[تحليل خاص] البحث في قدرات التعرف على رادارات النطاقات الرئيسية الثلاث بما في ذلك النطاقات S و C و X في أنظمة مكافحة الطائرات بدون طيار

إن نشر المركبات الجوية بدون طيار على نطاق واسع يعيد تشكيل مشهد الهجوم والدفاع في الدفاع الأمني منخفض الارتفاع ومواجهات ساحة المعركة الحديثة.تتراوح من الاستكشاف التكتيكي على نطاق صغير والضربات الكاميكازية إلى الهجمات الجماعية والضربات بعيدة المدى على المستوى الاستراتيجيأصبحت الطائرات بدون طيار عاملاً محورياً في تغيير ديناميكيات ساحة المعركةتحديد نطاق الرادار يحدد مباشرة كفاءة تحديد أهداف الطائرات بدون طيار وسرعة استجابة سلاسل الدفاعمع خصائص كهرومغناطيسية متميزة على التوالي ، تغطي نطاقات الرادار الرئيسية الثلاثة S ، C و X سيناريوهات تطبيق متباينة وأعمدة القدرة للكشف عن الطائرات بدون طيار.سواء كانت تتعامل مع طائرات بدون طيار كبيرة متكاملة للقيام بضربات الاستطلاع أو طائرات بدون طيار مصغرة من نوع المستهلك، العمل في بيئات مكافحة الكهرومغناطيسية المعقدة أو الظروف الجوية القاسية، القدرة التقنية على التكيف،المزايا التكتيكية والعيوب التشغيلية العملية للرادارات في النطاقات المختلفة تؤثر بشكل عميق على منطق البناء واستراتيجيات تخصيص الموارد لأنظمة الدفاع ضد الطائرات بدون طيار.

1خصائص و الاختلافات بين رادارات النطاقات S و C و X

تحديد المركبات الجوية غير المأهولة بواسطة الرادارات هي عملية تتضمن في الأساس إرسال موجات كهرومغناطيسية من نطاقات تردد محددة،تلقي إشارات الصدى التي تعكسها الأهداف، استخراج المعلمات المميزة الأساسية مثل نطاق الهدف والسرعة والموقف والقطع العرضي للرادار (RCS) من خلال معالجة الإشارة ، وبالتالي استكمال الكشف عن الهدف ،تتبع المسار وتمييز السماتتصنيف النطاقات S و C و X ينبع من الاختلافات في نطاقات الترددات في الطيف الكهرومغناطيسي.هذه الاختلافات تؤثر بشكل مباشر على أدائها في المؤشرات الأساسية بما في ذلك خصائص الانتشار، عرض الأشعة، الدقة والقدرة على مكافحة التداخل، وفي نهاية المطاف تحديد حدود قدرتهم على تحديد أنواع مختلفة من الطائرات بدون طيار.يرتبط نطاق الكشف بشكل إيجابي مع قوة الإرسال ومكاسب الهوائي، مرتبطة سلبا مع الحد الأدنى للإشارة القابلة للكشف، ومتناسبة مع قوة ربع RCS المستهدف.الخصائص الكهرومغناطيسية لمختلف نطاقات التردد تؤثر على هذه المعلمات الحرجة، مما يؤدي إلى تمييز مستوي من قدرات تحديد الهدف.

على وجه التحديد ، تغطي النطاق S النطاق الترددي من 2 ′′ 4 GHz مع أطوال موجة من 10 ′′ 15 سم ، والتي تقع ضمن نطاق الموجات المتوسطة.ميزته الأساسية تكمن في انخفاض خسارة الانتشار للموجات الكهرومغناطيسية في الغلاف الجوي، مع معامل الضعف من 0.01 ٪ 0.03 ديسيبل / كم فقط ، مما يوفر قدرة قوية على الاختراق. يعمل النطاق C على ترددات 4 ٪ 8 غيغاهرتز مع أطوال موجة من 3.75 ٪ 7.5 سنتيمتر ،يجلس في منطقة الانتقال بين الموجات المتوسطة والقصيرة، وتحقيق توازن بين فقدان الانتشار (0.05 ∼0.1 ديسيبل / كم) والدقة. يمتد نطاق X على ترددات 8 ∼12 غيغاهرتز بأطوال موجة 2.5 ∼3.75 سم ، ويتم تصنيفها على أنها نطاق الموجات القصيرة.يحتوي على عرض شعاع ضيق وقرار نطاق أفضل من 1 متر، ومع ذلك يعاني من خسارة انتشار الغلاف الجوي أعلى بشكل ملحوظ (0.1 ∼ 0.3 ديسيبل / كم) ويكون أكثر عرضة لظروف الطقس مثل المطر والثلوج والضباب.هذه الخصائص المتميزة للمجموعات تتوافق مباشرة مع المتطلبات الأساسية لكشف الطائرات بدون طيار: النطاق S هو الأمثل للإنذار المبكر بعيد المدى، والنطاق C يركز على التعرف المتوازن على المدى المتوسط، والنطاق X متخصص في التتبع عالي الدقة على المدى القصير.تشكل النطاقات الثلاث نظام قدرات متكامل بشكل طبيعي.

