還是粉絲的留言：
這個(gè)粉絲有多次留言讓W(xué)君講講LPI雷達(dá)技術(shù)，不是特別想給大家潑冷水，但架不住大家想了解這一技術(shù)，就簡(jiǎn)單的說一下。
首先說這件事“雷達(dá)隱形這一方”并不靠譜。
說下理由：
LPI（Low-probability-of-intercept，低截獲率）雷達(dá)，這個(gè)技術(shù)并不是一個(gè)單一的雷達(dá)技術(shù)，就像是隱身戰(zhàn)機(jī)技術(shù)是一樣的，是以減少反射訊號(hào)、吸波蒙皮/涂層、紅外隱身、噪聲控制等一系列的技術(shù)綜合在一起達(dá)到“低可偵測(cè)”技術(shù)的一個(gè)復(fù)合體。
LPI也是通過了一系列的技術(shù)方式來“隱藏”雷達(dá)波的信號(hào)使自己在探測(cè)目標(biāo)的同時(shí)不容易被其他的偵測(cè)器材所感知的技術(shù)。用人話說就是——隱形雷達(dá)。
在初級(jí)軍迷的考量里面一些“黑科技”往往就會(huì)更有人氣，畢竟自己搞不清楚的神秘存在哪來忽悠就有了大筆的流量。
在W君這邊如果要一篇文章講完，那么就得從基礎(chǔ)來講了，要知道LPI的事情，就得從基本的雷達(dá)原理來說了。
雷達(dá)干的是什么活？說白了，就是發(fā)出一束電磁波，然后等它撞到目標(biāo)后反彈回來，通過測(cè)量回波信號(hào)的時(shí)間差和強(qiáng)度，來判斷目標(biāo)的距離、方位、速度。就跟你在山谷里喊一聲“喂”，然后聽回聲來估算對(duì)面的山和你的距離有多遠(yuǎn)的原理是一樣的。
那問題來了：你一喊整個(gè)山谷都聽見了，那“敵人”怎么可能聽不見？這就是雷達(dá)的原罪——它必須“自曝其身”，才能“看到別人”。所以傳統(tǒng)雷達(dá)就是個(gè)大喇叭：聲大，探測(cè)遠(yuǎn)，但也很容易被人發(fā)現(xiàn)。
其實(shí)這件事自從雷達(dá)出現(xiàn)的時(shí)候就被證明雷達(dá)是一種“愚蠢”的存在，二戰(zhàn)初期，英國(guó)和德國(guó)雙方都最先裝備了雷達(dá)系統(tǒng)。在裝備雷達(dá)系統(tǒng)的同時(shí)，德國(guó)就一直在琢磨著如何摧毀英國(guó)的雷達(dá)，讓自己的轟炸機(jī)能夠更加容易進(jìn)入英倫三島，在1940年8月13日-19日“海獅計(jì)劃”前期對(duì)英國(guó)的警戒雷達(dá)系統(tǒng)（本土鏈，Chain Home）的六個(gè)雷達(dá)站點(diǎn)進(jìn)行飽和轟炸，徹底的摧毀了一個(gè)雷達(dá)站，重創(chuàng)了另外五個(gè)。
導(dǎo)致英國(guó)的雷達(dá)警戒系統(tǒng)完全癱瘓。不過，這時(shí)候英國(guó)搞了一個(gè)空城計(jì)，通過不斷的依靠無線電發(fā)射機(jī)發(fā)送相同頻率的雷達(dá)信號(hào)，迷惑了德軍，讓德軍認(rèn)為英國(guó)有快速修復(fù)雷達(dá)的方案，而降低了雷達(dá)站的攻擊優(yōu)先級(jí)。
所以說，二戰(zhàn)英國(guó)雷達(dá)的勝利并不是來自雷達(dá)技術(shù)本身而是在于情報(bào)運(yùn)用的策略——兵者，詭道也。
從這件事也可以看出在二戰(zhàn)期間，雷達(dá)就暴露出自己的致命弱點(diǎn)。就是咱們之前聊到的，在山谷里面喊，大家都知道你的存在。
事情的轉(zhuǎn)機(jī)是這樣的，在二戰(zhàn)之后無線電的使用完成了從軍到民的普及，天空中的電磁波就不僅僅是通訊的電磁波和雷達(dá)波，還有方方面面的民用信道。這時(shí)候，雷達(dá)信號(hào)就可以被隱藏在民用無線電信號(hào)的電磁波之間了。
有一個(gè)說法，Wi-Fi 6 在中國(guó)使用的時(shí)候5GHz的信號(hào)并不能使用完整，其中的一部分信道不能使用，這是因?yàn)檫@個(gè)些信道是我國(guó)的雷達(dá)在使用，因此要給雷達(dá)讓路。
這個(gè)說法其實(shí)是對(duì)的，但是不完全，被讓路的是咱們的民用天氣雷達(dá)信號(hào)的頻段，而非軍用雷達(dá)頻段。
實(shí)際上一些軍用雷達(dá)的信號(hào)是可以隱蔽在普通民用無線電信號(hào)中的。這就完成了一次隱藏。這種方式有點(diǎn)像你在一個(gè)喧囂的迪廳里面喊話，別人也很難注意到你是一樣的。
