Radar chống máy bay không người lái được thiết kế chủ yếu để giám sát chính xác không phận ở độ cao thấp dưới 1.000 mét so với mặt đất (AGL). Bằng cách tích hợp các mô-đun xử lý tín hiệu chuyên dụng và ăng-ten có mức tăng cao, chúng có thể thu được các tín hiệu lộn xộn được tạo ra bởi các vật thể trên mặt đất, mục tiêu trên không và các loại nhiễu môi trường khác nhau (xem Hình 2), cung cấp hỗ trợ dữ liệu cơ bản chất lượng cao để xác định mục tiêu tiếp theo, theo dõi quỹ đạo và ra quyết định đối phó. Theo tiêu chuẩn phân loại vùng trời chung trong lĩnh vực hàng không, vùng trời dưới 1.000 mét được xác định rõ ràng là độ cao thấp, trong đó phạm vi dưới 100 mét là độ cao cực thấp. Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như địa hình che khuất và sự phản chiếu của tòa nhà, khu vực này có môi trường lộn xộn phức tạp hơn. Trong khi đó, nó phù hợp với nhu cầu về độ bền và hoạt động của máy bay không người lái nhỏ, do đó trở thành kịch bản hoạt động chính cho máy bay không người lái chụp ảnh trên không của người tiêu dùng, máy bay không người lái kiểm tra công nghiệp và thậm chí một số máy bay không người lái được sử dụng với mục đích xấu. Lấy radar Doppler xung, loại radar hoàn thiện về mặt công nghệ và được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực chống máy bay không người lái hiện nay, làm ví dụ, các đặc tính Thấp, Chậm và Nhỏ (LSS) điển hình của máy bay không người lái sẽ hạn chế đáng kể độ chính xác phát hiện, độ ổn định liên tục và khả năng chống nhiễu của các hệ thống radar từ nhiều chiều, bao gồm cường độ tín hiệu, quỹ đạo chuyển động, Mặt cắt ngang của Radar (RCS) và độ ổn định thái độ bay (như trong Hình 3). Đây cũng là thách thức kỹ thuật cốt lõi cần được ưu tiên trong thiết kế, nghiên cứu và phát triển cũng như tối ưu hóa hiệu suất của radar chống máy bay không người lái.
Thứ nhất, đặc điểm cốt lõi của máy bay không người lái—“bay tầm thấp”—đặt ra những yêu cầu nghiêm ngặt về khả năng thích ứng trong nhiều tình huống và khả năng phân biệt mục tiêu của radar chống máy bay không người lái. Họ cần xác định chính xác các mục tiêu di chuyển khác nhau trên mặt đất, ở độ cao thấp và độ cao cực thấp trong các địa hình và môi trường phức tạp khác nhau như tòa nhà đô thị, đồi núi và khu vực trống trải, bao gồm người đi bộ, phương tiện cơ giới mặt đất, đàn chim di cư, cũng như máy bay không người lái có kích cỡ và chế độ bay khác nhau (ví dụ: nhiều cánh quạt, cánh cố định và cất cánh và hạ cánh thẳng đứng). Để giảm nhiễu của sự lộn xộn trên mặt đất (chẳng hạn như phản xạ của tường tòa nhà, nhiễu nhấp nhô của địa hình và sự phân tán của thảm thực vật trên mặt đất) đối với kết quả phát hiện, một số radar chống máy bay không người lái áp dụng chiến lược tối ưu hóa điều chỉnh góc nghiêng linh hoạt. Bằng cách thay đổi hướng chiếu xạ, góc phủ sóng và phân bổ năng lượng của chùm radar theo thời gian thực, họ chủ động tránh các khu vực có sự hỗn loạn tập trung trên mặt đất và cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu mục tiêu. Tuy nhiên, phương pháp tránh né thụ động này có những hạn chế rõ ràng về mặt kỹ thuật và dễ có 'tỷ lệ âm tính giả' cao khi phát hiện máy bay không người lái. Do không phận hoạt động thông thường của hầu hết các máy bay không người lái công nghiệp và tiêu dùng nhỏ tập trung ở độ cao dưới 100 mét (độ cao cực thấp), các chùm radar khó có thể đạt được phạm vi bao phủ không góc chết của khu vực này sau khi điều chỉnh góc nghiêng. Đặc biệt ở những địa hình phức tạp như các tòa nhà đô thị có mật độ cao và hẻm núi, các điểm mù do tắc nghẽn ngày càng mở rộng và nguy cơ âm tính giả tăng lên đáng kể. Do đó, một hệ thống radar chống máy bay không người lái hiệu quả và đáng tin cậy phải được trang bị khả năng Nhận dạng mục tiêu tự động (ATR) hoàn thiện. Thông qua các thuật toán học sâu, nó trích xuất, phân loại và xác minh các tín hiệu thu được, phân biệt chính xác các mục tiêu bay không người lái với sự lộn xộn, chim và các nguồn gây nhiễu khác, về cơ bản giảm thiểu rủi ro âm tính giả và dương tính giả, đồng thời đảm bảo độ tin cậy của kết quả phát hiện.
