[Ειδική ανάλυση] Έρευνα σχετικά με τις ικανότητες αναγνώρισης τριών ραδιοτηλεοπτικών ραντάρ που χρησιμοποιούνται συνήθως στις ζώνες S, C και X στα συστήματα κατά των UAV

Η εκτεταμένη ανάπτυξη μη επανδρωμένων αεροσκαφών (UAVs) αναδιαμορφώνει το τοπίο επίθεσης-άμυνας στην άμυνα ασφαλείας χαμηλού υψόμετρου και τις σύγχρονες συγκρούσεις στο πεδίο της μάχης.Από μικρής κλίμακας τακτική αναγνώριση και επιθέσεις καμικάζ μέχρι επιθέσεις σμήνους και επιθέσεις μεγάλης εμβέλειας σε στρατηγικό επίπεδο.Ως "πρώτη γραμμή άμυνας" στα αντι-UAV συστήματα,Η επιλογή ζώνης ραντάρ καθορίζει άμεσα την αποτελεσματικότητα αναγνώρισης στόχων UAV και την ταχύτητα απόκρισης των αλυσίδων άμυναςΟι τρεις κυριότερες ζώνες ραντάρ S, C και X καλύπτουν διαφοροποιημένα σενάρια εφαρμογής και όρια ικανότητας για την ανίχνευση UAV.Είτε πρόκειται για μεγάλα ενσωματωμένα UAV αναγνώρισης ή μικροσκοπικά drones καταναλωτικής ποιότητας, λειτουργίας σε περίπλοκα ηλεκτρομαγνητικά περιβάλλοντα αντιμέτρων ή σε ακραίες μετεωρολογικές συνθήκες, τεχνική προσαρμοστικότητα,Τα τακτικά πλεονεκτήματα και τα πρακτικά επιχειρησιακά μειονεκτήματα των ραντάρ σε διαφορετικές ζώνες ασκούν βαθιές επιπτώσεις στη λογική κατασκευής και τις στρατηγικές κατανομής πόρων των αντι-UAV αμυντικών συστημάτων.

1Χαρακτηριστικά και διαφορές των ραντάρ ζώνης S, C και X

Η αναγνώριση των μη επανδρωμένων αεροσκαφών (UAV) με ραντάρ είναι ουσιαστικά μια διαδικασία που περιλαμβάνει τη μετάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων συγκεκριμένων ζώνων συχνοτήτων,λαμβάνοντας σήματα ηχώ που αντανακλούνται από τους στόχους, εξάγοντας βασικές χαρακτηριστικές παραμέτρους όπως εμβέλεια στόχου, ταχύτητα, στάση και διατομή ραντάρ (RCS) μέσω επεξεργασίας σήματος και ολοκληρώνοντας έτσι την ανίχνευση στόχου,Παρακολούθηση τροχιάς και διάκριση χαρακτηριστικώνΗ ταξινόμηση των ζώνων S, C και X απορρέει από τις διαφορές στις περιοχές συχνοτήτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.Τέτοιες διαφορές επηρεάζουν άμεσα την απόδοσή τους σε βασικούς δείκτες, συμπεριλαμβανομένων των χαρακτηριστικών διάδοσης, εύρος δέσμης, ανάλυση και αντιανταναγκαστική ικανότητα, και τελικά να καθορίσουν το όριο της ικανότητάς τους να εντοπίζουν διάφορους τύπους UAVs.το εύρος ανίχνευσης συσχετίζεται θετικά με την ισχύ μετάδοσης και την αύξηση της κεραίας, αρνητικά συσχετιζόμενο με το ελάχιστο ανιχνεύσιμο σήμα και ανάλογο με την ισχύ ενός τέταρτου του στόχου RCS.Οι ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες των διαφόρων ζώνων συχνοτήτων επηρεάζουν αυτές τις κρίσιμες παραμέτρους, με αποτέλεσμα μια διαχωρισμένη διαφοροποίηση των δυνατοτήτων αναγνώρισης στόχων.

