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多目标识别

  与飞机、导弹等传统空中威胁一样,有效防御集群式无人机的第一步是尽早感知威胁并及时预警。由于无人机集群需要在指定平台发射,且普遍存在飞行高度低 (隐蔽性强)、发动机散热量低 (难以被红外探测器发现)等特点,因此宜采用下列雷达预警方案。

  (一)多层次、分布式的预警防御体系

  1、远—中—近程雷达分层配置

  与 “全球鹰”“捕食者”等大型长航时无人机不同,小型无人机的续航能力和作战半径有限,需要运输机等载机平台送至防区外发射。载机平台既是无人机集群出现的标志,也是向后者传递指控命令的神经中枢。鉴于“小精灵”无人机最大作战半径可达900千米,采用C-130、C-17运输机或者B-52轰炸机远程投放,因此可针对这些载机平台建立雷达目标特征数据库,使用远程警戒雷达 (500~1000千米)探测、分类和识别,待确认后引导导弹和战机进行攻击。远程雷达的掠地角大,分辨能力低,不易探测和跟踪小雷达截面和低飞行高度的集群式无人机,因此在无人机进入500千米、300千米、100千米之后,可分别采用中、近程三坐标警戒雷达和低空补盲雷达对无人机群进行监视和跟踪。萨博公司拓展了中、近程 “长颈鹿”捷变多波束雷达对“低慢小”无人机目标的探测、跟踪性能,并验证了在复杂环境下应对 6架无人机的能力。该雷达可发现 100个雷达截面积仅为0.001米²的空中目标,将无人机从地面杂波中识别出来,并可与多种武器系统相连,执行打击无人机的任务。

  2、雷达组网与双/多基地部署

  集群式无人机通过协同组网和分布式感知提升作战能力,地面雷达也可以借助这一思想,采用雷达组网和分布部署来提高预警能力。组网雷达通过一个中心站执行统一管理和调配,利用通信链路将多部不同体制、不同频段和不同工作模式的地面雷达系统连接起来,最终依靠融合处理技术将网内各传感器的信息整合成最全面可靠的情报。组网雷达具有三大作战优势:首先,凭借广域覆盖实现无缝监视,凭借多角度观察实现去伪存真、去粗取精,从而降低虚警概率;其次,当网内一部或几部雷达因受到攻击而失效时,其他雷达系统依旧能担负起警戒的重任,避免预警体系整体瘫痪;最后,组网雷达既可以灵活调整工作状态,充分发挥每部雷达的探测优势,又可以通过交替开机、轮番机动等方式给无人机集群造成电磁闪耀干扰,使之混淆跟踪的方向、频率和波形。

多目标跟踪

  相比于常见的单基地雷达,双/多基地雷达能够有效应对无人机集群的侦察、干扰和打击威胁。首先,双/多基地雷达的发射机可部署到战区后方甚至是空中平台上,灵活机动,处于相对安全位置;其次,高价值的接收机作为无源装备,具有很好的电磁隐蔽性,可放置于战线前方,取得最佳探测视角;再次,和组网雷达一样,分散式部署的多基地雷达能大范围、多角度地探测无人机群,提高发现概率和识别能力;然后,多基地雷达中的一部发射机可供多部接收机使用,一部接收机也可接收多部发射机的信号,增强了体系的鲁棒性和抗毁性;最后,凭借着空间分集、体制分集、频率分集、极化分集和信息融合等优势,双/多基地雷达几乎能抗击所有的有源和无源干扰。

  3、空—地一体协同探测

  相比于地基雷达,空基预警平台能突破地球曲度和地形遮挡限制,实现更好的低空探测。空中预警系统包括预警机和浮空器,其中预警机不仅能灵活机动地执行大空域360°无缝探测,还可以作为空中指挥控制中心指挥我方战机与敌机交战,并利用机内电子战设备展开电子侦察和电子干扰浮空器平台具备360°全覆盖、全天候、全天时监视能力,且运行成本很低(400美元/小时)。尽管如此,这两种空基平台还需要地面雷达辅助:预警机的运行费用高,续航能力有限,即使是空中加油,也无法满足全天时作战需求;浮空器体积庞大、行动迟缓,极易成为攻击目标;另外,一般预警机和浮空器的最大作用距离都在500千米左右,难以捕获900千米外的“小精灵”载机平台。因此,空—地协同探测才能将雷达体系的大威力、全覆盖、全天候/全天时、低成本等优势结合起来。

  (二)低/零功率辐射技术与系统

  鉴于无人机集群的首要作战对象是辐射电磁信号的雷达等电子设备,因此可以采用低功率甚至零功率的雷达辐射技术和装备来达到隐蔽探测和自我保护的目的。低截获概率(LPI)雷达采用宽带自适应频率捷变、高增益天线、扩谱波形、脉冲压缩、相干积累、参数随机化等方法,提高主瓣增益系数与接收机信噪比,从而以极低峰值功率捕获远距离小目标。无源防空雷达自身不发射电磁波,它通过接收空中目标自身电磁辐射或外辐射源照射目标的反射信号,完成对目标的定位和跟踪。由于彻底失去引导媒介,无人机集群难以发现无源雷达。此外,近几次局部战争证明,制定机动灵活的雷达静默战术,能很大程度地减少电磁波泄漏,防止雷达信号情报被侦察。

  (三)具有颠覆性潜力的新体制雷达技术

  多基分布式协同探测体系可全面感知战场态势,具备强大的抗干扰性和抗毁性,但体系越大意味运行费用和维护成本越昂贵,也意味着越容易暴露目标、受到打击。无源雷达尽管有好的电磁隐蔽性,但却缺少发射机合作而丢失了探测的主动性和精确性。为了在不损失预警效能的前提下降低作战成本,除了统筹规划雷达开机策略外,还可以将目光瞄准具备颠覆性潜力的新体制雷达技术上,如微波光子雷达。

  微波光子技术将光子/光电器件的高频率、大带宽、低损耗、结构小型紧凑等优势与传统微波雷达相结合,从而提高远程探测和宽角覆盖能力、目标成像和识别能力、低空探测能力、抗有源干扰能力和快速可重构能力,并且有助于实现雷达系统的软件化和多功能,降低系统尺寸、重量和功耗。世界上首部微波光子雷达样机已经问世,实现了对非合作客机的跟踪与测量。之后,该雷达架构成功推广至双波段和多波段,并演示验证了一体化光子雷达/通信系统和光子雷达/激光雷达系统的可行性。

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