تجدر الإشارة إلى أن هناك علاقة تفاعلية حاسمة بين خصائص RCS للطائرات بدون طيار واختيار نطاق الموجات.تظهر البيانات العامة أن RCS من الطائرات بدون طيار الصغيرة يمكن أن تكون منخفضة إلى 0.001 إلى 0.005 متر مربع، RCS من الطائرات بدون طيار الصغيرة هو حوالي 0.01 إلى 0.02 متر مربع، وRCS من طائرات بدون طيار كبيرة الاستكشاف الضربة المتكاملة تقف في حوالي 0.1 متر مربع.مستمدة من معادلة نطاق الرادار، عندما ينخفض RCS الهدف من 0.1 متر مربع إلى 0.01 متر مربع، فإن نطاق الكشف لنفس الرادار سيتم تخفيضها بأكثر من 40٪؛ إذا انخفض RCS إلى 0.001 متر مربع،نطاق الكشف سيتقلص بأكثر من 60%تحدد هذه القاعدة مباشرة أن الدقة العالية لمجموعة X هي أكثر ملاءمة لتحديد الطائرات بدون طيار الصغيرة ذات RCS المنخفضة ،في حين أن ميزة الكشف بعيدة المدى من النطاق S يجعلها أكثر ملاءمة لتثبيت على أهداف طائرات بدون طيار كبيرة.

2مزايا وعيوب وسيناريوهات قابلة للتطبيق لثلاثة رادارات أساسية

(أ) رادار النطاق S: "حارس المنطقة المنخفضة" للتحذير المبكر في المناطق الواسعة

تقع نقاط القوة الأساسية لرادار النطاق S في ميزاته المزدوجة للكشف عن مسافات طويلة والقدرة القوية على التكيف مع البيئة.يمكن أن يكتشف المركبات الجوية بدون طيار (UAVs) مع RCS من 0.1 متر مربع على مسافة 15 إلى 25 كيلومتر، ومدى اكتشافه للطائرات بدون طيار الكبيرة مع RCS من 1 متر مربع يمكن أن يتجاوز حتى 30 كيلومتر.يمكن أن تغطي بشكل فعال مناطق حماية واسعة مثل خطوط الحدود، محيط القواعد العسكرية ومحطات الطاقة النووية والحدائق الصناعية الكبيرة، وتوفير نظام الدفاع مع نافذة الإنذار المبكر من 3 إلى 8 دقائق،والتي تكفي لدعم نشر واستجابة أسلحة اعتراضفي الوقت نفسه، الموجات الكهرومغناطيسية في النطاق S تتباهى بتدخل أقوى بكثير من خلال الظروف الجوية السلبية بما في ذلك المطر والثلوج والضباب مقارنة بالموجات في النطاق X.تحت هطول الأمطار 20 مليمتر في الساعة، فإن نطاق الكشف له يضعف فقط بنسبة 10٪ إلى 15٪، مما يسمح بالعمل المستمر في جميع الأحوال الجوية وفي جميع الأوقات دون تدخل كبير من التغيرات الضوئية والأرصاد الجوية.من حيث تحديد العديد من الأهدافبفضل هامش الطاقة الكبير و عرض النطاق الترددي لمعالجة الإشارة، يمكن لرادار النطاق S تعقب عشرات أو حتى مئات الأهداف الجوية في وقت واحد،منحه القدرة الأساسية لمواجهة هجمات الطائرات بدون طيار على نطاق صغير.

