據外媒報道,去年10月,意大利芬坎蒂尼集團與卡塔爾一家公司簽署協議,將共同開發一款名為Omega360的短程反無人機雷達系統。據稱,該系統能運用高分辨率多普勒雷達和先進人工智能算法,對來襲的無人機進行精準探測。
近年來,反無人機雷達步入快速發展階段。一些國家和企業紛紛着手研製針對性更強的反無人機雷達,特別是將小微型無人機作為偵測重點。意大利、卡塔爾這兩家公司聯手合研短程反無人機雷達系統,正是這種趨勢的體現。
那麼,反無人機雷達為何會快速發展?當前的發展狀況、地位作用如何?今後會朝哪個方向演進?請看本文解讀。
加速發展成必然
當前一些熱點地區發生的武裝衝突中,無人機展示出越來越大的威力。同時,無人機也在這一過程中更加清晰地分為兩個“流派”:大中型無人機和小微型無人機。
如果説,以前大中型無人機主要遂行情報偵察類任務的話,如今的大中型無人機已變得更加多能,除了偵察監視外,它們中的大多數能夠執行通信中繼、指示目標、電子干擾、實施打擊等任務,以及充當一些小微型無人機的載機。大中型無人機的能力越強,從對手角度來看,其所形成的威脅也就越大,更需要小心應對。
除了大中型無人機之外,小微型無人機尤其是FPV無人機的廣泛運用,正在顛覆過去的作戰理念,形成新的作戰優勢。當下一些熱點地區的戰場上,小微型無人機不僅能用來進行情報偵察、引導火力,有的還能直接用於攻擊,目標既包括有生力量、工事據點,也包括步戰車、坦克甚至是一些防空系統等。
這些小微型無人機大多在低空飛行,飛行路徑、速度、姿態、留空時間等都與以前的大中型無人機不同,傳統的防空雷達很難探測到。其所取得的戰果以及所顯示出來的潛力,讓各國開始對小微型無人機尤其是FPV無人機予以關注,在研究如何充分發揮其作用的同時,也開始思索如何對其進行有效反制。
去年9月,美國國防部宣布將反小型無人機作為“複製者2.0”計劃的重點領域。此舉的主要目的,就是充分利用各種傳感器和攔截武器,降低小型無人機的威脅。
發現是打擊的前提,發現不了“目標”則談不上打擊,更談不上反制與摧毀。在這種背景下,作為反無人機鏈條的重要一環,加速發展反無人機雷達就成為一種必然。
反制小微型無人機是重點也是難點
反制無人機,難在及時發現。反無人機雷達的出現,為發現來襲無人機提供了手段和途徑。
對大中型無人機,由於其體形大,雷達反射截面大,飛行路徑相對簡單,現有的雷達系統一般能夠探測。
但是,面對一些小微型無人機,傳統的雷達系統則“無能為力”。即使一些傳統雷達具備探測小微型無人機的條件,這種探測也經常是“勉為其難”。
一方面是小微型無人機的打擊效能在不斷提升,一方面是讓其“現身”的方法手段較為有限。於是,如何有效“發現”小微型無人機包括FPV無人機,就成了新型反無人機雷達研製的重點。
比如,美國海軍陸戰隊的防空綜合系統MADIS之所以存在兩種MK1、MK2不同型號,就是因為MK2針對反無人機進行了優化。憑藉增加的RADA RPS-42雷達,MADIS MK2可以較為精確地發現無人機甚至是一些小微型無人機,引導6管的M134轉輪機槍實施打擊。MK1則更適合用來探測和引導打擊固定翼飛機、直升機等目標。
小微型無人機體積小、雷達反射截面積小,且通常飛行距離短、飛行路線多變,留給探測裝置的反應時間短。為了發現它們,一些國家在提高雷達分辨率上下功夫,通過選用頻率較高、波瓣寬度較小的波段作為反無人機雷達的工作波段,使用帶寬較寬的雷達力求對其精準發現。
比如,土耳其Meteksan防務公司研發的Retinar遠程無人機探測雷達,工作頻率為Ku波段,受地面雜波干擾較小,精度較高,更適合探測低慢小無人機。
Retinar遠程無人機探測雷達。資料圖片
小微型無人機尤其是旋翼無人機的飛行速度相對較慢,且多在低空飛行。一些國家在新研和改進雷達時通過調整雷達靈敏度,突出了對此類速度較慢目標的探測。同時,對於來自地物的雜波和空中飛鳥等形成的干擾,則通過運用先進數據處理算法,將小微型無人機從其他目標形成的回波和地雜波裏區分出來,以此確保發現小微型無人機。
通過以上各種方式方法,一些國家先後研製出具有反制小微型無人機功能的雷達。
如波蘭先進防護系統公司APS研製的FIELDctrl ADVANCE型X波段超精密3D MIMO有源相控陣雷達,可以識別3千米處的雷達反射截面積為0.01平方米的微型無人機。
多維推進力求“耳聰目明”
從當前各國研發與列裝情況來看,反無人機雷達的發展具有多維度推進的特徵。
一是所用頻譜覆蓋多個波段。由於要面對的無人機體形大小、飛行高度、飛行姿態及速度各不相同,反無人機雷達在波段選擇上也各有側重。這是因為,各個波段擁有不同特性,體現在雷達探測能力上,也各有其長處和短板。
如X波段低空傳播能力好,波束寬度較窄,但在大氣中傳播損耗較大。體現在雷達功能上,就是其跟蹤精度和分辨率高,但探測距離較短。S波段雷達在制導精度和分辨率方面不如X波段,但具有探測距離遠的優點。
