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2.1 雷达探测技术

雷达,是英文Radar的音译,源于“radio detection and ranging”的缩写,意思为“无线电探测和测距”,即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此,雷达也被称为“无线电定位”。雷达种类繁多,分类的方法也非常复杂,分述如下:

(1)按照雷达的用途,可分为军用雷达和民用雷达。军用雷达包括预警雷达、搜索警戒雷达、引导指挥雷达、炮瞄雷达、战场监视雷达、雷达引信等;民用雷达包括气象雷达、汽车防撞雷达、海事雷达等。

(2)按照雷达的安装平台,可分为星载雷达、机载雷达、地基雷达、舰载雷达、便携式雷达等。

(3)按照观测目标的种类,可分为防空雷达、对地观测雷达、航海雷达、气象雷达、探地雷达等。

(4)按照雷达信号形式分类,可分为脉冲雷达、连续波雷达、冲击雷达、频率捷变雷达等。

(5)按照角跟踪方式分类,可分为单脉冲雷达、圆锥扫描雷达、隐蔽圆锥扫描雷达等。

(6)按照目标测量的参数分类,可分为测高雷达、二坐标雷达、三坐标雷达、成像雷达、敌我识对雷达等。

(7)按照雷达采用的技术分类,可分为相参积累雷达和非相参积累雷达、动目标显示雷达、动目标检测雷达、脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达、边扫描边跟踪雷达等。

(8)按照天线扫描方式分类,可分为电扫描雷达、机械扫描雷达、组合扫描雷达等。

(9)按雷达波段分,可分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达、激光雷达等。

本书介绍的反无人机探测雷达,从功能上看,可以是军用雷达,也可以是民用雷达;从安装平台上看,主要属于地基雷达或车载雷达;从观测目标种类来看,应属于防空雷达;从雷达信号形式上看,可以是脉冲雷达、连续波雷达、频率捷变雷达等多种类型;从角跟踪方式上看,可以单脉冲雷达、圆锥扫描雷达和隐蔽圆锥扫描等多种雷达类型;从目标测量的参数上看,绝大部分是三坐标雷达;从采用的技术上看,大部分属于相参积累、动目标检测、边扫描边跟踪雷达;从扫描方式上看,主要是电扫描雷达和组合扫描雷达;从雷达波段上看,主要是微波雷达。

2.1.1 雷达探测基本原理及主要组成

反无人机雷达是一种利用电磁波探测无人机的电子设备,它的基本原理是:主动向外发射电磁波信号照射无人机,该信号遇到无人机后产生反射,雷达接收该反射信号,经过滤波、放大、混频等模拟处理和脉冲压缩、信号积累、杂波消除等数字处理后,实现对无人机的探测并反演出无人机的距离、方位、俯仰、速度、尺寸、类型等信息,从而实现引导光电设备等各种功能。

一部典型的反无人机雷达系统包括天线、接收发射机、信号处理机、电源和终端机共五个分部件。

在发射阶段,信号由信号处理机产生送至接收发射机,然后由接收发射机发射通道放大、输出天线,再由天线将信号辐射进入空中,所有通道天线辐射的电磁波在空中矢量叠加,合成系统的发射波束。

在接收阶段,回波信号经天线接收送到接收发射机,经接收发射机处理后,成为中频信号进入信号处理机,经过脉冲压缩、动目标显示(moving target indication,MTI)、动目标监测(moving targets detection,MTD)和脉冲多普勒(pulsed Doppler,PD)信号处理、恒虚警检测(constant false-alarm rate,CFAR)等处理后,最终形成目标点迹通过网络口,送至终端机,由终端机处理并显示出来,同时对设备进行设置和控制,并完成数据的录取和回放。终端机在需要时将目标信息上报给指挥控制系统。

2.1.2 雷达探测关键技术

2.1.2.1 地杂波处理技术

微型无人机基本采用塑料机身,除自身旋翼马达外,其他均为非金属结构,因此RCS较小,小型无人机的RCS可达0.01 m 2 。微型无人机飞行高度较低,最大升限为300 m,最大速度一般为30 m/s。微型无人机“低慢小”的特点,决定了雷达回波信号与地杂波信号严重耦合,调频连续波体制的雷达目标距离与速度耦合,加剧了地杂波对目标检测的影响。

为了最大限度地抑制地杂波,提高微小目标回波信杂比,提出基于MTI与MTD融合相关的面向复杂环境“低慢小”目标信号检测技术,利用MTI技术进行固定杂波抑制和多脉冲MTD技术进行回波信号能量积累,显著提高了雷达的杂波抑制能力和慢速目标检测能力,降低了虚警率。

此外,信号处理算法可在地面强杂波噪声背景下将无人机的小目标信号提取出来,将无人机的最小识别高度降低到20 m。

雷达可以基于天线宽角度扫描技术和强杂波背景下目标提取技术,采用检测前跟踪(trace before detect,TBD)等算法,保证对低空小型无人飞行器目标的检测能力。处理流程如图2-1所示。

图2-1 雷达强杂波背景下的小信号检测技术处理流程

对于基于二维电扫体制设计的多普勒滤波系统,完全消除了机扫雷达天线扫描调制所引起的杂波频谱扩散问题,波抑制能力更强,更有利于强杂波环境下发现和跟踪低空无人机目标。

2.1.2.2 自动航迹起始技术

假设雷达数据率为6 s,现用航迹起始算法需要多个点迹才能够稳定建航(即建立航迹)。同时,在复杂地面环境或云雨等气象条件下,虚警会明显升高,而光电设备只能监视识别一个目标,探测反制系统要求雷达与光电能够完成全自动化任务交班,这就对航迹自动起始提出了很高的要求。

采用人工智能算法,可以高效地区分和剔除复杂地面环境或云雨等气象条件产生的各种杂波和虚警,能对点迹进行有效识别和高效建航,实现航迹的自动起始,使得与光电交班的成功率快速提升到99.7%以上,从而大幅降低了系统的虚警,有效保证了系统的“全自动化”性能。图2-2所示为采用人工智能算法前后点迹对比。

图2-2 采用人工智能算法前后点迹对比

2.1.2.3 航迹关联算法设计技术

探测反制系统装配有两部相控阵雷达,覆盖空域会有大面积的重叠。在重叠区域内,同一目标可能会出现两条航迹。

首先将航迹数据进行坐标转换,基于深度学习的基本理论,创新性地采用基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的航迹关联算法实现航迹关联,从而更好地完成航迹关联的任务,处理流程如图2-3所示。实测表明:采用该算法,单目标关联成功率达到99.7%,双目标交叉飞行错误关联率低于10 -4