ومع ذلك ، فإن عيوبه بارزة وغير قابلة للاستعاضة. أولاً ، فإن الدقة منخفضة نسبياً. بسبب طول الموجة الطويل ، يتراوح عرض شعاعه عموماً من 1 إلى 2 درجة ، وبالتالي ، يمكن أن يكون من الصعب التعرف على ما هو أفضل.مما يجعل من الصعب التقاط الميزات التفصيلية للطائرات الصغيرة بدون طيار (UAV) بدقةيواجه صعوبة بالغة في تحديد الطائرات بدون طيار الصغيرة التي يقل قطرها العرضي عن 0.1 متر مربع ويميل إلى الخلط بينها وأهداف منخفضة الارتفاع مثل الطيور والبالونات.الثانيفي المناطق المعقدة بما في ذلك مجموعات المباني الحضرية والمناطق الجبلية،إشارات الفوضى المنعكسة من الأرض تتشارك في خصائص تردد مماثلة مع إشارات الصدى من الطائرات بدون طيارحتى الخوارزميات المتقدمة مثل إشارة الهدف المتحرك (MTI) وDoppler النبض (PD) لا يمكن تصفية التداخل الفوضوي بالكامل. ثالثًا،المعدات ذات الحجم الكبير واستهلاك الطاقة العالييغطى هوائي رادار S-band phased array النموذجي عادةً مساحة تتراوح بين 2 و 5 أمتار مربعة ويزن عدة أطنان. يتطلب نشره المتنقل مركبات مخصصة أو مواقع ثابتة.فشل في تلبية متطلبات الدفاع التكتيكي المتحرك في الخط الأماميولذلك، فإن الرادارات ذات النطاق S أكثر ملاءمة للتنبيه المبكر على نطاق واسع في المواقع الاستراتيجية والتشغيلية الثابتة، حيث تعمل كـ "عيون بعيدة المدى" لأنظمة الدفاع ضد الطائرات بدون طيار.

(د) رادار النطاق الثاني: رادار متعدد الاستخدامات ذو أداء متوازن
يحتوي على أداء متوازن كسمة أساسية، رادار C-band يصل إلى توازن مثالي بين نطاق الكشف ودقة التعرف،مما يجعلها الخيار الرئيسي لأنظمة الدفاع ضد الطائرات بدون طيار الصغيرة والمتوسطة الحجميمكن أن يكتشف الطائرات بدون طيار ذات RCS 0.1 متر مربع من 8 إلى 15 كيلومترًا بعيدًا والطائرات بدون طيار الصغيرة ذات RCS 0.01 متر مربع على بعد حوالي 4 إلى 6 كيلومترات.مستوى أداء بين رادارات النطاق S و Xيمكن أن تلبي متطلبات الحماية للمناطق المتوسطة الحجم مثل المنتزهات الصناعية ومنتزهات الخدمات اللوجستية ومساحات الأحداث الكبيرة ،و أيضاً تعمل كمكون لملء الثغرات في أنظمة الدفاع على نطاق واسعبالمقارنة مع رادار النطاق S، رادار النطاق C لديه طول موجة أقصر ويمكن تضييق عرض شعاعه إلى 0.5 إلى 1 درجة، مما يوفر دقة أفضل بشكل ملحوظ.يمكنه تتبع موقف الطيران ومسار الطائرات بدون طيار بدقة أعلى، لتحقيق دقة تحديد أكثر من 85 ٪ للطائرات بدون طيار الصغيرة والمتوسطة الحجم. بالمقارنة مع رادار النطاق X ، فإنه يعاني من انخفاض الانتشار الجوي.تحت هطول الأمطار 20 مليمتر في الساعة، يقلل نطاق الكشف فقط بنسبة 20٪ إلى 25٪ ، مما يمنحه قدرة أكبر على التكيف مع الطقس وأداء تحديد أكثر استقرارا في ظل ظروف الطقس القاسية.

تقييدات النطاق C تنعكس بشكل رئيسي في جانبين. أولاً، لا يزال هناك ضغط في تصفية الفوضى منخفضة الارتفاع. على الرغم من أنها تفوق النطاق S، إلا أن هذه النطاقات المختلفة من النطاقات المختلفة من النطاقات المختلفة من النطاق.لا تزال إشارات الفوضى يمكن أن تضعف دقة التعرف في البيئات المعقدة مثل مجموعات المباني الكثيفة والمناطق الغابية كثيفةتكنولوجيات الاندماج متعددة المستشعرات مثل الاندماج الراداري الكهربائي البصري والاندماج الراداري الصوتي مطلوبة للحد من معدل الإنذار الكاذب.قدرتها على مكافحة التداخل الكهرومغناطيسي معتدلةوبما أن النطاق C هو نطاق ترددي شائع للطيران المدني والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، فإنه عرضة للتداخل من الإشارات الكهرومغناطيسية المدنية.في بيئات مكافحة كهرومغناطيسية مكثفة، إشاراتها عرضة للقمع أو الخداع، مما يقوض تحديد أهداف الطائرات بدون طيار بشكل مستقر.رادارات النطاق C تمتلك حجم ومستوى استهلاك الطاقة بين تلك من رادارات النطاق S و X، مما يسمح بالتنفيذ المتنقل المثبت على المركبات. ومع ذلك، فإنها تفتقر إلى قدر كاف من الحركة والمرونة مقارنة مع الرادارات المحمولة في النطاق X.الأداء المتوازن لرادارات النطاق C يوفر أوسع قدر من القدرة على التكيف؛ يمكنهم بناء أنظمة دفاع صغيرة ومتوسطة ضد الطائرات بدون طيار بشكل مستقل ، ويمكن دمجها أيضًا في شبكات دفاع كبيرة لتحقيق التكامل المنسق.