Συγκεκριμένα, η ζώνη S καλύπτει ένα εύρος συχνοτήτων 2 ∆4 GHz με μήκους κύματος 10 ∆15 εκατοστών, που εμπίπτει στη ζώνη των μεσαίων κυμάτων.Το βασικό του πλεονέκτημα έγκειται στη χαμηλή απώλεια διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην ατμόσφαιρα, με συντελεστή εξασθένισης μόλις 0,01·0,03 dB/km, παρέχοντας ισχυρή ικανότητα διείσδυσης. Η ζώνη C λειτουργεί σε συχνότητες 4·8 GHz με μήκους κύματος 3,75·7,5 εκατοστών,που βρίσκεται στη ζώνη μετάβασης μεταξύ μεσαίων και μικρών κυμάτωνΗ ζώνη X καλύπτει συχνότητες 812 GHz με μήκους κύματος 2,53,75 εκατοστών, που ταξινομούνται ως ζώνη μικρών κυμάτων.Διαθέτει ένα στενό εύρος δέσμης και την ανάλυση εύρους καλύτερα από 1 μέτροΗ ατμοσφαιρική διάχυση της ατμόσφαιρας είναι σημαντικά υψηλότερη (0,1 - 0,3 dB/km) και είναι πολύ πιο ευαίσθητη στις καιρικές συνθήκες όπως η βροχή, το χιόνι και η ομίχλη.Αυτά τα ξεχωριστά χαρακτηριστικά ζώνης αντιστοιχούν άμεσα στις βασικές απαιτήσεις ανίχνευσης dronesΗ ζώνη S είναι βέλτιστη για την έγκαιρη προειδοποίηση μεγάλου βεληνεκούς, η ζώνη C επικεντρώνεται στην ισορροπημένη αναγνώριση μεσαίου βεληνεκούς και η ζώνη X ειδικεύεται στην υψηλής ακρίβειας παρακολούθηση μικρού βεληνεκούς.Οι τρεις ζώνες αποτελούν ένα φυσικά συμπληρωματικό σύστημα ικανότητας..

Αξίζει να σημειωθεί ότι υπάρχει κρίσιμη αλληλεπιδράσιμη σχέση μεταξύ των χαρακτηριστικών RCS των μη επανδρωμένων αεροσκαφών (UAV) και της επιλογής ζώνης κυμάτων.Τα δημόσια δεδομένα δείχνουν ότι το RCS των μικρο-UAVs μπορεί να είναι τόσο χαμηλό όσο 00,001 έως 0,005 τετραγωνικά μέτρα, το RCS των μικρών UAVs είναι περίπου 0,01 έως 0,02 τετραγωνικά μέτρα, και το RCS των μεγάλων ενσωματωμένων UAVs αναγνώρισης-έκρουσης ανέρχεται σε περίπου 0,1 τετραγωνικά μέτρα.Προκύπτει από την εξίσωση εμβέλειας ραντάρ, όταν το RCS του στόχου μειώνεται από 0,1 τετραγωνικά μέτρα σε 0,01 τετραγωνικά μέτρα, το εύρος ανίχνευσης του ίδιου ραντάρ θα μειωθεί κατά περισσότερο από 40%· εάν το RCS μειωθεί περαιτέρω σε 0,001 τετραγωνικά μέτρα,Το εύρος ανίχνευσης θα συρρικνωθεί κατά περισσότερο από 60%Ο κανόνας αυτός καθορίζει άμεσα ότι η υψηλή ανάλυση της ζώνης X είναι πιο κατάλληλη για τον εντοπισμό μικρο-UAV με χαμηλό RCS,Ενώ το πλεονέκτημα της μεγάλης εμβέλειας ανίχνευσης της ζώνης S την καθιστά πιο κατάλληλη για την αιχμαλωσία μεγάλων στόχων UAV.

2.Πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα και εφαρμοστέα σενάρια τριών μεγάλων ραντάρ κυματικής ζώνης

(Ι) Ράδα S-band: Ο "Προστάτης χαμηλού υψομέτρου" για την έγκαιρη προειδοποίηση ευρείας περιοχής

