針對無人機探測的雷達分布式組網(wǎng)技術(shù)

張宇

（四川九洲防控科技有限責任公司，四川 綿陽 621000）

隨著無人機技術(shù)的快速發(fā)展，中小型消費級無人機（主要包括旋翼無人機和固定翼無人機）應用已較為普及。無人機飛行器目標小、成本低廉、獲取容易、改裝方便、操作簡單，易于搭載攝像頭、聲偵測等裝置實施偵察行動，甚至通過加裝火力打擊武器、簡易炸彈等對政府部門、集會場所、軍事基地和活動目標等實施襲擊。無人機目標對雷達來說具有飛行高度低、目標RCS（雷達散射截面積）小、機動性高等特點，傳統(tǒng)單部雷達的探測方式因存在頂空盲區(qū)，且在城市環(huán)境下易受周邊建筑物遮擋等因素對無人機的探測效果較差。因此，采用多部雷達分布式組網(wǎng)探測技術(shù)進行交叉補盲就顯得十分必要了。

1 交叉補盲技術(shù)

探測雷達往往采用伺服轉(zhuǎn)臺進行旋轉(zhuǎn)掃描的方式實現(xiàn)在方位空域上0°～360°的全覆蓋，但受波瓣寬度限制導致俯仰空域覆蓋范圍很難達到60°以上，且常規(guī)雷達在發(fā)射開啟時為了避免接收機損壞還會在此期間關(guān)閉接收通路，因此還存在近距離的探測盲區(qū)，單雷達探測盲區(qū)示意圖如圖1。

圖1 單雷達探測盲區(qū)示意圖

市面上旋翼類無人機采用垂直起降的方式，固定翼類無人機則采用手拋形式放飛，兩者幾乎適應在任何地形進行放飛，因此雷達探測范圍若存在盲區(qū)則會導致安全隱患，難以可靠的執(zhí)行監(jiān)控防御任務。針對起飛條件要求低的無人機目標，為了實現(xiàn)雷達頂空盲區(qū)和近距離盲區(qū)的有效覆蓋，可以采用多雷達交叉補盲的形式。例如在相隔一定距離的位置上架設(shè)兩部雷達A和B，A雷達的探測范圍覆蓋住B雷達的頂空盲區(qū)和近距離盲區(qū)，而B雷達的探測范圍則覆蓋住A雷達的頂空盲區(qū)和近距離盲區(qū)，從而實現(xiàn)交叉補盲的全區(qū)域覆蓋。兩部雷達交叉補盲示意圖如圖2。

圖2 兩部雷達交叉補盲示意圖

2 通信組網(wǎng)技術(shù)

多部雷達若采用分布式部署組建組網(wǎng)探測系統(tǒng)，首先需要解決多個架設(shè)點之間的通信問題，才可形成一個整體的組網(wǎng)探測系統(tǒng)。任意單點雷達發(fā)現(xiàn)無人機目標后可通過相鄰點位的雷達進行目標確認，需要進行目標信息（目標位置經(jīng)度、目標位置緯度和目標位置高度等）的融合處理。因此，整個分布式組網(wǎng)探測系統(tǒng)對通信有較高的要求，需具備通信延時低、通信設(shè)備的接入量大、通信抗干擾能力強、通信距離遠等能力。

2.1 有線通信方式

有線通信方式具備抗干擾能力強、通信帶寬大、通信距離遠等優(yōu)點，作為常用通信方式廣泛應用于各行各業(yè)。在有線通信方式中，建議采用光纖為傳輸介質(zhì)進行分布式組網(wǎng)通信。