图2-3 基于CNN算法的航迹关联处理流程图

2.1.2.4 目标跟踪算法设计技术

雷达采用边扫边跟踪(track while search,TWS)的工作方式。目标跟踪算法主要包括航迹起始、数据关联、航迹维持和航迹管理等部分。

调频连续波相控阵探测雷达多目标跟踪方式采用模块化设计方法,图2-4给出多目标跟踪单元主流程框图,其系统组成模块包括:①点迹预处理;②航迹起始;③航迹关联;④航迹维持;⑤航迹管理;⑥数据接口程序模块。

图2-4 多目标跟踪单元主流程框图

2.1.2.5 多目标复杂航迹跟踪技术

低空探测环境复杂,而飞鸟RCS和运动特性与微型无人机相似,这就抬高了雷达跟踪的虚警率;再者,飞鸟集群活动,与微型无人机构成密集目标环境,极大地提高了目标的关联难度,导致短小航迹多,丢跟甚至失跟现象严重;此外,由于雷达扫描波束宽度(2.5°)较宽,就会导致角分辨力较低,影响数据关联准确度。

建议采用联合概率数据互连(JPDA)技术和卡尔曼滤波技术,降低虚警,提高多目标关联准确度,实现低慢小多目标的稳定跟踪。卡尔曼滤波技术与联合概率数据互连技术方案已成功应用于其他型号,满足多目标跟踪要求。

2.1.2.6 低虚警率设计技术

除了进行通用的虚警处理,还需要针对应用环境个性化特点进行定制化的信号处理算法和数据处理策略,从而保证无人机防御的效果,同时大幅减少安保人员的工作量。

在目前的技术条件下,虚警率是本系统能否有效进行低空防御的一项关键指标。本系统虚警的主要来源包括三个部分:①探测预警分系统各设备由于设备自身电子噪声产生的虚警;②输电塔、高压线、高层建筑、附近山体造成的静止目标回波;③鸟等自然目标引起的运动目标回波。

针对这三种类型的虚警,本系统分别采用以下技术手段予以解决:

(1)通过优化设计降低或者控制各电子设备的电子噪声水平,通过信号处理算法降提高信噪比,进而保证留有足够的余量,以提高检测门限、有效控制虚警。

(2)通过多源数据融合技术有效对消输电塔、高压线、高层建筑、附近山体造成的回波,从而使得这些回波不造成虚警。

(3)探测预警分系统探测到的无人机目标,送到监视识别分系统(光电设备)。监视识别分系统采用人工智能技术进行目标识别,有效区分鸟与无人机等低空飞行器,实现鸟等未威胁目标的剔除,使得虚警率降低2个数量级以上。

需要强调的是,民航飞机和通航飞机是有人飞机,因为涉及生命安全,同时飞行器相对较大,可能造成的破坏强度和社会影响会显著高于普通无人机,所以只要探测预警分系统发现该类目标便立刻报警,而无人机只有待光电确认后才报警。

2.1.3 主要技术参数论证

2.1.3.1 主要技术参数

反无人机雷达主要技术参数如下所述:

(1)雷达波段(雷达频段)。指雷达使用的电磁波的频率范围。我国使用的雷达产品必须处于《中华人民共和国无线电划分规定》为无线电定位业务划分的频带内。

(2)最大作用距离。指雷达在规定的检测概率、规定的虚警概率、规定的目标起伏模型和数据率等条件下,对一定的目标雷达截面积进行探测的最大距离,一般为3~5 km(检测概率 P d =10 -6 、虚警概率 P fa =10 -5 、目标模型Swerling I、数据率6 s、RCS=0.01 m 2 )。

(3)盲区。指雷达不能发现目标或不能满足规定发现概率的区域,典型值为150 m。

(4)探测范围。指在规定条件下,雷达能够发现(检测)目标并测量目标坐标的空间范围。除最大作用距离和盲区外,还包括方位覆盖范围和俯仰覆盖范围,典型值一般分别取360°和60°。

(5)目标速度范围。指雷达能探测目标飞行速度的范围,有最大值和最小值,一般定义迎向为正、背向为负。典型速度范围为-40~-1 m/s和1~40 m/s。

(6)发现概率。指在规定条件下,目标存在,雷达判为有目标,这一随机事件发生的概率,亦称检测概率。其典型值为90%。

(7)虚警概率。指在规定条件下,目标不存在,而雷达判为有目标,这一随机事件发生的概率。其典型值为10 -6

(8)扫描方式。指覆盖规定的探测空域所采用的波束扫描方式。目前主要有二维电扫和方位机扫俯仰电扫两种扫描方式。

(9)目标数据率。指雷达在单位时间内获得同一目标参数的次数。对于反多旋翼小型民用无人机雷达,典型值在0.2次/s(对应周期为5 s)左右。

(10)目标容量。指雷达在搜索一周时间内所能够处理的最大目标数。对于反多旋翼小型民用无人机雷达,要求不低于60批。

(11)雷达分辨力。指在规定条件下,雷达能区分邻近目标的最小间隔,包括距离分辨力、角度分辨力、速度分辨力等。对于反多旋翼小型民用无人机雷达,距离分辨力一般不大于15 m,方位角分辨率一般不大于6°,俯仰角分辨率一般不大于12°,速度分辨力一般不大于2 m/s。

(12)雷达精度。指目标参数的测量值与真值之间的统计值,通常用均方根误差表示,包括距离精度、角度精度和速度精度等。对于反多旋翼小型民用无人机雷达,距离精度一般不大于10 m,方位角精度一般不大于0.6°,俯仰角精度一般不大于1.2°,速度精度一般不大于1 m/s。

(13)防护等级。指按标准规定的检测方法,确定外壳对人接近危险部件、防止固体异物或水进入所提供的保护程度。典型值为IP66,一般要求为不低于IP65。

(14)公众暴露最小安全距离。指公众所受的全部电场、磁场、电磁场照射(不包括职业照射和医疗照射)不超过国家标准的最小距离。具体值根据实际应用条件确定,一般情况下不超过10 m。

2.1.3.2 波段选择

雷达波段(雷达频段)是指雷达发射电波的频率范围,其划分见表2-1。大多数雷达工作在超短波及微波波段,其频率范围在30 MHz~300 GHz,相应波长为10 m~1 mm。在1 GHz频率以下,由于通信和电视等占用频道,频谱拥挤,一般雷达较少采用,只有少数远程雷达和超视距雷达采用这一波段;当频率高于15 GHz时,空气水分子吸收严重;高于30 GHz时,大气吸收急剧增大,雷达设备加工困难,接收机内部噪声增大,只有少数毫米波雷达工作在这一波段。