Τα βασικά πλεονεκτήματα του ραντάρ S-band βρίσκονται στα διπλά χαρακτηριστικά της ανίχνευσης μεγάλων αποστάσεων και της ισχυρής προσαρμοστικότητας στο περιβάλλον.μπορεί να ανιχνεύει μη επανδρωμένα αεροσκάφη (UAV) με RCS 0.1 τετραγωνικά μέτρα σε εμβέλεια 15 έως 25 χιλιομέτρων, και η εμβέλεια ανίχνευσης του για μεγάλα UAV με RCS 1 τετραγωνικό μέτρο μπορεί ακόμη να υπερβεί τα 30 χιλιόμετρα.Μπορεί να καλύψει αποτελεσματικά ευρείες περιοχές προστασίας, όπως τα σύνορα, οι περιφέρειες των στρατιωτικών βάσεων, των πυρηνικών σταθμών και των μεγάλων βιομηχανικών πάρκων, παρέχοντας στο αμυντικό σύστημα ένα παράθυρο έγκαιρης προειδοποίησης 3 έως 8 λεπτών,η οποία είναι επαρκής για την υποστήριξη της ανάπτυξης και της ανταπόκρισης των όπλων υποκλοπήςΕν τω μεταξύ, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα S-band έχουν πολύ ισχυρότερη διείσδυση σε δυσμενείς καιρικές συνθήκες, όπως βροχή, χιόνι και ομίχλη, σε σύγκριση με τα κύματα X-band.Κάτω από βροχοπτώσεις 20 χιλιοστών την ώρα, το εύρος ανίχνευσης του εξασθενεί μόνο κατά 10% έως 15%, επιτρέποντας συνεχή λειτουργία σε όλες τις καιρικές συνθήκες και σε όλες τις ώρες χωρίς σημαντικές παρεμβολές από τις διακυμάνσεις του φωτός και των καιρικών συνθηκών.Όσον αφορά τον προσδιορισμό πολλών στόχων, χάρη στο μεγάλο περιθώριο ισχύος και το εύρος ζώνης επεξεργασίας σήματος, το S-band ραντάρ μπορεί να εντοπίσει δεκάδες ή ακόμη και εκατοντάδες εναέριους στόχους ταυτόχρονα,που της παρέχει τη βασική ικανότητα να αντιμετωπίζει μικρής κλίμακας επιθέσεις UAV.

Ωστόσο, τα μειονεκτήματά του είναι εξίσου σημαντικά και αναντικατάστατα. Πρώτον, η ανάλυση είναι σχετικά χαμηλή. Λόγω του μεγάλου μήκους κύματος, το πλάτος της δέσμης κυμαίνεται γενικά από 1 έως 2 μοίρες, ενώ το μέγεθος της δέσμης κυμαίνεται από 1 έως 2 μοίρες.καθιστώντας δύσκολη την ακριβή καταγραφή των λεπτομερών χαρακτηριστικών των μικρών μη επανδρωμένων αεροσκαφών (UAV)Αντιμετωπίζει εξαιρετικές δυσκολίες στην αναγνώριση μικρο-UAV με διάμετρο ραντάρ μικρότερο από 0,1 τετραγωνικά μέτρα και είναι επιρρεπής στη σύγχυση τους με στόχους χαμηλού υψομέτρου όπως τα πτηνά και τα αερόστατα.ΔεύτεροΣε πολύπλοκα εδάφη, συμπεριλαμβανομένων των αστικών κτιριακών ομάδων και των ορεινών περιοχών, οι διαταραχές από την ακαταστασία σε χαμηλά υψόμετρα είναι σοβαρές.τα σήματα ακαταστασίας που αντανακλούνται από το έδαφος έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά συχνότητας με τα σήματα ηχώ των UAVΑκόμη και προηγμένοι αλγόριθμοι όπως το Moving Target Indication (MTI) και το Pulse Doppler (PD) δεν μπορούν να φιλτράρουν πλήρως τις παρεμβολές της ακαταστασίας.ο εξοπλισμός διαθέτει μεγάλα μεγέθη και υψηλή κατανάλωση ενέργειαςΗ κεραία ενός τυπικού S-band phased array ραντάρ καλύπτει συνήθως μια έκταση 2 έως 5 τετραγωνικών μέτρων και ζυγίζει αρκετούς τόνους.μη ικανοποιώντας τις απαιτήσεις της τακτικής κινητής άμυνας πρώτης γραμμήςΩς εκ τούτου, τα ραντάρ S-band είναι πιο κατάλληλα για την έγκαιρη προειδοποίηση ευρείας περιοχής σε σταθερές στρατηγικές και επιχειρησιακές θέσεις, που χρησιμεύουν ως τα "μάτια μεγάλης εμβέλειας" των αντι-UAV αμυντικών συστημάτων.

