تم تصميم الرادارات المضادة للطائرات بدون طيار بشكل أساسي لمراقبة المجال الجوي على ارتفاعات منخفضة أقل من 1000 متر فوق مستوى سطح الأرض (AGL) بدقة. من خلال دمج وحدات معالجة الإشارات المخصصة والهوائيات عالية الكسب، يمكنها التقاط إشارات الفوضى الناتجة عن الأجسام الأرضية والأهداف الجوية والتداخلات البيئية المختلفة بكفاءة (انظر الشكل 2)، مما يوفر دعمًا أساسيًا عالي الجودة للبيانات لتحديد الهدف لاحقًا وتتبع المسار واتخاذ القرارات المضادة. وفقًا لمعايير التصنيف العام للمجال الجوي في مجال الطيران، يتم تعريف المجال الجوي الذي يقل عن 1000 متر بوضوح على أنه ارتفاع منخفض، ومن بين ذلك النطاق الذي يقل عن 100 متر هو ارتفاع منخفض للغاية. تتأثر هذه المنطقة بعوامل مثل انسداد التضاريس وانعكاسات البناء، مما يجعلها تعاني من فوضى بيئية أكثر تعقيدًا. وفي الوقت نفسه، فهو يلبي احتياجات التحمل والاحتياجات التشغيلية للطائرات بدون طيار الصغيرة، وبالتالي يصبح سيناريو النشاط الأساسي لطائرات بدون طيار للتصوير الجوي الاستهلاكي، وطائرات بدون طيار للتفتيش الصناعي، وحتى بعض الطائرات بدون طيار المستخدمة بشكل ضار. إذا أخذنا رادار دوبلر النبضي، وهو الرادار الأكثر استخدامًا والأكثر نضجًا من الناحية التكنولوجية في مجال مكافحة الطائرات بدون طيار الحالي، على سبيل المثال، فإن الخصائص النموذجية المنخفضة والبطيئة والصغيرة (LSS) للطائرات بدون طيار ستقيد بشكل كبير دقة الكشف والاستقرار المستمر والقدرة على مكافحة التداخل لأنظمة الرادار من أبعاد متعددة، بما في ذلك قوة الإشارة، ومسار الحركة، والمقطع العرضي للرادار (RCS)، واستقرار موقف الطيران (كما هو موضح في الشكل 3). ويعد هذا أيضًا تحديًا تقنيًا أساسيًا يجب إعطاؤه الأولوية في التصميم والبحث والتطوير وتحسين أداء الرادارات المضادة للطائرات بدون طيار.
أولاً، السمة الأساسية للطائرات بدون طيار - 'الطيران على ارتفاعات منخفضة' - تضع متطلبات صارمة على القدرة على التكيف متعدد السيناريوهات والقدرة على التمييز بين الأهداف للرادارات المضادة للطائرات بدون طيار. إنهم بحاجة إلى التحديد الدقيق لمختلف الأهداف المتحركة على الأرض، على ارتفاعات منخفضة، وعلى ارتفاعات منخفضة للغاية في مختلف التضاريس والبيئات المعقدة مثل المباني الحضرية والتلال الجبلية والمناطق المفتوحة، التي تغطي المشاة والمركبات الأرضية، وأسراب الطيور المهاجرة، بالإضافة إلى الطائرات بدون طيار ذات الأحجام المختلفة وأنماط الطيران (على سبيل المثال، متعددة المروحيات، وثابتة الجناح، والإقلاع والهبوط العمودي). للحد من تداخل الفوضى الأرضية (مثل انعكاسات جدران المبنى، وتداخل تموج التضاريس، وتناثر النباتات الأرضية) في نتائج الكشف، تتبنى بعض الرادارات المضادة للطائرات بدون طيار استراتيجية تحسين لضبط زاوية الميل ديناميكيًا. من خلال تغيير اتجاه الإشعاع في الوقت الحقيقي، وزاوية التغطية، وتوزيع الطاقة لحزم الرادار، فإنها تتجنب بنشاط المناطق ذات الفوضى الأرضية المركزة وتحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء لإشارات الهدف. ومع ذلك، فإن طريقة التجنب السلبي هذه لها قيود فنية واضحة وهي عرضة لـ 'معدل سلبي كاذب' مرتفع في اكتشاف الطائرات بدون طيار. نظرًا لأن المجال الجوي التشغيلي التقليدي لمعظم الطائرات الصغيرة بدون طيار الاستهلاكية والصناعية يتركز على ارتفاع أقل من 100 متر (ارتفاع منخفض جدًا)، فمن الصعب أن تحقق حزم الرادار تغطية غير الزاوية الميتة لهذه المنطقة بعد ضبط زاوية الميل. خاصة في التضاريس المعقدة مثل المباني الحضرية عالية الكثافة والأخاديد الجبلية، يتم توسيع نقاط الانسداد العمياء بشكل أكبر، ويزداد خطر السلبيات الكاذبة بشكل كبير. لذلك، يجب أن يكون نظام الرادار الفعال والموثوق المضاد للطائرات بدون طيار مزودًا بقدرة ناضجة للتعرف التلقائي على الأهداف (ATR). من خلال خوارزميات التعلم العميق، تقوم باستخراج الإشارات الملتقطة وتصنيفها والتحقق منها، وتمييز أهداف الطائرات بدون طيار بدقة عن الفوضى والطيور ومصادر التداخل الأخرى، مما يقلل بشكل أساسي من مخاطر السلبيات الكاذبة والإيجابيات الكاذبة، ويضمن موثوقية نتائج الكشف.