那么在迪廳里你怎么去和別人正常的交流呢？很簡(jiǎn)單——扯著嗓子喊就可以了。二戰(zhàn)結(jié)束后雷達(dá)兵會(huì)調(diào)整雷達(dá)的信號(hào)增益，讓雷達(dá)波信號(hào)的強(qiáng)度稍微高于一點(diǎn)背景噪聲的信號(hào)強(qiáng)度。在接收機(jī)上再調(diào)整信號(hào)的低通濾波讓雷達(dá)接收機(jī)恰恰好好的能接受到一些雷達(dá)波信號(hào)，這樣就形成了一個(gè)隱蔽的閉環(huán)——模擬雷達(dá)就是這樣隱藏自己的，它規(guī)定了一個(gè)不確定的雷達(dá)接收能量下限。如果敵人不確定這個(gè)下限的閾值就很難發(fā)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)的存在了。這個(gè)方法在一些早期的搜索雷達(dá)和測(cè)高雷達(dá)上都有使用。
這種方法雖然有用但又不是那么有用，背景噪聲是會(huì)隨著民眾的作息時(shí)間改變的。在一些交接的場(chǎng)合如果沒有及時(shí)的調(diào)整增益那么雷達(dá)的位置就還會(huì)被暴露出來，同時(shí)雷達(dá)信號(hào)總是高于背景信號(hào)那么一丟丟，時(shí)間長(zhǎng)了也是會(huì)被注意到的。——例如你在迪廳里發(fā)現(xiàn)身邊某個(gè)人總是高聲講話，也會(huì)格外的注意那個(gè)人吧？
但隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)就形成了一個(gè)新的趨勢(shì)，利用跳頻技術(shù)把要發(fā)送的內(nèi)容在多個(gè)信道內(nèi)來回的轉(zhuǎn)換，這時(shí)候雷達(dá)就具備了一定的抗干擾能力也具備了一定的防偵測(cè)能力。但是跳頻技術(shù)也不完美，很難做主動(dòng)應(yīng)用，例如你可以做一個(gè)跳頻警戒雷達(dá)隱蔽在民用信號(hào)中，但是很難在高空做一個(gè)火控雷達(dá)放在戰(zhàn)斗機(jī)上，畢竟……高空無線電信號(hào)還是有一個(gè)比較干凈的背景的，這時(shí)候即使是跳頻技術(shù)也很容易被發(fā)現(xiàn)了。
那么——怎么做？
說W君這邊的一個(gè)應(yīng)用：《軍武數(shù)據(jù)庫(kù)》的文章經(jīng)常被各種不同的自媒體盜用，文字、圖片、視頻什么的也都會(huì)被隨機(jī)的拿來拿去的。但是究竟是誰拿的以及在哪篇文章中拿走的，其實(shí)W君這邊都知道。
看個(gè)圖：
這張圖大家看起來應(yīng)該不會(huì)覺得有什么問題吧？其實(shí)在圖片中通過了一些算法把圖片的顏色改了那么一點(diǎn)點(diǎn)，有的低位加了一個(gè)1，有的低位沒有變化。于是這張圖片本身就被編碼了。如果我們把編碼的幅度變大，例如+16，這時(shí)候圖片就會(huì)變成這樣：
看出網(wǎng)格來了吧？這其實(shí)就是盲水印技術(shù)。
干什么用的？給在圖片的加入額外的編碼信息，儲(chǔ)存我們像儲(chǔ)存的內(nèi)容，例如上圖藍(lán)色箭頭所指著的輸出字符串。你還可以發(fā)現(xiàn)這張圖被涂抹、變形、放大縮小，在上面一定程度的任意繪畫其他圖案，這個(gè)編碼還是會(huì)頑強(qiáng)的存儲(chǔ)在圖片中。在我們需要的時(shí)候依然可以提取出來。
其實(shí)，多信道的無線電信號(hào)也是可以這樣搞的，而且和操控圖片中每個(gè)像素中三個(gè)字節(jié)24個(gè)位的數(shù)據(jù)不同，無線電波可操縱的東西就太多了，通?？梢栽贚PI雷達(dá)技術(shù)中使用的“篡改”方案就很多了，例如：
電源管理和高占空比策略被廣泛應(yīng)用。也就是說，雷達(dá)發(fā)射器大部分時(shí)間都是處于“待機(jī)”狀態(tài)，僅在必要時(shí)才開啟發(fā)射，這樣可以利用長(zhǎng)積分時(shí)間來積累回波信號(hào)，同時(shí)使敵方監(jiān)測(cè)系統(tǒng)難以捕捉到連續(xù)且規(guī)律的信號(hào)。簡(jiǎn)單來說，這就像是你在派對(duì)中悄悄說話，而絕大部分時(shí)間保持沉默，只有在關(guān)鍵時(shí)刻才突然開口，別人根本不容易察覺你的存在。