(ثالثا) رادارات النطاق الإكس: "الصيادين قصير المدى للتعرف على الدقة"

الاستفادة من خصائص الطول الموجي القصير، رادارات النطاق X بمثابة الحل الأساسي للتعرف الدقيق على الطائرات بدون طيار وتوجيه اعتراض قصيرة المدى،مع نقاط قوتهم الأساسية تكمن في اختراقات مزدوجة من الدقة العالية والأداء القوي لمكافحة الفوضىبفضل طول الموجة القصير للغاية، يمكن تضييق عرض شعاعها إلى 0.1 ∼ 0.5 درجة، ويمكن أن تصل دقة نطاقها إلى 0.5 متر.يمكنهم التمييز بوضوح بين الخصائص التفصيلية للطائرات بدون طيار الصغيرة مثل ملفات الشكل وعدد الدوار، وحتى تحديد بدقة الطائرات بدون طيار الصغيرة مع RCS من 0.01 متر مربع فقط على مسافة 3 كيلومترات.الأهداف الصغيرة بما في ذلك طائرات بدون طيار انتحارية FPV والذخيرة المتجولةوالأهم من ذلكيمكن لرادارات النطاق الإكس استخراج توقيعات تردد الدوبلر المجهرية التي يتم إنشاؤها بواسطة دورات الطائرات بدون طيار الدورية لتمييز الطائرات بدون طيار المتطايرة بدقة عن الأشياء المتداخلة مثل الفوضى الأرضية والطيورعلى سبيل المثال رادار XENTA-C في الدنمارك يحقق دقة تحديد أكثر من 95٪ للطائرات بدون طيار المتطايرة من خلال الكشف عن إشارات دوبلر الدوريةالتعامل بفعالية مع نقطة الألم الأساسية لتحديد أهداف صغيرة منخفضة الارتفاع.

تكمن نقطة ضعفها الكبرى في نطاق الكشف القصير ، والذي يتأثر بشكل كبير بفقدان الانتشار الجوي والظروف الجوية: نطاق الكشف الخاص بها للطائرات بدون طيار مع RCS من 0.1 متر مربع هو فقط 6 إلى 10 كيلومترات، في حين أن نطاق الكشف عن الطائرات بدون طيار الصغيرة مع RCS من 0.01 متر مربع أقل من 3 كيلومترات ، مما يجعلها مناسبة فقط لسيناريوهات الحماية قصيرة المدى مثل المناطق الممنوحة للمطارات ،المناطق الأساسية للمرافق الحيويةفي ظل ظروف الطقس القاسية ، يكون تدهور أداء رادار النطاق إكس أكثر بروزًا. عندما يصل هطول الأمطار إلى 20 مم في الساعة ، يمكن أن يكون هناك تدهور في أداء رادار النطاق إكس.نطاق الكشف يمكن أن ينخفض بنسبة 40% إلى 50%ويمكن أن تنكمش بأكثر من 60% في الطقس الضبابيواستقراره التشغيلي في البيئات الكهرومغناطيسية المعقدة يعتمد على تقنيات مكافحة التداخل مثل قفز التردد وتوسيع الطيفومع ذلك ، فإن رادارات النطاق X تتباهى بمزايا ملحوظة في الحجم واستهلاك الطاقة. يمكن تقليل حجم الهوائي من رادارات النطاق X المصغرة إلى أقل من 0.5 أمتار مربعة وزنها أقل من 100 كيلوغرامويمكن حتى نشرها بشكل محمول لتلبية متطلبات الدفاع على المستوى التكتيكي لفرق الخطوط الأماميةرادارات النطاق السريع أكثر ملاءمة للتعرف الدقيق التكتيكي على المدى القصير وتوجيه الاعتراض، بمثابة "خط الدفاع الأخير" في أنظمة الدفاع ضد الطائرات بدون طيار.