如何用參數(shù)無線電定位方法解決小型無人機(jī)探測(cè)問題

簡(jiǎn)介：

本文研究了小型、超小型、微型無人機(jī)發(fā)展及其在軍事沖突中的應(yīng)用前景，分析了使用傳統(tǒng)定位方法的雷達(dá)探測(cè)這些無人機(jī)的能力，提出了利用參數(shù)無線電定位方法解決小型無人機(jī)探測(cè)問題建議。

正文：

現(xiàn)代無人機(jī)具有無可爭(zhēng)辯的優(yōu)勢(shì)，因此北約主要國(guó)家大力研發(fā)并大規(guī)模使用無人機(jī)。在軍用無人機(jī)開發(fā)和制造方面，公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)者是美國(guó)、以色列和法國(guó)。今天，美國(guó)軍隊(duì)擁有近8000架無人機(jī)，而有人駕駛飛機(jī)的數(shù)量約為11000架。

俄羅斯武裝力量也曾遇到過這種現(xiàn)象。例如，在2008年的俄格戰(zhàn)爭(zhēng)過程中，格魯吉亞軍隊(duì)密集地使用外國(guó)制造的偵察無人機(jī)。針對(duì)這類目標(biāo)的有效反制措施事實(shí)上并沒有組織起來。俄羅斯當(dāng)時(shí)組建的隊(duì)屬防空兵器集群對(duì)當(dāng)時(shí)先進(jìn)的小型偵察無人機(jī)幾乎無能為力。

應(yīng)特別注意，被稱為多旋翼飛機(jī)的無平臺(tái)多旋翼系統(tǒng)——超小型和微型無人機(jī)得到廣泛使用。在俄羅斯

聯(lián)邦武裝部隊(duì)在頓涅茨克和盧甘斯克共和國(guó)、扎波羅熱和赫爾松地區(qū)的特別軍事行動(dòng)中，沖突雙方都在積極使用超小型和微型無人機(jī)進(jìn)行偵察和目標(biāo)指示。此外，通過互聯(lián)網(wǎng)商店網(wǎng)絡(luò)就能夠買到這些無人機(jī)，導(dǎo)致了它們得到大規(guī)模使用。就其特點(diǎn)和能力而言，業(yè)余無人機(jī)并不遜于一些部隊(duì)使用的超小型和微型無人機(jī)。

*多旋翼飛機(jī)（multicopter，多旋翼直升機(jī)）是一種具有任意數(shù)量旋翼的飛機(jī)，其以相反的方向斜向旋轉(zhuǎn)。

對(duì)列裝的超小型和微型無人機(jī)進(jìn)行分析表明，越來越多地使用內(nèi)燃機(jī)和無整流子式電動(dòng)機(jī)作及螺旋槳作為推進(jìn)系統(tǒng)。以美國(guó)情況為例，根據(jù)專家V.別利亞耶夫的數(shù)據(jù)，在10個(gè)主要的無人機(jī)型號(hào)中（總數(shù)為437個(gè)），87%配備的是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，4%配備燃?xì)廨啓C(jī)，9%配備電動(dòng)機(jī)。它們操作簡(jiǎn)單、可靠性高，并且成本低，這成為無人機(jī)制造商的決定性因素。在超小型和微型無人機(jī)中，使用各種型號(hào)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)是不合理的，因?yàn)槠涫褂脡勖?，燃料消耗大，重量和尺寸大，而且成本較高。

值得一提的是，旨在提高無人機(jī)續(xù)航時(shí)間的節(jié)能技術(shù)得到了積極采用。通過采用由非晶硅制成的超?。ū燃埍。└吣芴柲茈姵兀?guó)Qinetiq公司的Zephyr無人機(jī)能夠飛行336小時(shí)22分鐘8秒。該測(cè)試在亞利桑那州的沙漠中進(jìn)行。Zephyr無人機(jī)的最大飛行高度為18000米。