其次，寬帶寬（或超寬帶）的運(yùn)用，也是LPI雷達(dá)的一大殺手锏。通過在一個(gè)極寬的頻譜范圍內(nèi)分布發(fā)射信號(hào)，即使敵人截獲了其中一小部分，也無法還原出完整的信號(hào)特征。結(jié)合頻率捷變和頻率選擇技術(shù)，雷達(dá)系統(tǒng)能夠在多個(gè)信道間迅速跳變，避免長(zhǎng)時(shí)間在同一頻段內(nèi)暴露自己。就好比你在迪廳里與朋友交流，聲音時(shí)而高低起伏、時(shí)而斷斷續(xù)續(xù)，別人根本聽不懂你在說什么。
此外，高級(jí)或不規(guī)則掃描模式同樣為L(zhǎng)PI雷達(dá)增添了不少“隱蔽性”。傳統(tǒng)雷達(dá)按照固定掃描模式工作，容易形成規(guī)律，被敵方系統(tǒng)“記住”而提前預(yù)判；而不規(guī)則的掃描方式則有效打亂了敵人的監(jiān)測(cè)節(jié)奏，使得他們即使有先進(jìn)的信號(hào)處理能力，也難以準(zhǔn)確捕捉到雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
再者，編碼脈沖和相干檢測(cè)技術(shù)的引入，進(jìn)一步提升了雷達(dá)在弱信號(hào)環(huán)境下的探測(cè)能力。通過對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行獨(dú)特的編碼，雷達(dá)可以在回波中嵌入特定的信息，而接收機(jī)利用相干檢測(cè)技術(shù)能在極低信噪比下依然準(zhǔn)確地識(shí)別出這些編碼脈沖，從而保證了探測(cè)的準(zhǔn)確性。就好比那張盲水印圖片，哪怕圖片經(jīng)過涂抹、變形，隱藏在其中的信息依然能夠被精密的算法提取出來。
光看技術(shù)術(shù)語會(huì)有些不明白？例如F-22的 AN/APG-77雷達(dá)就具備了初步LPI功能，這個(gè)雷達(dá)上有近2000個(gè)獨(dú)立的雷達(dá)信號(hào)發(fā)射和接收單元組成的相控陣陣列。在掃描目標(biāo)和為機(jī)載武器提供火控指式的時(shí)候可以依靠更復(fù)雜的調(diào)制、頻率、震幅變化來利用更加零散的電磁波照射目標(biāo)。
這些信號(hào)隱蔽在背景噪聲中例如上面的這張動(dòng)圖表示的就是電視機(jī)沒有信號(hào)，但是W君在最下一行到數(shù)第四個(gè)像素的位置上給信號(hào)做了一個(gè)SOS的摩爾斯編碼，如果我不告訴你的話，你會(huì)覺得這個(gè)信號(hào)有意義嗎？
這就是LPI這層沒有捅破的窗戶紙。但是要注意！LPI是典型的強(qiáng)國(guó)欺負(fù)弱國(guó)的武器，這一點(diǎn)和隱身戰(zhàn)斗機(jī)、AC-130空中炮艇一樣，都是在特定環(huán)境下通過特定體系配合來做到的欺負(fù)人的武器。
為什么？其實(shí)不論是美國(guó)的AN/APG-77、AN/APG-81、咱們的JY-17A、瑞典的HARD-3D、甚至印度的烏塔姆雷達(dá)系統(tǒng)都不是真正的隨機(jī)發(fā)送信號(hào)，也就是說雷達(dá)信號(hào)藏得再深也有一定的規(guī)律可循。
說下咱們的成果吧：
解放軍陸軍工程大學(xué)通信學(xué)院早在2021年就開始嘗試?yán)镁矸e神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過捕獲的無線電波來識(shí)別LPI雷達(dá)信號(hào)在背景噪聲中的存在。
實(shí)際上，針對(duì)LPI雷達(dá)信號(hào)在低信噪比（SNR）環(huán)境下難以識(shí)別的問題，解放軍陸軍工程大學(xué)通信學(xué)院在2021年就提出了一種基于多分辨率深度特征融合的LPI雷達(dá)波形識(shí)別方法。研究團(tuán)隊(duì)采用了增強(qiáng)型的Fourier同步壓縮變換（FSST）來將雷達(dá)信號(hào)轉(zhuǎn)化為時(shí)頻圖像，這種方法在低SNR環(huán)境下具有更好的抗噪聲能力。隨后，通過構(gòu)建一個(gè)多分辨率卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從不同尺度提取雷達(dá)波形特征，并通過上下采樣模塊實(shí)現(xiàn)分辨率間的特征交互融合。