表2-1 雷达波段划分

续表

整体来说,低于S、L波段由于多路径效应,探测性能较差;X波段或以上波段的多路径效应可以忽略不计。目前,X波段或Ku波段是业内基本公认的无人机雷达的最佳工作波段。

2.1.3.3 扫描方式

根据扫描方式的不同,三坐标雷达主要分为一维电扫一维机扫和二维电扫两种体制。

一维电扫一维机扫雷达由于多普勒效应,对低速运动的无人机探测能力明显不足,同时可靠性也不高。二维电扫具有扫描速度快、控制灵活的显著优势,同时还可以通过插入跟踪波束的方法实现跟踪速率的大幅提升,从而可以有效保证反无人机系统的实时性和跟踪连续性。要实现方位向上360°扫描,有四面阵和圆柱阵两种方式,分别如图2-5、图2-6所示。四面阵雷达由四个单面阵组合而成,相比而言,圆柱阵雷达的造型和结构更加独特,下面重点介绍圆柱阵雷达。

1)圆柱阵雷达的主要优势

(1)方位向上无天线波束扫描下降,可提高雷达探测能力(但俯仰维扫描下降与面阵相同)。

(2)方位向上各角度测角精度一致(但俯仰维精度与面阵相同)。

(3)体积紧凑,外观设计感强。

2)圆柱阵雷达的主要劣势

(1)圆柱阵波束形成,效率差,旁瓣很难低于25 dB。

(2)法线指向0°,不能实现大俯仰角覆盖和半球覆盖。

(3)圆柱阵雷达天线列间距(图2-7)约为半波长,这就要求射频板(含TR组件)的厚度不能很高,所以截至目前,圆柱阵雷达的最高波段为C波段,低空性能相对较差。

图2-5 四面阵雷达

图2-6 圆柱阵雷达

图2-7 圆柱阵列间距图

(4)对雷达PCB板卡形状要求较高,设计略麻烦。

(5)中间难以镂空,难以做到与光电、电子侦察等设备一体化。

在俯仰维上,可以采用相扫、频扫、数字波束形成(digital beam forming,DBF)、干涉仪测角四种电扫方式,其主要优缺点对比见表2-2。

表2-2 俯仰维电扫方式优缺点对比

注: N M —分别为行和列方向上组件或通道的个数; T —扫描时间; M 0 —扫描角度个数。

相对而言,频扫是价格最有竞争力的方案,相扫和DBF是性能较优的方案。因为反无人机雷达的主要目标类型是多旋翼无人机,其最大速度一般不超过20 m/s,所以一个波位的驻留时间要比常规防空雷达长一个数量级以上。另外,反无人机雷达的作用距离只有5 km左右,PRT相对常规雷达小很多,所以若采用DBF方式,可积累的脉冲数达到2 048个甚至更多,不能完全采用相参积累,影响雷达探测能力,所以相扫是保证性能前提下价格更有竞争力的方案。

2.1.3.4 极化方式

反无人机雷达主要用于对低空目标的检测,实现此类目标检测的关键是对强杂波背景下目标回波的提取。

电磁波的特性,决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流,从而使电场信号迅速衰减;而垂直极化方式则不易产生极化电流,避免了能量的大幅衰减,保证了信号的有效传播。研究表明,对于普通土壤,水平极化和垂直极化电磁波的发射系数随掠射角的关系如图2-8所示,不难看出,地面的垂直极化波反射系数低于水平极化波反射系数。因此,反无人机雷达优选垂直极化的电磁波进行探测,降低地杂波的回波强度。

图2-8 普通土壤的垂直和水平极化反射系数

2.1.3.5 目标特性

反无人机雷达主要用于探测多旋翼小型无人机。深圳大疆创新科技有限公司(Shenzhen Dajiang Innovation Technology Co.Ltd.,DJI)生产的Inspire(精灵)系列四旋翼无人机占据全世界民用无人机产量的70%左右。根据DJI官方提供数据,截至2018年,DJI无人机中国市场保有量超过150万台,在中、小型无人机领域市场占有率约97%,在本系统防御目标中占有绝对主体地位。因此,反无人机雷达选取该类飞机作为典型目标。该类目标典型尺寸为350 mm×350 mm,经过微波暗室实际测试(实物如图2-9所示),RCS(雷达截面积)均值为0.01 m 2

图2-9 无人机RCS暗室测试现场图

该类型无人机最高飞行速度为20 m/s。根据《民用无人驾驶航空器系统空中交通管理办法》,小型民用无人机的飞行高度不得超过120 m。根据大部分飞手的飞行习惯,这类飞机飞行高度一般都在2~30 m之间,遇上关注目标,一般还会悬停拍摄。

该类目标飞行速度相对较慢、机动性弱,雷达波束逐次扫描过目标时的RCS值可以认为是统计无关的,两个脉冲间该值保持不变;该类无人机至少包括4个电机、1个云台、1个相机共6个独立的散射单元,另外,2个支架、4个支撑杆也可能是较强散射单元,没有哪一个或少数几个是主要的,因此该类目标应该属于Swerling I类目标。

2.1.3.6 最大作用距离

雷达最大作用距离

式中, n 为脉冲积累个数; P t 为峰值功率; τ 为脉冲宽度; G t 为发射天线增益; G r 为接收天线增益; λ 为波长; K 为玻尔兹曼常数(1.38×10 -23 ); T 0 为绝对温度(290 K); F n 为等效噪声系数; L s 为系统损耗(含插入损耗、波束形状损耗、大气传播损耗、脉冲压缩损耗、低空损耗、目标闪烁等); D 0 为检测因子。根据雷达实际参数就可以算出该雷达的最大作用距离。

2.1.3.7 信号带宽

雷达信号带宽取决于距离分辨率,其关系为

式中,Δ R 为距离分辨率; c 为光速; B 为信号带宽。如果距离分辨率为5 m,对应的信号带宽则为30 MHz。

除了分辨率要求以外,雷达信号带宽的选择还需综合考虑以下因素:

(1)增大信号带宽,可以缩小距离分辨单元,减小距离单元内杂波强度,从而提高信杂比,增强雷达的低空探测能力。

(2)带宽的增加,会使模拟数字转换器(analog-to-digital converter,ADC)的采样频率、数据传输率、信号处理平台的算力、计算和保存数据需要的内存也急剧上升。

(3)随着带宽的增加,目标上的RCS点可能分布在多个距离单元从而导致目标RCS降低,反无人机雷达主要探测目标为四旋翼类小型无人机,其典型轴距为449 cm,翼展689 mm,当带宽达到217.7 MHz时,分辨率为689 mm。