如今，鋰聚合物（Li-Pol）電池被廣泛用作推進(jìn)系統(tǒng)的電源，并且是超小型和微型無人機(jī)的必選解決方案。它們不可否認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，每體積和質(zhì)量單位的能量密度高，電池放電時(shí)電壓降很低，沒有記憶效應(yīng)。此外，磷酸鐵鋰（LiFePo）技術(shù)的發(fā)展正在使上述參數(shù)優(yōu)勢(shì)大幅提高，蓄電池組的重量大幅減少，使用更加安全，工作溫度范圍更大（從-20°C到+40°C），這將使超小型和微型無人機(jī)的飛行時(shí)間和有效載荷質(zhì)量比鋰聚合物電池幾乎翻番。

使用基于玻璃纖維和碳纖維以及強(qiáng)化環(huán)氧樹脂的現(xiàn)代復(fù)合材料，在延長(zhǎng)飛行時(shí)間、減輕超小型和微型無人機(jī)的重量以及增加其使用壽命方面發(fā)揮了重要作用。復(fù)合材料所承受的載荷與飛機(jī)制造中使用的傳統(tǒng)材料（硬鋁、銅、鋁）相當(dāng)，而其價(jià)格大大低于后者。通過真空成型方法制造超小型和微型無人機(jī)的機(jī)身和動(dòng)力元件的技術(shù)，可以大大減少成品的制造時(shí)間和成本，這使其能夠無限制地大規(guī)模生產(chǎn)。

在目前的條件中，探測(cè)和摧毀各種用途小型無人機(jī)已成為一個(gè)關(guān)鍵問題。下面，我們列出超小型和微型無人機(jī)那些令俄羅斯聯(lián)邦空天軍現(xiàn)役雷達(dá)最難發(fā)現(xiàn)它們的特性。首先是它們具有很小的有效散射面積（0.1～0.001米2），飛行速度極低（0～50米/秒），在極低的高度（從10米到100米）飛行，利用地形匹配技術(shù)進(jìn)行隱蔽飛行，對(duì)飛行進(jìn)行自動(dòng)程序控制，可長(zhǎng)時(shí)間處于部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗隊(duì)形中（長(zhǎng)達(dá)1晝夜）。

即使在無干擾的環(huán)境中，由于可以超長(zhǎng)時(shí)間懸停，并且反射信號(hào)中沒有或有極低的多普勒頻率頻移，地基雷達(dá)實(shí)際上不可能發(fā)現(xiàn)這種級(jí)別的超小型和微型無人機(jī)。在活動(dòng)目標(biāo)選擇器（СДЦ -селектор движущих целей）濾波區(qū)域，極低的飛行高度導(dǎo)致無人機(jī)的信號(hào)完全喪失。它們的有效散射面積很小（0.1～0.001米2），并且采用了輻射吸收涂層，具有復(fù)雜的幾何形狀，這對(duì)信號(hào)的最佳處理提出了更高的要求。

在無人機(jī)各種有效散射面積之下，甚至在針對(duì)低空目標(biāo)的操作模式下，使用俄羅斯空天軍現(xiàn)役雷達(dá)對(duì)微型和超小型無人機(jī)的探測(cè)距離計(jì)算數(shù)據(jù)如下：

米波雷達(dá)——對(duì)于有效散射面積約為0.1米2的無人機(jī)來說是8-14千米，對(duì)于有效散射面積約為0.01米2的無人機(jī)來說是0.1-1.5千米。

分米波雷達(dá)——對(duì)有效散射面積約為0.1米2的無人機(jī)來說是9-16千米，對(duì)有效散射面積約為0.01米2的無人機(jī)來說是0.8-2千米。

厘米波雷達(dá)——對(duì)有效散射面積約為0.1米2的無人機(jī)來說是12-25千米，對(duì)有效散射面積約為0.01米2的無人機(jī)來說是1.4-2.8千米。

