据国外媒体报道,去年10月,意大利芬坎蒂尼集团与卡塔尔一家公司签署了合作协议,共同开发了一款名为Omega360的短程反无人机雷达系统。该系统利用高分辨率多普勒雷达和先进人工智能算法,对来袭的无人机进行精准探测。
近年来,反无人机雷达迅速发展。许多国家和企业开始研制更精准的反无人机雷达,特别是专注于检测小微型无人机。意大利和卡塔尔的合作正是这一趋势的体现。
那么,为什么反无人机雷达会快速发展?其现状和作用如何?未来又将如何演进?让我们一起来探讨。
当前,在一些热点地区的武装冲突中,无人机展现出了越来越大的威力。同时,无人机逐渐分化为两大类:大中型无人机和小微型无人机。
过去,大中型无人机主要用于情报侦察任务。现在,它们不仅具备侦察监视功能,还能执行通信中继、目标指示、电子干扰和打击任务,甚至可以携带小微型无人机。大中型无人机能力越强,对手面临的威胁也就越大,需要更加谨慎应对。
除了大中型无人机,小微型无人机尤其是FPV无人机的广泛应用,正改变着传统的作战理念,形成新的作战优势。在一些热点地区的战场上,小微型无人机不仅可以进行情报侦察和引导火力,还可以直接攻击敌人,目标包括有生力量、工事据点以及步战车、坦克等。
这些小微型无人机通常在低空飞行,飞行路径、速度、姿态和留空时间与大中型无人机不同,传统的防空雷达难以探测。它们所取得的战果和潜力,促使各国开始关注如何充分发挥其作用,并思考如何进行有效反制。
去年9月,美国国防部宣布将反小型无人机作为“复制者2.0”计划的重点领域。这一举措旨在利用各种传感器和拦截武器,降低小型无人机的威胁。
发现是打击的前提。如果无法发现目标,就无法进行打击和反制。因此,作为反无人机链的重要环节,加速发展反无人机雷达变得至关重要。
反制无人机的关键在于及时发现。反无人机雷达为发现来袭无人机提供了有效手段。
对于大中型无人机,由于其体积大,雷达反射截面大,飞行路径相对简单,现有的雷达系统通常能够探测。
然而,对于小微型无人机,传统的雷达系统往往显得无能为力。即使一些传统雷达具备探测小微型无人机的能力,这种探测也常常很困难。
一方面,小微型无人机的打击效果在不断提升;另一方面,发现它们的方法却十分有限。因此,如何有效发现小微型无人机,特别是FPV无人机,成为了新型反无人机雷达研发的重点。
例如,美国海军陆战队的防空综合系统MADIS之所以有两种型号MK1和MK2,是因为MK2针对反无人机进行了优化。借助增加的RADA RPS-42雷达,MADIS MK2可以较为精确地发现无人机,甚至是一些小微型无人机,并引导6管的M134转轮机枪进行打击。MK1则更适合探测和打击固定翼飞机和直升机等目标。
小微型无人机体积小,雷达反射截面积小,飞行距离短,飞行路线多变,留给探测装置的反应时间短。一些国家在提高雷达分辨率上下功夫,通过选用频率较高、波瓣宽度较小的波段作为反无人机雷达的工作波段,力求精准发现。
例如,土耳其Meteksan防务公司研发的Retinar远程无人机探测雷达,工作频率为Ku波段,受地面杂波干扰较小,精度较高,适合探测低慢小无人机。
从目前各国的研发和列装情况来看,反无人机雷达的发展呈现多维度推进的特征。
首先,所用频谱覆盖多个波段。由于要面对不同体型、高度、姿态和速度的无人机,反无人机雷达在波段选择上也各有侧重。不同波段具有不同的特性,体现在雷达探测能力上,也有各自的优缺点。
例如,X波段雷达在低空传播能力强,波束宽度较窄,但在大气中传播损耗大。因此,它的跟踪精度和分辨率高,但探测距离较短。相比之下,S波段雷达虽然在制导精度和分辨率方面不如X波段,但具有探测距离远的优势。
与X波段雷达相比,Ku波段雷达的定位精度高,俯视角较好,能覆盖较近区域,减少盲区,且天线重量较轻,尺寸较小。美国制造的反无人机雷达很多工作在Ku波段,如美国海军的SPG-60雷达。
俄罗斯的“牛蒡”Burdock便携式反无人机雷达是X波段相控阵雷达,可发射9.2~9.5GHz频段的窄波束雷达波,能同时探测飞行速度为150千米/小时的上百个目标,每1.25秒更新一次信息。
