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概述

无人机、通航飞机等低空目标具有机动性复杂、协作性差、速度较慢、雷达横截面积小等特点,发现难、跟踪难、处置难,是典型的“低小慢”目标,我国现有的监视手段对这类目标的监视能力极为有限。因此,面对即将开放的低空空域及无人机带来的安全隐患,亟需掌握低空空域监视的有效手段,解决低空空域的监视问题。

低空飞行器的分类和应用

与传统有人驾驶飞机类似,无人飞行器也分为固定翼(fixed wing)、直升机(helicopter)以及多旋翼(multi-rotor)三种。

固定翼尺寸相对较大(翼展几米到几十米),操控距离较远,飞行高度较高(几千米到上万米),负载相对较大(几百公斤)。固定翼(fixed wing)民用无人机因其续航里程长、活动半径大等特点主要被用于森林防火、海事巡察等非民用用途。

而近几年出现的多旋翼(multi-rotor)机型一般尺寸较小(直径大多在1,2米以内),操控距离较近(一般几公里范围内),飞行高度较低(几百到上千米),负载较小(几公斤到几十公斤,多旋翼有效负载大多在10公斤以内,可携带武器进行攻击活动)。航拍,监视应用较多,凭借其在可玩性方面的优势以及对起飞场地较低的要求,使其逐渐成为民用无人机消费领域的主流。

推荐解决方案

雷达发现非法闯入的无人机后,通过布置在小区中心位置的反制点进行干扰,对无人机实施驱离或迫降。

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无人机探测及反制手段

通过测量无线电波的特性参数,获得电波的传播方向,进而确定其辐射源所在方向的过程,称为无源探测。无源探测不发射信号,它是通过接收辐射源信号确定其来波方向,从而完成对辐射源所在方向的测量。 相关干涉仪测向是利用天线阵列输出的复响应与预先建立的数据样本之间的复相关性进行测向,其基本原理可以描述为:在测向天线阵列的工作频段内,从测向空域范围中选择 个离散均匀方位值 ,并针对每个方位值 建立相应的数据样本 ( 反应了测向阵列对于方位 的输出响应),该数据样本既可以根据理论值计算或根据阵列的复响应计算(适用于天线阵误差较小的场合),也可以通过实际测试获得(适用于天线误差与来波方位相关的场合)。当存在一个实际的待测信号到达该测向阵列时,测向系统将阵列响应与预先建立的数据样本进行复相关运算,并计算他们的相关系数,相关系数最大值对应的方位即为信号方位估计值。

此外,还有幅度比较式测向,多普勒测向, 到达时间差测向, 空间谱估计测向,简单说明其测向原理如下:

幅度比较式测向的工作原理是:依据电波在行进中,利用测向天线阵或测向天线的方向特性,对不同方向来波接收信号幅度的不同,测定来波方向。

多普勒测向的测向原理:依据电波在传播中,遇到与它相对运动的测向天线时,被接收的电波信号产生多普勒效应,测定多普勒效应产生的频移,可以确定来波的方向。

到达时间差测向的测向原理:依据电波在行进中,通过测量电波到达测向天线阵各个测向天线单元时间上的差别,确定电波到来的方向。

空间谱估计测向的测向原理:在已知坐标的多元天线阵中,测量单元或多元电波场的来波参数,经过多信道接收机变频、放大,得到矢量信号,将其采样量化为数字信号阵列,送给空间谱估计器,运用确定的算法求出各个电波的来波方向、仰角、极化等参数。

雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标,且不受雾、云和雨的阻挡,具有全天候、全天时的特点,并有一定的穿透能力。但雷达易受地杂波干扰且对低空、小型、慢速目标效果不好,容易出现虚警和漏警。

雷达系统主要由天线、发射/接收、信号处理等几部分组成;天线应从高增益、低副瓣、体积小等方面进行考虑;发射机应采用全固态发射,以保证其可靠性高和体积小的优点;接收机应保证低噪声系数、高增益、大动态范围;信号处理要完成对回波信号的多普勒频移、幅度、距离等参数的数字化分析和处理;其余部分应尽量考虑体积小、重量轻、便于架设和使用的特点;同时,系统采用多脉冲积累技术、TBD检测技术等提高雷达系统检测性能;采用基于现代信号处理方法的信号分解、杂波图对消等技术,用以抑制多径效应与强地物杂波,提高对复杂背景下“低小慢”无人机目标的杂波抑制能力。

  优势 劣势
警戒雷达
  1. 探测精度:辐射器都配装发射/接收组件,在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势
  2. 基本不受飞行器信号强弱影响
1、无法实现无线电静默
2、 误警率高:对所有移动目标统一识别(如飞鸟)
3、受飞行器大小影响,对极小飞行器无法识别
4、易受现场环境限制,形成监控死角
无源探测
  1. 可以实现无线电静默
  2. 误警率低:类似飞鸟类目标自动过滤
  3. 不受飞行器大小影响,追踪对象为飞行器信号
  1. 受飞行器信号强弱影响
  2. 探测精度低:对无源探测雷达工作频率之外的其他飞控频率无法进行感知

目前主要的无人机探测方式如上所介绍两种,两个技术方向有着各自天然的优劣势,简单对比如下

通过对目标无人机发射定向的大功率干扰射频,切断无人机与遥控器之间、无人机和导航卫星之间的通讯,从而迫使无人机直接降落或返航。

 

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