表中給出了俄羅斯空天軍現(xiàn)役的低空雷達(dá)（雷達(dá)綜合系統(tǒng)）探測(cè)有效散射面積為0.3米2和2米2的空中目標(biāo)的能力。

低空雷達(dá)（雷達(dá)綜合系統(tǒng)）對(duì)有效散射面積較小的空中目標(biāo)的探測(cè)能力

如果對(duì)有效散射面積為0.1米2的目標(biāo)探測(cè)距離計(jì)算數(shù)據(jù)和工廠數(shù)據(jù)幾乎相同，則對(duì)于有效散射面積為0.01米2的無人機(jī)而言，實(shí)際數(shù)據(jù)接近于零。

該表顯示，沒有關(guān)于有效散射面積接近0.1-0.01米2的微型和超小型無人機(jī)的探測(cè)和跟蹤能力的數(shù)據(jù)。的確，最初沒有為這些類型的雷達(dá)（雷達(dá)綜合系統(tǒng)）提出探測(cè)微型和超小型無人機(jī)的任務(wù)。

在某種程度上，這個(gè)問題可以由俄羅斯陸軍的便攜式地面?zhèn)刹煺緛斫鉀Q，這類偵察站有：PSNR-8M（產(chǎn)品1L120M、1L112），F(xiàn)ARA-VR（產(chǎn)品1L111M），“雛鸛”1L127，“旱獺”移動(dòng)小型偵察站等。

大多數(shù)雷達(dá)的突出特點(diǎn)是：不間斷地發(fā)射寬帶信號(hào)，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，使用帶有電子波束掃描的相控陣天線，高抗噪能力，確保隱蔽性的快速調(diào)頻，高機(jī)動(dòng)性（由兩名人員組成的班組即可挪動(dòng)和展開雷達(dá)）。但所有這些能夠探測(cè)微型和超小型無人機(jī)的雷達(dá)都在一個(gè)狹窄的扇形區(qū)域內(nèi)工作，這對(duì)偵察目標(biāo)的能力預(yù)先造成了一定的限制。

結(jié)論是明確的：無人機(jī)在各國(guó)武裝部隊(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的使用程度，以及它們解決的任務(wù)范圍將不斷增大。這一趨勢(shì)將在未來幾年內(nèi)得以保持。有鑒于此，必須通過一項(xiàng)計(jì)劃，針對(duì)這種級(jí)別和未來的微型和超小型無人機(jī)，設(shè)計(jì)和開發(fā)專門的雷達(dá)和火力毀傷兵器。 探測(cè)有效散射面積為0.01米2以下的目標(biāo)的傳統(tǒng)方法，不能解決所提出的任務(wù)。上面提到的俄羅斯陸軍地面?zhèn)刹煺就ǔ＞哂懈叨葘I(yè)性，包括用于偵察敵人的炮兵陣地和保護(hù)邊界。 本文作者進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)室研究，通過鑒別無人機(jī)螺旋槳的轉(zhuǎn)速諧波（反射信號(hào)的參數(shù)調(diào)制）來對(duì)各種無人機(jī)進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)，研究表明這項(xiàng)技術(shù)頗具前景，并為這項(xiàng)發(fā)明獲得了專利。 《多基站隱蔽無線電定位系統(tǒng)中的小型空中目標(biāo)特征實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果》一文也闡述了頓河畔羅斯托夫市的“通信”設(shè)計(jì)局在無源定位場(chǎng)領(lǐng)域開展的研究結(jié)果。 總的來說，本文概述的問題在當(dāng)今條件下具有極為現(xiàn)實(shí)的意義，值得軍方和民用領(lǐng)域客戶密切關(guān)注。

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文章出處：俄國(guó)防部《軍事思想》2023年第1期

作者：A.V.科戈京上校

G.Y.伊謝杜羅夫，技術(shù)科學(xué)博士

編輯：黃飛

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