最終他們使用了一種稱為ECOC-SVM的分類器，將各分辨率特征融合后進(jìn)行分類，實(shí)測(cè)在?8 dB信噪比條件下識(shí)別準(zhǔn)確率仍高達(dá)95.2%，大幅超越傳統(tǒng)方法。這表明即便在極端干擾下，人工智能系統(tǒng)也能“看穿”LPI雷達(dá)的信號(hào)偽裝。也就是說——你跳頻、調(diào)制、隱藏得再精巧，我們這邊的“電磁獵犬”依然能聞出你在哪兒喊“喂”。
不過，這種技術(shù)就是基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，我們自己在搞，其實(shí)很多其他國(guó)家也都在搞，并不是什么獨(dú)有的技術(shù)。目前咱們21年這篇論文被放到了IEEE上作為公開論文發(fā)表，不僅我們的雷達(dá)技術(shù)人員在引用這篇論文的內(nèi)容、美國(guó)、德國(guó)的電子技術(shù)人員也從這篇論文中得到收益。
不僅如此，美國(guó)和德國(guó)學(xué)者還引入小波變換、殘差網(wǎng)絡(luò)、VAE生成建模和遷移學(xué)習(xí)等機(jī)制，使雷達(dá)識(shí)別算法能在更復(fù)雜背景中進(jìn)行“波形內(nèi)信息提取”，連脈沖內(nèi)的調(diào)制都能“聽”得出來。
這些趨勢(shì)說明：LPI不是解決了被發(fā)現(xiàn)的問題，而是把問題轉(zhuǎn)交給了深度學(xué)習(xí)算法；而“誰能把雪花里那行SOS讀出來”，現(xiàn)在已不靠“耳朵”，而是靠GPU訓(xùn)練出來的電子“眼”。
那么既然LPI雷達(dá)可以被深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練出來的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器識(shí)別就沒有用而失去了戰(zhàn)場(chǎng)價(jià)值了呢？也不盡然，既然到了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這一層，就是到了拼財(cái)力的地方了。這是一個(gè)算法博弈的過程——對(duì)抗式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
當(dāng)一個(gè)LPI雷達(dá)的模式信號(hào)可以被卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別，這時(shí)候，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以提取出識(shí)別的具體內(nèi)容交給另一個(gè)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的結(jié)果用于改進(jìn)LPI的發(fā)射模式。改變后發(fā)射模式的LPI雷達(dá)信號(hào)就進(jìn)一步的降低了被識(shí)別出來的可能性。這就是對(duì)抗式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精髓所在。
其實(shí)最終帶來的結(jié)果就是LPI的模式復(fù)雜度以指數(shù)級(jí)攀升，越來越難以檢測(cè)，而為了檢測(cè)LPI雷達(dá)的信號(hào)，檢測(cè)設(shè)備的復(fù)雜度也會(huì)以指數(shù)級(jí)攀升。最終就到了一個(gè)雙方都玩不起的境地。
但為什么開頭說LPI雷達(dá)一誕生暨死亡落地成盒呢？主要的LPI技術(shù)還是要用在一個(gè)戰(zhàn)斗機(jī)上的。但是對(duì)于防守方可就不僅僅可以用戰(zhàn)斗機(jī)了，大型的預(yù)警機(jī)、驅(qū)逐艦的雷達(dá)陣列都可以繼續(xù)安裝更大尺寸更大重量大數(shù)據(jù)處理設(shè)備，用來檢測(cè)LPI雷達(dá)信號(hào)的存在。所以目前看依然是守方優(yōu)勢(shì)的一個(gè)模式。畢竟戰(zhàn)斗機(jī)是無法在雷達(dá)上犧牲更大的空間和重量的，會(huì)先達(dá)到極限。
但對(duì)于搞不起LPI雷達(dá)和偵測(cè)設(shè)備的小國(guó)，最終就是降維打擊了，所以W君也說，這是大國(guó)欺負(fù)小國(guó)的裝備。
只是對(duì)于我們來說，玩的是大國(guó)對(duì)抗，這東西必須要有，但單一的認(rèn)為這玩意天下無敵就又有自我安慰的嫌疑了。
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