رادارهای ضد پهپاد عمدتاً برای نظارت دقیق بر فضای هوایی در ارتفاع پایین زیر 1000 متر بالاتر از سطح زمین (AGL) طراحی شده اند. با ادغام ماژولهای پردازش سیگنال اختصاصی و آنتنهای با بهره بالا، آنها میتوانند به طور موثر سیگنالهای به هم ریخته تولید شده توسط اجسام زمینی، اهداف هوایی و تداخلهای مختلف محیطی را ضبط کنند (شکل 2 را ببینید)، و پشتیبانی از دادههای پایه با کیفیت بالا را برای شناسایی هدف بعدی، ردیابی مسیر، و تصمیمگیری اقدامات متقابل فراهم میکنند. بر اساس استانداردهای طبقه بندی فضای هوایی عمومی در زمینه هوانوردی، فضای زیر 1000 متر به وضوح به عنوان ارتفاع کم تعریف می شود که در این میان برد زیر 100 متر ارتفاع فوق العاده کم است. این منطقه تحت تأثیر عواملی مانند انسداد زمین و انعکاس ساختمانها، دارای درهم ریختگی محیطی پیچیده تری است. در همین حال، نیازهای استقامت و عملیاتی پهپادهای کوچک را برآورده میکند، بنابراین به سناریوی فعالیت اولیه برای پهپادهای عکاسی هوایی مصرفی، پهپادهای بازرسی صنعتی و حتی برخی از پهپادهای مورد استفاده بدخواه تبدیل میشود. استفاده از رادار پالس داپلر، پرکاربردترین و بالغترین رادار در زمینه ضد پهپاد کنونی، به عنوان مثال، ویژگیهای معمولی Low، Slow و Small (LSS) پهپادها به طور قابل توجهی دقت تشخیص، پایداری مداوم و قابلیت ضد تداخل سیستمهای رادار را از ابعاد چندگانه (قابلیت حرکت سیگنال، حرکت متقاطع سیگنال، حرکت سیگنال، حرکت متقاطع) محدود میکند. در شکل 3 نشان داده شده است). این همچنین یک چالش فنی اصلی است که باید در طراحی، تحقیق و توسعه و بهینه سازی عملکرد رادارهای ضد پهپاد اولویت بندی شود.
اولاً، ویژگی اصلی پهپادها - 'پرواز در ارتفاع پایین' - الزامات سختگیرانه ای را برای سازگاری چند سناریویی و قابلیت تشخیص هدف رادارهای ضد پهپاد ایجاد می کند. آنها نیاز به شناسایی دقیق اهداف متحرک مختلف بر روی زمین، در ارتفاع کم، و ارتفاع بسیار کم در زمینها و محیطهای پیچیده مختلف مانند ساختمانهای شهری، تپههای کوهستانی و مناطق باز، پوشش عابران پیاده، وسایل نقلیه موتوری زمینی، دستههای پرندگان مهاجر، و همچنین پهپادها با اندازهها و حالتهای پرواز مختلف (مانند مولتی روتور و عمودی، برخاستن و برخاستن، بال ثابت، زمینی) دارند. برای کاهش تداخل به هم ریختگی زمین (مانند انعکاس دیوار ساختمان، تداخل موجهای زمین و پراکندگی پوشش گیاهی زمین) در نتایج تشخیص، برخی از رادارهای ضد پهپاد یک استراتژی بهینهسازی برای تنظیم پویا زاویه گام را اتخاذ میکنند. با تغییر زمان واقعی جهت تابش، زاویه پوشش و توزیع انرژی پرتوهای رادار، آنها به طور فعال از مناطقی با درهم و برهمی متمرکز زمین اجتناب می کنند و نسبت سیگنال به نویز سیگنال های هدف را بهبود می بخشند. با این حال، این روش اجتنابی غیرفعال دارای محدودیتهای فنی آشکار است و مستعد 'نرخ منفی کاذب' بالا در تشخیص هواپیماهای بدون سرنشین است. از آنجایی که فضای عملیاتی متعارف اکثر پهپادهای کوچک مصرفی و صنعتی در زیر 100 متر (ارتفاع فوق العاده کم) متمرکز است، پرتوهای رادار به سختی می توانند پس از تنظیم زاویه گام به پوشش غیرزاویه مرده این منطقه دست یابند. بهویژه در زمینهای پیچیده مانند ساختمانهای شهری با تراکم بالا و خندقهای کوهستانی، نقاط کور انسداد بیشتر گسترش مییابد و خطر منفی کاذب به میزان قابل توجهی افزایش مییابد. بنابراین، یک سیستم راداری ضد پهپاد کارآمد و قابل اعتماد باید مجهز به قابلیت تشخیص هدف خودکار (ATR) بالغ باشد. از طریق الگوریتمهای یادگیری عمیق، سیگنالهای گرفته شده را استخراج، طبقهبندی و تأیید میکند، اهداف هواپیماهای بدون سرنشین را بهطور دقیق از درهم و برهم، پرندگان و دیگر منابع تداخل متمایز میکند، خطرات منفی کاذب و مثبت کاذب را به طور اساسی کاهش میدهد و از قابلیت اطمینان نتایج تشخیص اطمینان میدهد.