(4)目标上的RCS点分布在多个距离单元后,继续增大信号带宽,信杂比不再继续线性提高,信噪比却会随之下降。

基于上述,雷达信号带宽设定为30 MHz左右比较合适,实际设计时可以根据需要适当调整,能够实现较佳效果。

2.1.3.8 最小作用距离

大部分雷达采用宽窄脉冲结合的方式实现大占空比和低近距盲区。雷达的最小作用距离(近距盲区)取决于窄脉冲的脉冲宽度 τ ,计算公式为

式中, c 为光速; τ 为脉冲宽度。假如雷达窄脉冲的宽度 τ =1μs,可以计算求得雷达的最小作用距离为150 m。如果采用半脉冲压缩技术,最小作用距离可以进一步降低到75 m。

2.1.3.9 测距精度

影响测距精度的主要因素是系统热噪声引起的误差、量化误差及多普勒频率引起的距离误差等。

1)系统热噪声引起的误差

根据雷达测量误差理论,系统热噪声引起的距离误差计算如下:

式中, c 为光速, c =3×10 8 m/s; τ 为压缩后的脉冲宽度,信号瞬时带宽10 MHz时为0.1μs; S / N 为雷达正常检测所需要的信噪比,按照信噪比16 dB估算整个距离区间的系统热噪声引起的距离误差为2.68 m(均方根)。

2)量化误差

量化误差均方根值一般为 q 为最小量化单位。

假设雷达信号带宽10 MHz,距离分辨力为 =15 m,则距离量化误差为 ≈4.33(m)。

3)多普勒频率引起的距离误差

目标多普勒调制,引起的测距误差计算如下:

式中, v 为目标速度; T 为信号发射时宽; F 为发射频率;Δ F 为信号带宽。最高设计速度260 m/s引起的距离误差约为1.7 m。

雷达的总距离测量精度计算如下:

2.1.3.10 测角精度

影响测角精度的主要因素是系统热噪声引起的误差、量化误差和标定误差等。

1)系统热噪声引起的误差

根据搜索雷达测量误差理论,热噪声引起的测角误差为

式中, S / N 为雷达正常检测所需要的信噪比,可按照16 dB信噪比估算;Δ θ 1/ 2 为3 dB波束宽度。

2)量化误差

对于方位维或俯仰维测角,主要包括和差比幅表量化误差,一般在0.1°左右。

3)标定误差

标定误差的值一般在0.3°左右。

综上,雷达总测角精度可表示为

根据本设备参数算得:方位误差总计约为0.6°(均方根值),满足设计要求0.8°;俯仰误差总计约为0.7°(均方根值),满足设计要求0.8°。

2.1.3.11 分辨力

雷达径向距离分辨力取决于信号瞬时带宽,雷达信号带宽为10 MHz,因此距离分辨力为

雷达角度分辨力取决于波束宽度,具体数值完全由天线决定。

雷达径向速度分辨力取决于多普勒速度分辨力,两者换算关系为

式中,Δ f d 为多普勒速度分辨力; λ 为波长。

2.1.3.12 数据率

雷达数据率由目标速度和机动性决定。反无人机雷达主要探测目标为多旋翼无人机,飞机速度一般不超过20 m/s,数据率达到5~6 s就能基本满足大部分要求,对于低空空域安全要求比较高的防护目标,建议提升到1~2 s。

2.1.3.13 盲区补充

由于雷达固有的特性,雷达在近距、顶空存在一定的盲区;同时,因为地形地貌和建筑物的遮挡,遮挡产生的阴影也会产生盲区,要实现空域全覆盖,这就需要采用合适的技术手段进行补充。

补盲有两种方式:一种是采用电子侦察等其他传感器,另一种是采用两部或多部雷达组网的方式。因为雷达特有的全天候(晴天或阴雨天气)、全天时(白天或者夜间)、全属性(合作目标或者非合作目标)、全状态(目标辐射电磁波或者无线静默)、全参数(距离、方位角、俯仰角、速度)的特性,推荐使用雷达组网的方式进行补盲。

2.1.3.14 人体安全性分析

反无人机雷达是有源设备,具备主动对外辐射电磁波的特性。表2-3为《电磁环境控制限值》(GB 8702—2014)对公众暴露控制限值的要求。

表2-3 公众暴露控制限制

对表2-3补充说明如下:

(1)频率 f 的单位为所在行中第一栏的单位。

(2)0.1 MHz~300 GHz频率,场量参数是任意连续6 min内的方均根值。

(3)100 kHz以下频率,须同时限制电场强度和磁感应强度。100 kHz以上频率,在远场区,可以只限制电场强度或磁场强度,或等效平面波功率密度;在近场区,须同时限制电场强度和磁场强度。

(4)架空输电线路线下的耕地、园地、牧草地、畜禽饲养地、养殖水面、道路等场所,其频率50 Hz的电场强度控制限值为10 kV/m,且应给出警示和防护指示标志。

各雷达根据其工作频率对应的等效平面波功率密度 S eq (W/m 2 ),可以计算最小人体安全距离。

2.1.3.15 七性设计

雷达的七性主要包括可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性、环境适应性、电磁兼容性。其中,可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和其他电子产品非常相似,本书着重介绍环境适应性和电磁兼容性。

1)环境适应性

环境适应性设计为确保装备(产品)环境适应性而采取的一系列设计和工艺措施,包括减缓环境影响的措施和提高装备自身抗环境作用能力的措施。可通过减振设计(如增加减振器和阻尼器),减少振动、冲击应力影响;通过气密密封设计,阻止湿气侵入产品内部从而减少凝露水对微电路的影响;通过冷板设计和冷却通风,减少高温的影响;通过选择耐环境能力高的材料和元器(部)件提高装备对环境作用的抗力;通过采用优良的镀(涂)层和其他表面处理工艺,提高装备对腐蚀性大气的抗力等。

特别地,对于反无人机雷达尤其是固定站点部署的反无人机雷达,需要注意防风性设计,建议优先选择四面阵或者圆柱阵雷达;对于因为成本考虑而必须选用机械扫描雷达的场合,建议加装球形或者柱形天线罩,以提高抗风性能。不管是何种型号雷达,都建议进行现场可拆卸设计,遇上极端大风天气,均可以人工搬运转场,确保设备安全。

2)电磁兼容性

对于反无人机雷达,需要考虑的电磁兼容性因素包括:

(1)雷达之间的电磁兼容性。

(2)雷达对经过的民航和通航飞机的电磁兼容性。

(3)雷达对反无人机系统其他无线设备的电磁兼容性。

雷达站通过相互补盲来实现全空域的覆盖。当两部雷达相互照射或进入对方旁瓣的覆盖范围以内时,就可能出现相互干扰。为避免这个问题,雷达设计有多频点工作模式,组网雷达之间必须保证工作在不相同的频点,且具有足够的保护带宽。

