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)探測技術進行交叉補盲就顯得十分必要了。
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
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、通信設備的接入量大、通信抗干擾能力強、通信距離遠等能力。
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通信管道時可節(jié)省大量成本。
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。隨著無線通信技術的發(fā)展,LTE無線通信技術已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到廣泛應用,因此建議采用架設專網(wǎng)LTE通信設備來實現(xiàn)無線通信組網(wǎng)。專網(wǎng)型LTE通信設備具備以下優(yōu)點:(1)通信安全性高,設備采用獨立專網(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。同時還可設置獨有的用戶注冊認證,以及設備之間的雙向鑒權認證,可在很大程度上避免非法接入與入侵。支持自主設置接口加密,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,以寬帶無線傳輸設備、智能終端為基礎,可滿足快速架設和拆收的需求,同時支持車載架設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)境下的通信架設需求,具備較強的抗干擾能力。
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。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)架設需求,為無人機的探測提供了有效的解決方案。