Thứ hai, đặc điểm vốn có của máy bay không người lái—'kích thước nhỏ'—dẫn đến Mặt cắt ngang Radar (RCS) cực kỳ thấp. Giá trị RCS của hầu hết các máy bay không người lái nhỏ, đặc biệt là máy bay không người lái nhiều cánh quạt dành cho người tiêu dùng, chỉ 0,01-0,1 mét vuông, thấp hơn nhiều so với các máy bay truyền thống như máy bay chiến đấu và trực thăng. Các tín hiệu radar do chúng phản xạ yếu và dễ bị che khuất bởi sự nhiễu loạn của môi trường và nhiễu điện từ, đặt ra những thách thức lớn cho việc thu tín hiệu. Đặc điểm này đặt ra yêu cầu rất cao về độ nhạy phát hiện của các máy dò radar, cần có khả năng mạnh trong việc trích, khuếch đại và lọc tín hiệu yếu. Trong khi lọc nhiễu điện từ và nhiễu môi trường một cách hiệu quả, chúng cũng phải bao phủ phạm vi phát hiện rộng để đạt được mục tiêu hiệu suất kép là 'phát hiện khoảng cách xa và định vị chính xác khoảng cách ngắn'. Việc hiện thực hóa mục tiêu hiệu suất cốt lõi này phải dựa trên độ tin cậy phát hiện và nhận dạng cao, đòi hỏi phải xây dựng hệ thống cộng tác 'phần cứng + thuật toán' thông qua tối ưu hóa kỹ thuật đa chiều. Ở cấp độ phần cứng, hãy nâng cấp các thành phần cốt lõi như ăng-ten có độ nhạy cao và bộ thu nhiễu thấp để cải thiện hiệu suất thu và chuyển đổi tín hiệu. Ở cấp độ thuật toán, giới thiệu các công nghệ tiên tiến như lọc thích ứng, nén xung và phát hiện Tỷ lệ cảnh báo sai liên tục (CFAR) để tăng cường khả năng nhận dạng tín hiệu mục tiêu yếu. Điều này đảm bảo thu thập chính xác, nhận dạng tính năng và khóa ổn định các tín hiệu mục tiêu yếu, tránh tác động của việc đánh giá sai tín hiệu và đánh giá sai về hiệu quả xử lý và độ chính xác của các liên kết biện pháp đối phó tiếp theo và đáp ứng nhu cầu của các tình huống ứng dụng thực tế.
Cuối cùng, đặc điểm của máy bay không người lái—“tốc độ bay chậm”—cũng đặt ra những thách thức đáng kể đối với chức năng theo dõi ổn định của hệ thống radar. Tốc độ bay của hầu hết các máy bay không người lái nhỏ dao động từ 10 đến 50 km một giờ và một số máy bay không người lái hoạt động ở độ cao thấp có tốc độ gần bằng 0. Ở trạng thái bay tốc độ thấp này, đặc điểm chuyển động của chúng hầu như không thể phân biệt được với đặc điểm chuyển động của các mục tiêu gây nhiễu như vật lộn xộn lơ lửng, chim bay chậm và vật thể rơi. Các thuật toán theo dõi truyền thống khó có thể đạt được sự phân biệt hiệu quả thông qua sự khác biệt về tốc độ, điều này không chỉ không thể khóa mục tiêu bay không người lái một cách liên tục và ổn định mà còn có thể đánh lừa phán đoán của các cảm biến phụ trợ như cảm biến quang học và hồng ngoại, dẫn đến sai lệch dữ liệu và lỗi ra quyết định trong hệ thống nhiệt hạch đa cảm biến. Những sai lệch như vậy sẽ tiếp tục được truyền tới các đơn vị biện pháp đối phó trong các giải pháp Hệ thống máy bay không người lái (C-UAS), chẳng hạn như thiết bị gây nhiễu định hướng, thiết bị đánh chặn vật lý và hệ thống biện pháp đối phó bằng laser, dẫn đến các biện pháp đối phó bị trì hoãn và không đủ độ chính xác, không thể đánh chặn máy bay không người lái mục tiêu một cách kịp thời và hiệu quả, thậm chí có thể gây xáo trộn cho các mục tiêu vô tội xung quanh. Để giải quyết vấn đề này, hệ thống radar cần có tốc độ cập nhật quét cao và khả năng nhận dạng mục tiêu nhanh. Bằng cách tăng tần số quét chùm tia, tối ưu hóa các thuật toán theo dõi động và mô hình dự đoán quỹ đạo mục tiêu, chúng có thể cập nhật các thông số chuyển động của mục tiêu theo thời gian thực (tốc độ, quỹ đạo, tư thế, xu hướng bay), nhanh chóng phân biệt máy bay không người lái tốc độ thấp với các mục tiêu gây nhiễu khác nhau và cung cấp hỗ trợ dữ liệu mục tiêu theo thời gian thực, chính xác và liên tục cho các đơn vị đối phó tiếp theo. Điều này đảm bảo tính chính xác và kịp thời của các liên kết theo dõi và biện pháp đối phó, đáp ứng đầy đủ nhu cầu xử lý nhanh chóng trong các tình huống thực tế như an ninh, quân sự và bảo vệ sự kiện.