表2-4为民航系统常用频率及主要业务。

表2-4 民航系统常用频率及主要业务

除此之外,还需要考虑系统内常用到的电磁干扰设备频率,见表2-5。

表2-5 反无人机系统工作频率与干扰分析

在设计中,必须详细对比表2-4、表2-5中的数据,确保雷达设备与反无人机系统中其他设备、民航机无线电设备的频率不冲突,才可以安全使用。

2.1.4 方案设计实例

本节将介绍典型反无人机雷达各组成单机的详细组成和设计细节。

2.1.4.1 天线单元设计

1)天线设计方案

天线波导型号可以选择BJ-180,材料为铝,波导壁厚1 mm,微带宽度3 mm。天线俯仰维实现频率扫描,工作波段为15~17 GHz,取缝隙间距约为11.25 mm,略小于半波导波长。因要求俯仰维口径为1 m,因此波导的窄边开32个缝隙作为天线单元。考虑到波导之间的耦合影响,因此仿真选取4根波导模型,间距取9.9 mm。俯仰维微带天线结构如图2-10所示。

图2-10 俯仰维微带天线结构

经过仿真优化,俯仰维微带天线主极化方向图如图2-11所示。由图2-11可知天线在频带内,边缘波导S11≤-25 dB、S21≤-8 dB,中心波导S55≤-25 dB、S65≤-8.6 dB。

图2-11 俯仰维微带天线主极化方向图

由图2-11结果可知,俯仰维扫描范围为俯仰法线以下2.5°~13.75°。波束宽度在17 GHz处最窄为1.33°,最宽在15 GHz处为1.63°,15~17 GHz能达到-30 dB的副瓣要求(表2-6)。

表2-6 各频点副瓣电平

四元波导阵面仿真所得增益曲线如图2-12所示。增益最小在15 GHz处,为29.2dB;增益最大在17 GHz处,为30.33 dB。

2)结构加工

方案采用的微带天线阵面在加工时分为微带和外壳两部分零件,均采用铣工进行加工。

在完成两部分零件的加工后,利用焊接工艺将两者进行连接固定,最终的效果图如图2-13所示。另外,方案将在外壳背部进行铣槽用以减重。

3)技术指标

(1)工作频率:Ku波段为15~17 GHz。

(2)驻波:≤2。

(3)天线增益:发射增益≥42 dBi;接收增益≥31 dBi。

(4)极化方式:垂直线极化。

图2-12 四元波导阵面仿真所得增益曲线

图2-13 天线阵面最终效果图

(5)交叉极化隔离:≥32 dB。

(6)耦合系数:≤-20 dB。

(7)副瓣电平:≤-25 dB。

(8)波束宽度:俯仰维为8°±0.5°@16 GHz;方位维为3°±0.5°@16 GHz。

(9)电气接口:SMA。

2.1.4.2 收发模块设计

收发模块要完成信号的产生、上变频、放大、滤波、下变频和增益控制等功能。收发模块包括:

(1)低噪放模块:为射频信号低噪声放大。

(2)频率综合器:含发射通道、DDS信号产生、频综电路。

(3)接收通道:含下变频链路、中频接收通道。

(4)固态功放:为发射激励信号进行驱动放大和功率放大。

频率综合器为固态功放提供发射激励信号,为接收通道提供本振信号,为采样单元提供采样与定时时钟。

固态功放将输入的发射激励信号进行驱动放大和功率放大,送往发射天线。

接收通道将双接收天线送来的回波进行低噪声放大,变频处理,根据需求选用高通滤波器或带通滤波器,滤波后经过增益可变放大器及驱动放大,送模数转换(AD)进行采样。

2.1.4.3 信号处理模块设计

根据系统需求,硬件框架设计如图2-14所示。

图2-14 硬件框架设计

由图2-14可知,本信号处理机的硬件组成主要包括ADC芯片、FPGA芯片、DDR3芯片、DSP芯片、以太网网口和电源模块。具体介绍如下:

(1)A/D变换器(ADC)将接收机送来的中频模拟信号进行数字化。

(2)FPGA芯片对数字化后的信号进行数字下变频、抽取滤波、脉冲压缩、MTD、CFAR等处理。

(3)DSP芯片辅助FPGA进行高精度运算,如MTD、二维CFAR。

(4)网口完成FPGA和DSP处理的数据传输。

(5)电源部分对整个板卡进行供电处理。

(6)频综、波控等接口对频综以及波控的各种状态完成控制。

(7)数据接口完成与数据处理端的信号交互,完成整个系统的控制。

2.1.4.4 信号处理软件方案设计

数字信号处理器输入为和、差两路模拟中频信号。两路模拟中频信号A/D采样后,分别送入FPGA进行数字下变频处理,转化为正交的I、Q基带信号,抽取滤波后, Σ Δ 信号分别经校准处理、脉冲压缩后,通过双口RAM进行缓冲,然后再进行MTD, Σ 信号数据传给DSP1进行恒虚警处理, Σ Δ 信号最终汇集到 Δ 路处理板的DSP1做目标分析、和差归一化。最后DSP把处理结果通过FPGA写入双口RAM,目标处理计算机根据需要读取RAM中的信息。信号处理机工作原理如图2-15所示。

图2-15 信号处理机工作原理框图

1)数字下变频

数字下变频模块实现数字信号下变频以及抽取滤波以获取零中频信号。该模块包括数字混频、本地振荡器和低通滤波器,由本地振荡器产生的本地正/余弦载频信号分别与中频信号相乘,得到I、Q两路正交信号,分别通过抗混叠滤波器再抽取,输出数据流降低了的数字基带信号速率。

低通滤波的带宽根据要求设计为可变的标准FIR滤波器,带外抑制60 dB。为降低低通滤波器的设计难度,低通滤波器分为两级设计:第一级根据实际信号带宽确定抽取倍数,要求是频谱不混叠;第二级根据抽取后的信号采样率确定低通滤波器系数。

采样后的中频均满足 f s /4的关系,如果设本振为0,那么本振序列为

上述本振可简化为

只需一个多路选择器即可实现。

2)脉冲压缩

现代雷达中经常使用脉冲压缩技术实现雷达作用距离与距离分辨率的解耦合处理,本系统中使用线性调频与非线性调频波形作为雷达波形,因此需要对该波形进行脉冲压缩处理,脉冲压缩可以使用匹配滤波器的时域处理方式以及频域处理方式。时域处理针对采样点不多的信号进行,采样点过多导致实际资源消耗太多,而频域处理可以克服此问题。实际工作时,根据波形信息,将相应的脉压系数配置进RAM即可实现脉冲压缩处理。脉冲压缩可以得到很大的处理增益,设波形的时间带宽积为 BT ,理论可得到的处理增益为10lg( BT )dB。