光纖通信作為現(xiàn)代通信網(wǎng)的3大支柱（光纖、衛(wèi)星、無線電通信），具備了許多突出的優(yōu)點：（1）單模單光纖即可達1Gbps的通信帶寬，可完全滿足組網(wǎng)通信的需求；（2）傳輸損耗小，光纖傳輸可輕松實現(xiàn)20km以上的傳輸距離；（3）抗電磁干擾，光纖是絕緣體材料，不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾，也不受電氣化饋電線纜和高壓設(shè)備等工業(yè)電器的干擾；（4）保密性好，光波在光纜中傳輸，很難從光纖中泄漏出來，即使在轉(zhuǎn)彎處，彎曲半徑很小時，漏出的光波也十分微弱，這樣即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)很多也可實現(xiàn)無串音干擾；（5）光纖線重量輕、柔軟，光纖的芯徑很細，約為0.1mm，只有單管同軸電纜的1%，利用光纖這一特點在鋪設(shè)通信管道時可節(jié)省大量成本。

2.2 無線通信方式

有線通信方式雖然有其優(yōu)點，但僅依靠有線通信方式不足以應對所有應用場景，如野戰(zhàn)和山地等不適合或較難實現(xiàn)線路鋪設(shè)的環(huán)境。因此，無線通信組網(wǎng)作為有線通信組網(wǎng)方式的補充就顯得十分必要。

傳統(tǒng)短波電臺的無線通信方式其通信容量小、傳播信道不穩(wěn)定、傳輸可靠性較低等缺點顯然不適合于雷達的通信組網(wǎng)需求。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，LTE無線通信技術(shù)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到廣泛應用，因此建議采用架設(shè)專網(wǎng)LTE通信設(shè)備來實現(xiàn)無線通信組網(wǎng)。專網(wǎng)型LTE通信設(shè)備具備以下優(yōu)點：（1）通信安全性高，設(shè)備采用獨立專網(wǎng)，不與因特公網(wǎng)發(fā)生連接，遭受入侵和攻擊的可能性大幅減少。同時還可設(shè)置獨有的用戶注冊認證，以及設(shè)備之間的雙向鑒權(quán)認證，可在很大程度上避免非法接入與入侵。支持自主設(shè)置接口加密，實現(xiàn)信息在無線信道中的安全傳輸并確保信息的完整性，從而能更有效地降低信息在無線傳輸環(huán)節(jié)被竊取、冒充、篡改的可能性；（2）傳輸帶寬高，專網(wǎng)型LTE通信設(shè)備具備獨享的高帶寬傳輸信道，提供下行峰值速率100Mbps、上行峰值速率50Mbps，使得用戶在達成語音通信的同時，還可進行包括高清視頻、高清圖片、文字、語音等在內(nèi)的多媒體信息交互通信；（3）支持機動通信，以寬帶無線傳輸設(shè)備、智能終端為基礎(chǔ)，可滿足快速架設(shè)和拆收的需求，同時支持車載架設(shè)通信和手持單兵通信，在車輛和人員行進時也可保持通信連接，增強了分布式組網(wǎng)部署的靈活性，如派遣車載雷達進入特定地點執(zhí)行任務等；（4）可定制工作頻段，不僅提供1.4GHz、1.8GHz產(chǎn)品，還可按需定制400MHz、600MHz、800MHz頻段產(chǎn)品，可最大化地適應各種電磁環(huán)境下的通信架設(shè)需求，具備較強的抗干擾能力。

3 結(jié)語

為了實現(xiàn)雷達對無人機等低空超低空目標探測的有效覆蓋，采用分布式組網(wǎng)探測的方式是一種有效且可靠的解決技術(shù)。在多部雷達互相進行頂空和近距離補盲的情況下，可明顯提升整個組網(wǎng)探測系統(tǒng)對無人機等“低小慢”目標的發(fā)現(xiàn)概率。在世界范圍內(nèi)無人機威脅事件頻發(fā)的今天，只有解決好對無人機的可靠探測問題，才能有效的對其進行監(jiān)管和處置。同時，為了解決雷達分布式組網(wǎng)部署的通信問題，采取了以有線光纖通信為主、無線LTE通信為補充的方式使系統(tǒng)的應用范圍得到較大的提升，能夠滿足多種環(huán)境下的分布式組網(wǎng)架設(shè)需求，為無人機的探測提供了有效的解決方案。