ثانيًا، تؤدي الخاصية المتأصلة للطائرات بدون طيار - 'الحجم الصغير' - إلى انخفاض شديد في المقطع العرضي الراداري (RCS). تبلغ قيمة RCS لمعظم الطائرات الصغيرة بدون طيار، وخاصة الطائرات الاستهلاكية بدون طيار متعددة المروحيات، 0.01-0.1 متر مربع فقط، وهو أقل بكثير من قيمة الطائرات التقليدية مثل الطائرات المقاتلة والمروحيات. إشارات الرادار التي تعكسها ضعيفة ويمكن إخفاؤها بسهولة بسبب الفوضى البيئية والتداخل الكهرومغناطيسي، مما يشكل تحديات كبيرة لالتقاط الإشارات. تضع هذه الخاصية متطلبات عالية للغاية على حساسية الكشف لأجهزة كشف الرادار، والتي تحتاج إلى قدرات قوية في استخراج الإشارة الضعيفة، وتضخيمها، وتصفيتها. أثناء تصفية التداخل الكهرومغناطيسي والفوضى البيئية بشكل فعال، يجب أيضًا أن تغطي نطاق كشف واسع لتحقيق أهداف الأداء المزدوجة المتمثلة في 'الكشف عن مسافة طويلة وتحديد المواقع بدقة من مسافة قصيرة'. يجب أن يعتمد تحقيق هدف الأداء الأساسي هذا على مصداقية عالية في الكشف والاعتراف، مما يتطلب إنشاء نظام تعاوني 'الأجهزة + الخوارزمية' من خلال التحسين الفني متعدد الأبعاد. على مستوى الأجهزة، قم بترقية المكونات الأساسية مثل الهوائيات عالية الحساسية وأجهزة الاستقبال منخفضة الضوضاء لتحسين استقبال الإشارة وكفاءة التحويل. على مستوى الخوارزمية، قم بتقديم تقنيات متقدمة مثل التصفية التكيفية وضغط النبض والكشف عن معدل الإنذارات الكاذبة الثابتة (CFAR) لتعزيز القدرة على التعرف على إشارات الهدف الضعيفة. ويضمن ذلك الالتقاط الدقيق والتعرف على الميزات والقفل المستقر لإشارات الهدف الضعيفة، وتجنب تأثير سوء تقدير الإشارة والحكم الضائع على كفاءة التخلص ودقة روابط الإجراءات المضادة اللاحقة، وتلبية احتياجات سيناريوهات التطبيق العملي.
وأخيرًا، فإن خاصية الطائرات بدون طيار - 'سرعة الطيران البطيئة' - تفرض أيضًا تحديات كبيرة على وظيفة التتبع المستقرة لأنظمة الرادار. تتراوح سرعة طيران معظم الطائرات الصغيرة بدون طيار من 10 إلى 50 كيلومترًا في الساعة، كما أن بعض الطائرات بدون طيار التي تعمل في التحليق على ارتفاعات منخفضة تكون سرعتها قريبة من الصفر. في حالة الطيران منخفضة السرعة هذه، بالكاد يمكن تمييز خصائص حركتها عن تلك الخاصة بالأهداف المتداخلة مثل الفوضى العائمة، والطيور التي تحلق ببطء، والأجسام المتساقطة. لا تستطيع خوارزميات التتبع التقليدية تحقيق تمييز فعال من خلال اختلافات السرعة، والتي لا تفشل فقط في قفل أهداف الطائرات بدون طيار بشكل مستمر وثابت، ولكنها قد تضلل أيضًا حكم أجهزة الاستشعار المساعدة مثل أجهزة الاستشعار البصرية والأشعة تحت الحمراء، مما يؤدي إلى انحرافات البيانات وأخطاء في اتخاذ القرار في أنظمة الدمج متعددة أجهزة الاستشعار. ستنتقل هذه الانحرافات أيضًا إلى وحدات التدابير المضادة في حلول أنظمة مكافحة الطائرات بدون طيار (C-UAS)، مثل معدات التشويش الاتجاهي، وأجهزة الاعتراض المادي، وأنظمة التدابير المضادة بالليزر، مما يؤدي إلى تأخير إجراءات التدابير المضادة وعدم الدقة الكافية، والفشل في اعتراض الطائرات بدون طيار المستهدفة في الوقت المناسب وبطريقة فعالة، بل وربما التسبب في إزعاج الأهداف البريئة المحيطة. ولمعالجة هذه المشكلة، تحتاج أنظمة الرادار إلى معدلات تحديث مسح عالية وقدرات التعرف السريع على الهدف. من خلال زيادة تردد مسح الشعاع، وتحسين خوارزميات التتبع الديناميكي ونماذج التنبؤ بمسار الهدف، يمكنهم تحديث معلمات حركة الهدف في الوقت الفعلي (السرعة والمسار والموقف واتجاه الطيران)، والتمييز بسرعة بين الطائرات بدون طيار منخفضة السرعة والأهداف المتداخلة المختلفة، وتوفير دعم بيانات الهدف في الوقت الفعلي ودقيق ومستمر لوحدات التدابير المضادة اللاحقة. ويضمن ذلك دقة وتوقيت روابط التتبع والتدابير المضادة، مما يلبي بشكل كامل احتياجات التخلص السريع للسيناريوهات العملية مثل الحماية الأمنية والعسكرية وحماية الأحداث.