线性调频信号的表达形式为

式中, τ 为发射脉冲宽度; f 0 为载波频率; k 为调频斜率。线性调频信号的瞬时频率可写成

B k · τ ,为信号带宽。线性调频信号频域脉冲压缩原理如图2-16所示。

图2-16 频域脉冲压缩原理

图2-16中, H k )= S * k )· W k ),其中, S * k )为发射波形(数字采样后)傅里叶变换的共轭; W k )为窗函数,为满足副瓣和主瓣宽度的要求,选择海明窗

选用海明窗,脉压后波形展宽到约1.8倍(-6 dB),使用加窗处理会出现一定的信噪比损失,图2-17比较了几种窗函数的信噪比损失情况,作为选择海明窗的一个依据。若脉压用1 024点快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT),选用512点海明窗,信噪比(SNR)损失约1.35 dB。

据此进行程序设计,得到如图2-18所示结构。

图2-18中,控制状态机是整个脉压模块的核心控制模块,产生BUFFER读写控制和FFT CORE参数,包括FFT启动信号、FFT长度、IFFT标志和FFT截位控制信号;并向系统控制器传递脉压完成标识信号(PscDone)以及DSP缓存的读写使能,同时控制状态机还将检测时序错误,提供一个4位宽故障寄存器,供系统控制器查询。

图2-17 脉压SNR损失随点数的变化

(从上到下三条曲线,分别对应海明窗、海宁窗和Blackman窗)

图2-18 脉压模块框图

3)动目标显示

动目标显示(MTI)主要用来抑制地杂波。地物杂波相对于地面搜索雷达来说是静止不动的,因此杂波的多普勒频移为0;而空中目标是时刻运动的,即多普勒频移不为0,利用两者在频谱结构上的差别,MTI既能消除杂波,又能保留动目标信号,从频率上将它们区分,以达到抑制杂波而显示目标的目的。最基础的MTI滤波器是二脉冲及三脉冲对消器,增加对消次数可以展宽滤波器凹口,从而增加杂波抑制能力。

为保证在零频上产生一个零点,以及对高强度地海杂波的抑制,本次设计采用一个三脉冲对消器,对地杂波进行处理,其原理框图如图2-19所示,图中 a =1、 b =-2、 c =1。其幅频特性如图2-20所示。

图2-19 MTI原理框图

图2-20 动目标显示

4)动目标检测

动目标检测(MTD)的基本原理同样是多普勒效应,运动目标和杂波(包括固定杂波和运动杂波)的差别体现在其速度上,通常后者的运动速度远比目标运动速度低,这一速度差别反映在雷达回波中是其多普勒频移不同。MTD须解决杂波抑制及盲速两个问题。

对于杂波抑制,MTD是通过多个带通多普勒滤波器组成的滤波器组对雷达回波进行滤波处理,抑制掉地杂波,再对滤波器的输出进行检测来发现目标的。只要判断滤波器有无输出,就可以有效地检测运动目标及其速度。与准最优滤波处理的MTI比较,MTD为最优滤波处理。

对于盲速问题,采用参差的方法可以对其进行解决。本方案拟采用脉组间三参差方案解决该问题。

MTD处理可以使用FIR滤波器组或FFT实现。FFT的特点是运算量小、资源消耗小,但是每个滤波器的频带响应是同样的,而采用FIR滤波器组可以根据实际的信号特征改变每个滤波器的频率特性。如果直接用时域数据做FFT处理完成MTD运算,等同于用一组矩形窗滤波器来对数据滤波。由于矩形窗滤波器的旁瓣较高,而杂波回波的功率又较大,因此即使FFT输出通道远离杂波谱中心,也会因为旁瓣进入的杂波能量较大而淹没信号。

MTD具有很高的处理增益,设每个带通滤波器与PRF的比值为 r ,那么理论处理增益为10lg(1/ r )dB,对于512点FFT处理增益为27 dB。

5)恒虚警检测

恒虚警检测(CFAR)包括接收机噪声中的CFAR和杂波背景中的CFAR。一般来说CFAR有基于杂波图的CFAR算法、基于单元平均的CFAR和基于噪声检测的CFAR三种算法。本系统中针对不同的目标特征采用不同的CFAR算法。在强干扰中提取目标,不仅要有一定的信噪比,而且必须有恒虚警处理,其目的是保持信号检测时的虚警率恒定。由于地物、海浪、云雨、箔条等分布杂波可以看作许多独立照射单元回波的叠加,杂波包络的分布也接近瑞利分布,如果检测背景中存在此类杂波,检测门限可通过计算杂波的均值得到。

在动目标的检测中,可以采用基于单元平均的恒虚警算法实现虚警压制。单元平均的CFAR算法,采用邻近单元的噪声功率估计当前单元的噪声功率,在此噪声功率上乘以一个门限因子与当前检测单元功率比较而实现。

对于此次方案,在距离维上,采用每个参考窗删除最大值和次大值,然后平均选大的恒虚警,处理方式如图2-21所示。

参数说明(暂定):参考窗长度 n =16;前、后保护单元均为4;门限因子:1~256(默认为3);检测门限:1~65 536(默认为15)。

图2-21 双侧窗恒虚警检测原理

6)目标提取

如图2-22所示为目标合并原理,为CFAR后的时频二维图,横坐标为距离单元,纵坐标为多普勒单元,合并时先沿时间维进行,图中红色和蓝色点为CFAR后过门限的点,红色为合并后的目标点,粉色点为没有过门限的点。

图2-22 目标合并原理

首先确定距离维门限,线性调频带宽10 M,所以脉压后主瓣宽度为0.1μs,加海明窗、脉压后波形展宽到约1.8倍(-6 dB),即约0.18μs,采样率为20 MHz时对应距离单元约为4个,则选 th dis =4。

合并时按距离单元由小到大的顺序依次处理每一个多普勒通道中过门限的点,设第一个过门限的点为 p t 1 f 1 )(距离单元号为 t 1 ,多普勒通道号为 f 1 ),计算 p t 1 f 1 )与该多普勒通道中下一个过门限的点[设为 p t 2 f 1 )]的距离单元差Δ t abs t 1 t 2 )。若Δ t th dis ,则认为 p t 1 f 1 )和 p t 2 f 1 )为同一个目标,然后选择 p t 1 f 1 )和 p t 2 f 1 )中幅度较大的点和后面的点做合并处理;若Δ t th dis (距离维门限),则认为 p t 1 f 1 )和 p t 2 f 1 )不是同一个目标,则 p t 2 f 1 )为一个新的目标的点,然后用 p t 2 f 1 )和后面的点做同样的合并处理,直到完成该多普勒通道目标合并过程。