其次,反无人机雷达能够感知更细微的电磁波变化。这一点可以从多普勒雷达功能提升方面看出。多普勒雷达通过对比回波频率与发射波频率之间的差异,测量目标的径向相对运动速度,进而推算出无人机的距离、高度和速度。
以前的多普勒雷达更关注目标的移动特征,而现在的多普勒雷达可以使用更多的参照物。小微型无人机的飞行姿态不稳定,会导致雷达回波幅度、相位和多普勒频率发生变化。小微型无人机的体积和材料不同,雷达散射截面和散射特点也会有所不同。小微型无人机的螺旋桨等部件转动会对雷达发射的电磁波产生影响,使回波信号在频率和相位上发生变化,呈现出不同于其他飞行物的特征。
例如,丹麦一家公司研制的XENTA-C雷达,能够通过检测无人机旋翼产生的微多普勒频率来区分悬停的无人机和地面杂波。
最后,反无人机雷达仍在不断被赋能,以求变得更加“耳聪目明”。除了快速精准地捕捉和跟踪目标外,还要适应复杂的作战环境,如面对无人机机群的攻击和电子战装备的干扰。因此,反无人机雷达还在不断被赋能,包括实现全天候全天时使用、无人值守、敌我识别、自动实时检测故障等。
例如,Elbit公司在2022年推出的DAiR雷达,可以在12至15千米范围内探测数百个目标,包括小型无人机和人类。它还能实现与C4I系统的无缝信息共享。
反无人机雷达是反无人机链的重要一环,主要通过无人机机体反射电磁波的特点来发现无人机。但需要注意的是,反无人机雷达只是探测无人机的一种手段。如果无人机采用先进的隐身设计,那么通过这种手段来探测和跟踪无人机的难度将大大增加。
因此,反无人机雷达需要与其他手段结合起来,才能充分发挥作用。从技术角度看,可与反无人机雷达配合的传感器有很多,例如光电、红外、声学和其他射频传感器等。事实证明,这些传感器通过相互补充,可以及时精准地发现无人机目标。例如,波兰一家公司推出的SKYctrl无线电技术综合体,包括1个雷达、1个光学电子系统、1个声学传感器和1个电子战装置。
白俄罗斯一家企业对外展出的Station T移动电子干扰站,可使用不同设备来侦测无人机,包括用于侦测无人机与其控制站之间定向通信的无线电信号探测装置,集日间摄像机、热像仪和激光测距仪于一体的数字光电系统,以及由1组8个固定相控阵半导体天线组成的雷达系统。这种组合,可使它对无人机的探测范围达到22~50千米。
尤其近年来,自战场的强力推动,使无人机技术创新日新月异,也给无人机雷达的发展带来了挑战。
——精确化。随着无人机技术的不断发展,一些无人机尺寸越来越小,机动性和杀伤力越来越强。这要求反无人机雷达具备更高的距离分辨率、角度分辨率和速度分辨率,以便精准确定无人机并进行高效处置。美国一家公司研制的AN/MPQ-64“哨兵”A4雷达就体现了这一点,与“哨兵”A3雷达相比,其探测范围增加了175%,灵敏度提高了225%。
——集成化。为应对不同类型的目标和日益复杂的电磁环境,一些反无人机雷达系统会同时集成多种雷达技术,能够在多个波段工作,从而根据战场变化在不同波段、不同模式之间灵活切换,以更好地发现目标。例如,Elta Systems公司研发的ELI-2139“绿莲花”系统兼具S波段和X波段雷达、昼夜光电瞄准器等,能自动检测、跟踪、分类和识别各种空中目标,包括低雷达反射截面目标,还能够探测和分类地面的车辆和缓慢移动的人。
——智能化。未来,随着无人机蜂群技术和无人机反探测技术的进步,反无人机雷达将不得不借助人工智能。这样,才能实现全域性的侦察、探测与态势判断,为复杂战场环境下的快速处置提供信息支持。当前,一些国家的企业已经开始研发由人工智能/机器学习引擎增强的反无人机雷达,以实现“分层反无人机策略”。
——网络化。未来可能出现的大中小微型无人机协同作战样式,单部反无人机雷达的作用有限。只有通过网络联通多部、多型号的反无人机雷达,实现信息共享和协同,才能有效扩大探测范围、提高探测精度和效能。例如,俄罗斯科研人员正在开展一项研究,试图将多个“牛蒡”Burdock便携式反无人机雷达组合成一个网络,由一个操作员控制进行联合操作,以提升探测范围和效能。
此外,具备更强的对抗电子干扰能力、推动小型化以实现快速部署、引导更多火力类型实施打击等,也是未来反无人机雷达发展的方向。