和X波段雷達相比,Ku波段雷達的定位精度高,有較好的俯視角,能覆蓋較近區域,減少盲區,且天線重量較輕,尺寸也較小。美國製造的反無人機雷達不少工作在Ku波段,如美國海軍的SPG-60雷達就是如此。
俄羅斯的“牛蒡”Burdock便攜式反無人機雷達是X波段相控陣雷達,可發射9.2~9.5GHz頻段的窄波束雷達波,能同時探測飛行速度為150千米/小時的上百個目標,每1.25秒更新一次信息。
“牛蒡”Burdock便攜式反無人機雷達。資料圖片
二是可感知更細微的電磁波變化。這一點,從多普勒雷達功能提升方面可窺見一斑。多普勒雷達能通過比對回波頻率與發射波頻率之間的差異(即多普勒頻率),測量出目標相對於雷達的徑向相對運動速度,進而推算出無人機的距離、高度、速度等。
如果説以前的多普勒雷達更關注目標移動特徵的話,那麼如今的多普勒雷達可使用的參照物更多。
小微型無人機相對不穩定的飛行姿態,會導致雷達回波幅度、相位和多普勒頻率等發生變化;小微型無人機的體積及所用材料不同,雷達散射截面和散射特點等也會有所不同;小微型無人機螺旋槳等部件的轉動也會對雷達發射的電磁波産生影響,使回波信號在頻率和相位上發生變化,呈現出不同於其他飛行物的特徵。
如丹麥一家公司研製的XENTA-C雷達,就能夠通過檢測無人機旋翼産生的微多普勒頻率來區分懸停的無人機和地面雜波。
XENTA-C雷達。資料圖片
三是仍在被不斷賦能。當前的反無人機雷達除了要求能快速精準地捕捉、跟蹤目標外,還要能適應複雜的作戰環境,如面對無人機機群的攻擊、電子戰裝備的干擾等。因此,反無人機雷達還在被不斷賦能,以求變得更加“耳聰目明”,包括能全天候全天時使用甚至實現無人值守、能實現敵我識別、能自動實時檢測故障等。
如Elbit公司2022年推出的DAiR雷達,可以在12至15千米範圍內探測數百個目標,包括小型無人機和人類。它還能實現與C4I系統的無縫信息共享。
DAiR雷達。資料圖片
與其他手段組合發揮作用
反無人機雷達是反無人機鏈條中的重要一環,主要通過無人機機體反射電磁波的特點來“發現”無人機。但需要説明的是,反無人機雷達只是探測無人機多種手段中的其中一種。如果無人機採用先進的隱身設計,那麼通過這種手段和途徑來探測跟蹤無人機的難度將倍增。
因此,對反無人機雷達來説,只有通過與其他手段“組團”“抱團”,才能充分發揮作用。
從技術上看,可與反無人機雷達“組團”的傳感器有很多,例如光電、紅外、聲學和其他射頻傳感器等。事實證明,通過“抱團”,這些傳感器可以彼此取長補短,及時精準地發現無人機目標。如波蘭一家公司推出的SKYctrl無線電技術綜合體,包括1個雷達、1個光學電子系統、1個聲學傳感器和1個電子戰裝置。
白俄羅斯一家企業對外展出的Station T移動電子干擾站,可使用不同設備來偵測無人機,包括用於偵測無人機與其控制站之間定向通信的無線電信號探測裝置,集日間攝像機、熱像儀和激光測距儀於一體的數字光電系統,以及由1組8個固定相控陣半導體天線組成的雷達系統。這種組合,可使它對無人機的探測範圍達到22~50千米。
尤其是近年來自戰場的強力推動,使無人機技術創新日新月異,也使無人機雷達的發展面臨考驗。
——精確化。隨着無人機技術的不斷發展,有的無人機尺寸越來越小、機動性和殺傷力越來越強。這就要求反無人機雷達具備更高的距離分辨率、角度分辨率和速度分辨率,以便精準確定無人機,對其進行高效處置。美國一家公司研製的AN/MPQ-64“哨兵”A4雷達就體現了這一點,和“哨兵”A3雷達相比,其探測範圍增加了175%,靈敏度提高了225%。
——集成化。為應對不同類型的目標、適應日益複雜的電磁環境,一些反無人機雷達系統會同時集成多種雷達技術,能夠在多個波段工作,從而根據戰場變化在不同波段、不同模式之間靈活切換,以求更好地發現目標。如Elta Systems公司研發的ELI-2139“綠蓮花”系統兼具S波段和X波段雷達、晝夜光電瞄準器等,能自動檢測、跟蹤、分類和識別各種空中目標包括低雷達反射截面目標,還能夠探測和分類地面的車輛和緩慢移動的人。
——智能化。今後,隨着無人機蜂群技術的成熟、運用,以及無人機反探測技術的提升,反無人機雷達向智能化借力將不可避免。如此,才能對來襲的無人機進行全域性偵察、探測與態勢判斷,實現複雜戰場環境下的態勢全局感知,從而為快速處置來襲無人機提供信息支持。當前,一些國家的企業已開始研發由人工智能/機器學習引擎增強的反無人機雷達,以實現“分層反無人機策略”。
——網絡化。對於今後大概率會出現的大中小微型無人機協同配合作戰樣式,單部反無人機雷達作用有限。只有通過網絡聯通多部、多型號的反無人機雷達,實現信息共享和協同,才能有效擴大探測範圍、提高探測精度和效能。比如,俄羅斯科研人員正在開展一項研究,他們試圖將多個“牛蒡”Burdock便攜式反無人機雷達組合成一個網絡,由一個操作員控制進行聯合操作,以提升探測的範圍與效能。
此外,具備更強的對抗電子干擾能力、推動小型化以實現快速部署、引導更多火力類型實施打擊等,也是今後反無人機雷達發展的方向。(劉傳武 趙陽泱 姚克)