(ΙΙ) Ράδα C-band: Ένα ευέλικτο πανέξοδο με ισορροπημένες επιδόσεις
Με ισορροπημένη απόδοση ως βασικό χαρακτηριστικό του, το ραντάρ C-band επιτυγχάνει τη βέλτιστη ισορροπία μεταξύ της εμβέλειας ανίχνευσης και της ακρίβειας αναγνώρισης.καθιστώντας την την κύρια επιλογή για μικρομεσαία αντι-UAV συστήματα άμυναςΜπορεί να ανιχνεύσει UAVs με RCS 0,1 τετραγωνικών μέτρων από 8 έως 15 χιλιόμετρα μακριά και μικρο-UAVs με RCS 0.01 τετραγωνικών μέτρων σε απόσταση περίπου 4 έως 6 χιλιόμετρα.επίπεδο απόδοσης μεταξύ των ραντάρ ζώνης S και ζώνης XΜπορεί να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις προστασίας για μεσαίων μεγεθών περιοχές, όπως βιομηχανικά πάρκα, πάρκα εφοδιαστικής και μεγάλους χώρους εκδηλώσεων,και επίσης λειτουργεί ως ένα μέσο-μικρού βεληνεκούς συμπληρωματικό στοιχείο σε μεγάλα αμυντικά συστήματα.Σε σύγκριση με το ραντάρ S-band, το ραντάρ C-band έχει μικρότερο μήκος κύματος και το πλάτος της δέσμης του μπορεί να μειωθεί σε 0,5 έως 1 βαθμό, παρέχοντας σημαντικά βελτιωμένη ανάλυση.Μπορεί να παρακολουθεί την στάση πτήσης και την τροχιά των UAV με μεγαλύτερη ακρίβειαΣε σύγκριση με το ραντάρ X-band, υποφέρει από λιγότερη ατμοσφαιρική εξασθένιση διάδοσης.Κάτω από βροχοπτώσεις 20 χιλιοστών την ώρα, το εύρος ανίχνευσης του μειώνεται μόνο κατά 20% έως 25%, παρέχοντάς του μεγαλύτερη προσαρμοστικότητα στις καιρικές συνθήκες και πιο σταθερές επιδόσεις αναγνώρισης σε δύσκολες καιρικές συνθήκες.

Οι περιορισμοί της ζώνης C αντικατοπτρίζονται κυρίως σε δύο πτυχές. Πρώτον, παραμένει πίεση στο φιλτράρισμα της ακαταστασίας σε χαμηλό υψόμετρο.τα σήματα ακαταστασίας εξακολουθούν να μπορούν να επηρεάσουν την ακρίβεια αναγνώρισης σε περίπλοκα περιβάλλοντα, όπως πυκνοκατοικημένα κτίρια και πυκνοκατοικημένες περιοχέςΟι τεχνολογίες σύντηξης πολλαπλών αισθητήρων όπως η ολοκλήρωση ραντάρ-ηλεκτρο-οπτικής και η ολοκλήρωση ραντάρ-ακουστικής απαιτούνται για τη μείωση του ποσοστού ψευδούς συναγερμού.η ικανότητα αντιηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής του είναι μέτριαΚαθώς η ζώνη C είναι κοινή ζώνη συχνοτήτων για την πολιτική αεροπορία και τις δορυφορικές επικοινωνίες, είναι ευαίσθητη στις παρεμβολές από τα αστικά ηλεκτρομαγνητικά σήματα.Σε έντονα ηλεκτρομαγνητικά περιβάλλοντα αντιμέτρων, τα σήματα του είναι ευάλωτα στην καταστολή ή την εξαπάτηση, υπονομεύοντας τον σταθερό προσδιορισμό των στόχων των drones.Τα ραντάρ C-band διαθέτουν μέγεθος και επίπεδο κατανάλωσης ισχύος μεταξύ των ραντάρ S-band και X-bandΟι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ερευνητές δεν έχουν την ικανότητα να χρησιμοποιήσουν τα συστήματα αυτά για την ανάλυση των επιπτώσεων της έκρηξης.η ισορροπημένη απόδοση των ραντάρ C-band παρέχει την ευρύτερη δυνατή προσαρμοστικότητα· μπορούν να κατασκευάσουν ανεξάρτητα μικρά και μεσαία συστήματα άμυνας κατά των μη επανδρωμένων αεροσκαφών και μπορούν επίσης να ενσωματωθούν σε μεγάλα δίκτυα άμυνας για την επίτευξη συντονισμένης συμπληρωματικότητας.

