。当系统检测到有效反射波时即判定存在目标物体，随后通过信号解析可初步推算目标方位参数。为保证扫描有效性，需合理规划雷达覆盖区域，在保持设备性能的前提下尽可能扩展监测空间。
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2.2 有源干扰技术
干扰机制的分类通常基于信号源特性、作战单元空间分布及作用原理等要素[50]。从对抗效果差异角度，主要存在两种干扰类型：压制干扰与欺骗干扰。
2.2.1 压制干扰
压制干扰无需掌握雷达系统参数即可实施有效对抗。该技术依托于主动发射宽谱噪声或准噪声波形，通过抬升本底噪声电平使接收端信噪比急剧劣化，同时结合全频段覆盖优势实现真实信号的遮蔽效应[51]。传统的实施方法大多是利用噪声对雷达波形在幅度、相位以及频率域进行调制，而创新型压制干扰策略则是引入目标回波与干扰信号在时域的卷积处理，以此来提高干扰的效能。下面是各类压制式干扰技术的特征对比情况：
⚫ 噪声调幅干扰
噪声调幅作用下的干扰信号呈现出较为十分突出的随机特征，其幅值起伏比较大。即便干扰与回波的特征比较相近，可仍然很难彻底将真实目标掩盖住，使得目标被识别的概率相对来说比较高。不过该技术有操作简单以及适用性广等优点。
⚫ 噪声调频干扰
噪声调频干扰对于雷达系统有和距离相关的压制特性。在远距离的条件之下，这种干扰方式可有效地覆盖目标回波信号。但随着目标逐渐接近，因为回波功率和距离的四次方成反比这一物理特性，目标信号强度的增幅远远超过干扰功率，致使干扰压制效果呈指数级衰减。此类干扰手段的有效作用区间主要存在于雷达探测的中远距离段。
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第3章 基于多策略融合麻雀搜索算法的干扰效果评估方法 ............ 29
3.1 干扰效果评估因素 ................................ 29
3.2 干扰效果评估算法 ........................... 32
第4章 基于启发式自适应探索强化学习算法的战情自适应干扰决策方法 ................................. 45
4.1 雷达干扰分析 .................................. 46
4.2 雷达干扰决策算法 ............................ 47
第5章 智能化雷达干扰系统的设计 ........................... 61
5.1 系统分析 ...................................... 61
5.1.1 系统目标 ............................ 61
5.1.2 系统需求 ......................... 62
第5章 智能化雷达干扰系统的设计
5.1 系统分析
5.1.1 系统目标
根据系统功能要求，该便携式有源干扰机主要研制干扰主机（主控单元，数字处理单元、微波变频单元和电源模块）、功放单元、天线单元、射频线缆和控制设备。
便携式有源干扰机能够侦收0.03～12GHz雷达信号，并对雷达信号进行侦察、分选、测量、识别、记录、统计、干扰效果评估和显示；同时，具备智能化干扰决策功能，可以根据侦收的信号快速引导产生相应雷达的干扰信号，并对雷达实施干扰。
同时系统设计时，需满足应用操作界面友好，易于操作；具备系统状态监测和故障诊断；具备数据记录与存储的需求。软件要具备操作系统兼容性，以满足不同的使用场景。信息安全方面，需考虑数据加密传输、用户身份认证、操作权限管理等。
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第6章 总结及未来展望
在电子战这个领域当中，干扰策略的制定对于战斗的最终成败有着直接的影响作用。要是能够选择出合适的干扰策略，那么便可提高战斗效果，这对于获取胜利来说是非常关键的一点。随着雷达技术快速地向前发展，针对干扰多功能雷达的决策技术也就提出了更高的要求。干扰决策可被看成是一系列有连续性的决策过程，而强化学习，作为一种经典的控制以及决策算法，格外适用于干扰策略的规划。本文所研究的主题以及创新点具体如下所示：
1、研究涉及多功能雷达的常规工作模式，剖析其运作机制以及参数特性。着重针对典型的有源干扰技术展开研究，分析干扰成效以及适用范围。对主流干扰决策方法开展系统研究，探讨群体智能优化算法在多功能雷达及认知电子战应用中的局限性以及形成原因。
2、研究了影响雷达干扰效果评估的关键要素，还提出了一种基于TGSLS-SSA算法的雷达干扰效果评估方法，此方法通过把Tent混沌、黄金正弦以及莱维飞行相结合来改进SSA，接着运用TGSLS-SSA对SVM的参数给予优化，以此达成对雷达工作模式的实时辨别，按照其工作模式以及威胁程度动态评估干扰效果。在仿真过程中，把TGSLS-SSA和GA-SVM、SSA-SVM、PSO-SVM在识别雷达系统工作模式方面做了比较，结果说明TGSLS-SSA的识别准确率是最高的，能达到99.7%。
参考文献（略）