处理完每一个多普勒通道后,再做多普勒维的合并处理,即将出现在同一距离分辨波门中的多个点选大作为合并后的目标点。

如图2-22所示,CFAR后为20个检测点,合并处理后为3个目标点。

采用上述方法做距离维合并时,若一个目标在距离维上展宽较多,则可能会将一个目标错误判为两个目标,如图2-23所示。

图2-23 局部极值点判断

图2-23中上面的曲线为对应距离单元点的幅度值大小,按照上面选定的距离门限及合并方法,会得到两个目标点即红色点和绿色点,但显然绿色点并不是一个单独的目标点,而是由红色目标点在距离维上的展宽造成的,所以在距离维合并后应判断每一目标点是否为局部极值点。采用的方法是比较其幅度是否同时大于左右两个相邻距离单元点的幅度值,若大于则说明该点为局部极值点(如图中的红色点),判为目标点;若不大于其中的一个,即图中绿色点的幅度值不大于其左侧蓝色单元点的幅度值,则说明该点不是局部极值点,应舍弃。

7)参数提取

(1)距离测量。采用幅度加权法,以回波幅度为权重,加权回波的时延和频率信息。方法如下:在合并为同一目标的多个目标点中搜索具有相同多普勒通道号且幅度最大的几个(最少2个),设为 p 1 τ 1 f y 1 )、 p 2 τ 2 f y 2 ),采用幅度加权法计算内插值如下:

式中, C 为考虑光速和量化单位后的系数。

(2)速度测量。选择幅度最大的多普勒通道号。

2.1.4.5 接收机

1)功能要求

接收系统由 Σ Δ 两路接收通道组成,每个通道主要由高放混频、第Ⅰ中放、第二混频、第Ⅱ中放组成,两路接收通道硬件完全相同。功能要求如下:

(1)对天线接收的 Σ Δ 支路的目标回波信号进行高频放大、两次混频、中频放大,输出中频信号。送信号处理完成对目标的搜索及跟踪。

(2)根据控制数据和控制指令,完成接收系统的增益控制。

(3)对模拟/校准高频信号进行高频放大、两次混频、中频放大,输出中频信号到信号处理器;在校准信号输入时间内进行接收系统实时自检,并将检查结果送至后端设备,供雷达进行自动检测。

(4)具有低功耗工作同时快速恢复的模式。

2)主要技术指标

(1)和-差2个通道。

(2)射频用SMA接插件。

(3)变频接收通道:噪声系数<18 dB。

(4)增益≥50 dB,数控衰减30 dB。

(5)中频:210 MHz。

(6)模拟接口:输入2路射频信号;输入1路本振信号;输入1路校正信号;输出2路中频信号,长度约0.2 m。

(7)中频滤波器:3 dB带宽。

(8)接收通道一致性:幅度≤0.5 dB(可利用数控衰减器后期进行调试补偿满足指标)。

(9)电源:9 V(1 200 mA)。

(10)控制接口:接插件型号J30J-15TJN。

2.1.4.6 转台设计

1)技术要求

(1)方位向一维转台。

(2)具有固定零位,开机自动找零位。

(3)时时上报方位角给信号处理机。

(4)具有连续匀速转动功能,速度可调。

(5)具有对称扇扫转动功能,扇扫角度可调。

(6)具有定位功能。

(7)内置电源转换模块,DC 48 V~12 V,功率32 W。

2)系统组成

转台伺服系统主要分为三部分:第一部分是微控制器,第二部分是执行元件,第三部分是反馈元件。

在硬件方面,转台伺服微控制器主要包含以下模块:电源模块、微控制器模块、通信模块和温度检测模块。

伺服控制板的电源模块输入电压为直流12 V,经降压芯片降压为5 V,为光电编码器、温度传感器和电平转换芯片供电。直流5 V电压再经LDO降压为3.3 V,为微控制器芯片和通信芯片供电。

在软件方面,转台伺服微控制器主要控制流程如图2-24所示。

图2-24 转台伺服微控制器主要控制流程

转台的转动控制原理如下:转台上电时首先寻找原点,当回到原点后,等待解析芯发出运动指令,收到解析芯的运动指令后,微控制器会结合目前解析芯的角度位置和解析芯的指令规划运动路径,然后开始转动,当到达目标角度或在转动过程中收到新的运动指令,转台会立即停下。在转台响应解析芯命令和转动的同时,其会不断地采集光电编码器的位置信号,以便更精准地响应解析芯的运动指令。

2.1.4.7 接口及防护设计

雷达采用独立的供电接口、通信接口和记录接口,其中每部通信接口采用千兆以太网,再通过交换机与总控服务器互连,实现雷达系统的控制与目标显示。

1)电接口

雷达采用市电220 V供电,要求供电电源功率不小于150 W,雷达总功耗不小于300 W。

2)通信接口

雷达分系统主要通过千兆以太网接口与交换机互连,再通过外部总控服务器进行通信交互。总控服务器通过网口向雷达发送控制信息控制雷达工作,接收雷达返回的状态信息和目标信息。

(1)通信端口协议。系统控制软件与显控软件之间采用以太网接口通信。数据传输采用用户数据报协议(user datagram protocol,UDP),定义数据接口不包含UDP协议中自带的内容。

(2)显控通信接口设计。显控通信接口包括对雷达工作模式、校准状态、增益、辐射和目标模拟等参数控制及状态信息显示,显示画面手动可缩放。

3)记录接口

雷达数据记录接口采用光纤传输的方式。

(1)光纤记录仪参数配置。包括:①光纤接收为2通道。②光纤接口接收速率为2.5 Gbit/s。③光纤接口信号形式为多模光纤(850 nm)。④通道光纤记录最大持续存储数据率为200 MB/s。光纤接口协议为自定义传输协议,K码进行包标记,D码为记录数据,空闲码为0xBCC5。通道光纤数据进入2块存储板。

(2)光纤记录通信内容。传输内容包括雷达实时状态信息、雷达实时控制信息、雷达系统参数、雷达原始回波数据及目标信息等。

(3)数据传输设计。通信时,处理单元将每帧数据分成若干个包,每包大小为8 KB,分时发给记录仪,每包相隔时间大于40μs,相当于数据率小于200 MB/s,以保证记录数据完整。