ثانیاً، ویژگی ذاتی هواپیماهای بدون سرنشین - 'اندازه کوچک' - منجر به سطح مقطع راداری بسیار پایین (RCS) می شود. ارزش RCS اکثر پهپادهای کوچک، به ویژه پهپادهای چند روتوری مصرفی، تنها 0.01-0.1 متر مربع است که بسیار کمتر از هواپیماهای سنتی مانند جت های جنگنده و هلیکوپترها است. سیگنال های رادار منعکس شده توسط آنها ضعیف هستند و به راحتی توسط درهم و برهمی محیطی و تداخل الکترومغناطیسی پوشانده می شوند و چالش های بزرگی را برای گرفتن سیگنال ایجاد می کنند. این ویژگی الزامات بسیار بالایی را برای حساسیت تشخیص آشکارسازهای راداری ایجاد می کند، که نیاز به توانایی قوی در استخراج سیگنال ضعیف، تقویت و فیلتر کردن دارند. در حالی که به طور موثر تداخل الکترومغناطیسی و درهم و برهمی محیطی را فیلتر می کنند، آنها همچنین باید محدوده تشخیص گسترده ای را برای دستیابی به اهداف عملکرد دوگانه 'تشخیص از راه دور و موقعیت یابی دقیق در فواصل کوتاه' پوشش دهند. تحقق این هدف اصلی عملکرد باید بر اساس تشخیص و اعتبار تشخیص بالا باشد، که مستلزم ساخت یک سیستم مشارکتی 'سختافزار + الگوریتم' از طریق بهینهسازی فنی چند بعدی است. در سطح سختافزار، اجزای اصلی مانند آنتنهای با حساسیت بالا و گیرندههای کم نویز را ارتقا دهید تا دریافت سیگنال و راندمان تبدیل بهبود یابد. در سطح الگوریتم، فناوریهای پیشرفتهای مانند فیلتر تطبیقی، فشردهسازی پالس، و تشخیص نرخ هشدار کاذب ثابت (CFAR) را معرفی کنید تا توانایی تشخیص سیگنالهای هدف ضعیف را افزایش دهید. این امر ضبط دقیق، تشخیص ویژگی و قفل شدن پایدار سیگنالهای هدف ضعیف را تضمین میکند، از تأثیر قضاوت اشتباه سیگنال و قضاوت نادرست بر کارایی دفع و دقت پیوندهای متقابل بعدی جلوگیری میکند و نیازهای سناریوهای کاربردی عملی را برآورده میکند.
در نهایت، ویژگی پهپادها - 'سرعت پرواز کند' - همچنین چالش های قابل توجهی را برای عملکرد ردیابی پایدار سیستم های راداری ایجاد می کند. سرعت پرواز اکثر پهپادهای کوچک بین 10 تا 50 کیلومتر در ساعت است و برخی از پهپادها که در ارتفاع پایین معلق هستند سرعتی نزدیک به صفر دارند. در این حالت پرواز با سرعت پایین، ویژگیهای حرکتی آنها به سختی از اهداف مداخلهگر مانند درهمرفتگی شناور، پرندگان آهسته پرواز و اجسام در حال سقوط قابل تشخیص است. الگوریتمهای ردیابی سنتی به سختی میتوانند از طریق تفاوت سرعت به تمایز مؤثری دست یابند، که نه تنها اهداف پهپاد را به طور مداوم و پایدار قفل نمیکند، بلکه ممکن است قضاوت حسگرهای کمکی مانند سنسورهای نوری و مادون قرمز را نیز گمراه کند و منجر به انحراف دادهها و خطاهای تصمیمگیری در سیستمهای همجوشی چند سنسوری شود. این گونه انحرافات بیشتر به واحدهای اقدام متقابل در راهحلهای سیستم هواپیمای ضد بدون سرنشین (C-UAS) مانند تجهیزات پارازیت جهت، دستگاههای رهگیری فیزیکی، و سیستمهای مقابله لیزری منتقل میشوند که منجر به تاخیر در اقدامات متقابل و دقت ناکافی، ناتوانی در رهگیری هواپیماهای بدون سرنشین بهموقع و یکنواخت در اطراف میشود. اهداف بی گناه برای رفع این مشکل، سیستمهای راداری باید نرخ بهروزرسانی اسکن بالا و قابلیتهای تشخیص سریع هدف را داشته باشند. با افزایش فرکانس اسکن پرتو، بهینهسازی الگوریتمهای ردیابی پویا و مدلهای پیشبینی مسیر هدف، آنها میتوانند پارامترهای حرکت هدف (سرعت، مسیر، نگرش، روند پرواز) را در زمان واقعی بهروزرسانی کنند، به سرعت پهپادهای کمسرعت را از اهداف مداخلهگر مختلف متمایز کنند، و پشتیبانی دادههای هدف در زمان واقعی، دقیق و پیوسته را برای واحدهای متقابل بعدی فراهم کنند. این امر دقت و به موقع بودن پیوندهای ردیابی و اقدامات متقابل را تضمین می کند و به طور کامل نیازهای دفع سریع سناریوهای عملی مانند امنیت، نظامی و حفاظت از رویداد را برآورده می کند.