(ΙΙΙ) Ράδαρα ζώνης Χ: "Κυνήγι μικρής εμβέλειας" για ακριβή αναγνώριση

Χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά μικρού μήκους κύματος, τα ραντάρ ζώνης Χ χρησιμεύουν ως η βασική λύση για την ακριβή αναγνώριση των drones και την καθοδήγηση υποκλοπής μικρής εμβέλειας,με τα βασικά τους πλεονεκτήματα να βρίσκονται σε διπλή ανακάλυψη υψηλής ανάλυσης και ισχυρή απόδοση κατά της ακαταστασίαςΧάρη στα εξαιρετικά μικρά μήκη κύματος, το εύρος της δέσμης τους μπορεί να μειωθεί σε 0,1 έως 0,5 μοίρες και η ανάλυση τους μπορεί να φθάσει τα 0,5 μέτρα.Μπορούν να διακρίνουν με σαφήνεια λεπτομερή χαρακτηριστικά μικρών drones, όπως προφίλ σχήματος και αριθμό rotor, και ακόμη και με ακρίβεια εντοπίζουν μικρο-drones με RCS μόλις 0,01 τετραγωνικά μέτρα σε απόσταση 3 χιλιομέτρων.Μικροί στόχοι, συμπεριλαμβανομένων των αυτοκτονικών drones FPV και των πυρομαχικών περιπλανώμενωνΚαι το πιο σημαντικό,Τα ραντάρ ζώνης Χ μπορούν να αντλήσουν τις υπογραφές μικρο-Doppler που παράγονται από τους περιστρεφόμενους περιστρεφόμενους ροτόρες του drone για να διακρίνουν με ακρίβεια τα αιωρούμενα drones από τα αντικείμενα που παρεμβαίνουν, όπως το χώμα και τα πουλιάΓια piαράδειγα, το ραντάρ XENTA-C τη Δανία εpiιτυγχάνει ακρίβεια αναγνώρισης άνω του 95% για τα ιπτάμενα μη επανδρωμένα αεροσκάφη ανιχνεύοντας σήματα μικρο-Doppler του ρότορα,την αποτελεσματική αντιμετώπιση του βασικού σημείου δυσκολίας της αναγνώρισης μικρών στόχων χαμηλής υψομέτρου.

Η μεγαλύτερη αδυναμία του έγκειται στην μικρή εμβέλεια ανίχνευσης, η οποία επηρεάζεται σημαντικά από την απώλεια διάδοσης στην ατμόσφαιρα και τις μετεωρολογικές συνθήκες: η εμβέλεια ανίχνευσης για τα UAV με RCS 0.Ένα τετραγωνικό μέτρο είναι μόνο 6 με 10 χιλιόμετρα., ενώ η εμβέλεια ανίχνευσης για μικρο-UAV με RCS 0,01 τετραγωνικών μέτρων είναι μικρότερη από 3 χιλιόμετρα, καθιστώντας το κατάλληλο μόνο για σενάρια προστασίας μικρής εμβέλειας, όπως οι ελεύθερες ζώνες αεροδρομίων,βασικές περιοχές κρίσιμων εγκαταστάσεωνΣε σοβαρές καιρικές συνθήκες, η υποβάθμιση της απόδοσης του ραντάρ ζώνης Χ είναι πιο εμφανής.το εύρος ανίχνευσης μπορεί να μειωθεί κατά 40% έως 50%Εν τω μεταξύ, είναι ευαίσθητη σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές,και η λειτουργική του σταθερότητα σε περίπλοκα ηλεκτρομαγνητικά περιβάλλοντα βασίζεται σε τεχνολογίες αντι-διαταραχής όπως το άλμα συχνότητας και το εύρος φάσματοςΠαρ' όλα αυτά, τα ραντάρ ζώνης Χ διαθέτουν αξιοσημείωτα πλεονεκτήματα σε όγκο και κατανάλωση ενέργειας.5 τετραγωνικά μέτρα με βάρος κάτω των 100 kg, και μπορούν ακόμη και να αναπτυχθούν φορητά για να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις άμυνας σε τακτικό επίπεδο για τις ομάδες πρώτης γραμμής και τις εφαρμογές κινητής τηλεφωνίας που τοποθετούνται σε οχήματα.Τα ραντάρ ζώνης Χ είναι πιο εφαρμοστέα για τακτικές εντοπίσεις μικρού βεληνεκούς και καθοδήγηση υποκλοπής., που χρησιμεύει ως η "τελευταία γραμμή άμυνας" στα συστήματα άμυνας κατά των UAV.