2.1.4.8 电源模块设计

电源模块为雷达提供直流电源,是雷达的重要组成部分。电源模块将市电220 V交流电源变换为雷达各分机所需的直流电源。电源模块具有输入过压、欠压保护,输出过压、过流、短路、过温等保护功能(图2-25)。

图2-25 电源模块原理框图

2.1.4.9 显示控制软件

显示控制软件实现功能包括:

(1)具备点迹、航迹、方位角、俯仰角、速度、距离等参数显示和上报功能。

(2)具备故障监视、故障模块自检测及故障定位等功能,并对严重故障提供图像或声音告警,自动反馈故障报警信号至指控系统。

(3)具备用户操作权限的分级管理功能。

(4)具备参数设置和备份功能,具备操作确认提示功能。

(5)具备提供原始探测数据功能。

(6)具备雷达运行状态显示功能。

(7)具备扇区静默设置及扇区扫描功能。

2.1.5 国内外典型反无人机雷达简介

目前,随着反无人机系统需求快速增长,国内外雷达研制单位陆续推出了多款反无人机雷达。国内外典型的反无人机雷达型号见表2-7。

表2-7 国内外典型的反无人机雷达型号

续表

2.1.5.1 国外典型反无人机雷达

国外的反无人机雷达与国内的有显著不同:国外的反无人机雷达都是针对反恐或军用设计的,所以特别强调对高速、高机动低空目标的探测,其一个特别显著的特点是一般多采用四面阵电扫实现空域覆盖。

1)美国雷神公司KuRFS反无人机雷达

美国雷神公司研制的KuRFS雷达(图2-26),是一种先进的Ku波段有源相控阵(active electronically scanned array,AESA)雷达,展开时间不超过30 min,可满足美国陆军反无人机的雷达即时使用需求。KuRFS多用途雷达能够探测火箭弹、炮弹和蜂群无人机,提供精确的火力控制和感知与告警功能。

图2-26 美国雷神公司KuRFS反无人机雷达

2)英国BSS公司Blighter系列反无人机雷达

英国BSS(Blighter Surveillance System)是电子扫描雷达和电子监视解决方案的设计师和制造商。BSS监视系统可满足大范围防御系统的需求,如城市、商业中心的安全防御。该公司旗下主要反无人机雷达型号包括Blighter-A800、Blighter-A400、Blighter-A800、Blighter-B400、Blighter-C400等。其中,最近推出的A800三模三维反无人机雷达(图2-27),可用于陆地、空中和海上监视,通过使用单个高性价比传感器同时在三个复杂环境中执行精确监视。

图2-27 BSS公司A800三维反无人机雷达

该雷达的主要功能是在三维空间探测、定位商业和业余爱好无人机。其优化的空中安全模式提供了独特的功能,可以搜索由于误用小型无人机(包括常用的“DJI Phantom”式四轴飞行器)而引起的“低慢小(low slow small,LSS)”威胁。基于人工智能的微多普勒目标过滤功能有助于减少误报并改善对多旋翼机和有翼无人机的检测。

A800三维无人机探测雷达的设计目的是通过寻找周边以外的区域,尽可能早地发出威胁警报。其坚固的设计使它能够在恶劣的条件和温度下工作,从-32℃至65℃。扩展操作温度版本也可用。它可以安装在三脚架或四脚架上、陆地车辆和拖车上、固定塔和桅杆上,用于监视各种不同的环境。A800支持多种行业标准接口,包括高级加密,还可以下载软件开发人员工具包(SDK)。

3)以色列RADA公司MHR系列反无人机雷达

以色列RADA公司研制的多任务半球型雷达(multi-mission hemispheric radar,MHR)系列雷达,用于空中监视和反无人机任务。这种雷达结构紧凑,能在移动中工作。

MHR系列雷达是为解决机动部队防护需求开发的,工作于S波段,是一种软件化、有源相控阵雷达,使用脉冲多普勒技术,具有精密的波束形成和先进信号处理能力,单部雷达即可完成对无人机、运输机、战斗机、直升机、火箭弹、迫击炮等多种目标的探测,进行威胁分类,对微型无人机、中型无人机、常规战斗机和短距火箭弹的探测距离分别为5 km、15 km、25 km和5 km。单部雷达覆盖范围为90°,4部雷达即能够实现360°全覆盖。当雷达与电光/红外传感器和射频干扰机集成在一起,可用于反无人机,对纳米无人机、微型无人机和小型无人机提供一套完整的软杀伤方案。RADA公司推出的PRS-42雷达如图2-28所示。

图2-28 RADA公司PRS-42雷达

2.1.5.2 国内典型反无人机雷达

上海航天电子通讯设备研究所研制的QD-21-4型反无人机雷达,是国内第一部民用四面阵反无人机雷达。该雷达采用四面阵形式实现方位、俯仰二维相位扫描,可以同时对来自任意方向的目标进行探测,具有探测目标数多、跟踪稳定、慢速目标探测能力强、可靠性高等技术特点,实物如图2-29所示。

图2-29 上海航天电子通讯设备研究所QD-21-4型反无人机雷达

图2-30 安徽耀峰雷达科技有限公司YFR-01C型反无人机雷达

安徽耀峰雷达科技有限公司研制的YFR-01C型雷达是一款方位机扫、俯仰频扫的脉冲多普勒体制三坐标雷达,主要用于探测定位低空飞行器。该雷达是一部典型的高性价比雷达,可以精确探测消费级无人机的空间位置,配接光电系统,可与干扰、激光毁伤、导航诱导等反制设备级联,适用于大型集会、治安反恐、电力系统等重要场所。

2.1.6 发展趋势

由于目前的反无人机雷达整体上都是从传统近程或末端防空雷达转型而来,其人工智能技术应用尚在萌芽阶段,对于复杂城市背景下目标探测、航迹快速自动起始、低空目标模式识别等能力普遍不足,所以人工智能技术在反无人机雷达的深度应用,必将大幅提高反无人机雷达的智能化和无人值守水平,成为反无人机雷达的重要发展趋势。

同时,目前国内常见的反无人机雷达主要探测对象是民用多旋翼无人机,对反恐或军事用途的飞机探测能力和指标匹配性相对仍有不足,需要行业进一步技术迭代,实现从“防黑飞”到“反恐”及“军用”的升级。

此外,目前的反无人机雷达大多机动短期部署,产品的可靠性、防护性能、抗台风、抗盐雾、抗高低温等性能普遍不足,难以满足长期常态化固定部署的条件,这对反无人机产品也提出了迫切的技术需求。 gY9th3GySdQuzwq7bhL2pIlzrP/yENB4Vf+GBDv7cpvIbuVwPU6clddnTw7kdgvH

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