一种基于圆阵体制雷达的反无人机系统介绍

蒋庆丰

（南京电子技术研究所，江苏 南京）

近年来，随着科技的进步和人民生活水平的提高，民用无人机市场逐渐兴起壮大、销售数量增加、应用普及、不断满足人们丰富多样的需求，为工作和生活提供便利。但是，无人机“黑飞”、闯禁飞区等无人机安全问题也日益突出。无人机具有低空、超低空飞行、飞行速度小、不容易被侦测发现等特征。它们成本低廉、操控简单、携行方便、容易获取，并且升空突然性强、发现处置困难，容易被作为运载爆炸物品、投放生化毒剂、散播传单的工具，严重威胁重大活动、重点区域的安全保障工作。随着无人机安全隐患日益突出，安保意识的不断增强，因无人机造成的安保工作量也不断增多且难度加大。如何对无人机的飞行加强管制成为亟待解决的问题，在这一问题的处理上，一方面要完善管理制度，另一方面还要加强技防的辅助手段建设，反无人机雷达监视技术是技防技术中的重要组成部分。

在市场需求刺激和技术发展的双重推动作用影响下，反无人机系统技术体系在理论和技术层面都日趋完善，国内外出现了很多反无人机系统，在无人机的飞行管制中起到了至关重要的作用，见图1。

图1 反无人机系统

反无人机系统技术主要包括探测、跟踪、毁伤、干扰、伪装欺骗等。反无人机系统通过雷达探测设备，将探测到无人机、气球等低空飞行目标的位置信息发给指挥中心，指挥中心根据具体情况对目标进行危险识别评估，指挥反制设备对无人机采取迫降、干扰、毁伤等相应反制手段，保障机场等区域内安全。

目前反无人机的探测和跟踪主要是依靠地面雷达，针对的是微型消费级民用无人机，如大疆的精灵4系列。圆阵雷达是一款圆形相扫雷达，具有圆形天线，方位采用电扫方式，体积小、集成度高、探测小型无人机目标能力强等特点。与传统机扫雷达相比具有更高的数据率，还可以实现边搜索边跟踪的工作方式，能对目标提供稳定、精确的跟踪能力，为反无系统提供精确可靠数据。

反制技术包括毁伤、干扰、伪装欺骗等，根据目标实际威胁程度，采取迫降、驱离、布网捕捉和攻击毁伤等反制措施，对无人机实时实施物理阻止和破坏，使其丧失威胁能力。

1.1 反无人机系统功能

反无人机系统是专门用于对进入机场等重要区域移动的小型飞行器进行探测、跟踪和反制。

概括地讲, 反无人机系统主要功能就是依靠雷达探测飞行目标,形成目标的方位、距离、高度等位置信息上报给监视和反无人机指挥系统，指挥系统利用光电设备精确跟踪和确认目标，对有威胁的无人机目标采取预警、定向干扰、诱骗、打击等反制手段，使无人机迫降、返航、击落等。反无人机系统还具有对无人机和操作手进行定位的能力，视频取证、存储及回放等功能[1]。

1.2 反无人机系统特点

反无人机系统利用小型雷达、光电、无线电侦测等成熟技术进行模块化、组合化设计，对区域周边低空飞行无人机目标进行全方位搜索、跟踪探测，具有连续工作能力。探测系统能够提供多维立体探测监视、全自动提供飞行物目标的位置信息。指挥系统采用最先进的实时运算平台，实现无人机的快速、精准识别，持续跟踪监测，自动打击反制。反无人机系统能够根据机场等重要区域的需求增减布控点，还能以固定方式和车载方式进行布控。反无人机系统还可实现联网运行，实现重要区域探测全覆盖，雷达、光电、无线电侦测、反制设备等可根据需求进行灵活配置。

根据反无人机系统的功能要求，结合反无人机实际情况，介绍了一种反无人机系统。

2.1 反无人机系统组成

反无人机系统组成主要有雷达、无线电侦测、光电、目标分类识别、指挥系统和反制系统等。

2.2 反无人机系统工作原理

反无人机系统是以雷达探测为基础，雷达是反无人机系统的核心设备，反无人机雷达应能探测飞行高度低、速度慢、体积小的小型民用无人机，并能在复杂环境中发现目标、跟踪目标。雷达应能对安保区域内飞行目标进行连续不间断的探测，将可疑飞行目标的精确位置信息提供给指挥系统。

指挥系统将目标位置信息传送给光电探测设备，引导镜头对准并发现目标，通过视频来确定飞行目标的准确类型，分辨目标的威胁程度，并将飞行目标的位置和种类信息同时上报给指挥系统。无线电侦测主要是探测无人机工作所使用的频谱，如通讯链路、控制链路、GPS 导航信号等，是一种被动探测手段[2]，同时通过指挥中心将目标信息与雷达融合。指挥系统利用GPS 设备定位定向功能，将探测设备的目标在地图上融合显示出来，更加直观的掌控区域内飞行目标的地理位置。反制设备响应指挥系统发过来的反制命令，对无人机实施干扰反制和毁伤打击等反制手段。

3.1 基于圆阵雷达反无人机系统架构

反无人机系统由圆阵体制雷达、光电设备、指挥控制系统、干扰设备、GPS 等设备组成。系统组成如图2 所示。

图2 基于圆阵雷达的反无人机系统组成

3.2 基于圆阵雷达反无人机系统工作流程

反无人机系统通过圆阵雷达探测发现飞行目标，并将位置信息提供给光电设备，二者同时协同跟踪，在指挥系统上显示地理位置信息和光电图像信息，对目标进行识别并评估威胁程度，对于进入重要区域的威胁目标，指挥系统发出反制指令，实施干扰反制措施，干扰设备发射干扰信号，干扰无人机的控制链路、GPS 信号等，迫使无人机降落或返航。

3.3 圆阵体制雷达特点

圆阵体制雷达，它是圆形数字阵雷达，可以获取目标的距离、方位、高度等信息。但是由于无人机体积小，飞行高度低飞行方向多变，圆阵体制雷达采用高重频多普勒技术，具有强杂波下高概率检测微型无人机目标能力，具备重点空域凝视探测能力，在能量域对抗小目标；
采用中数据率搜索高数据率跟踪模式，既可以保证多目标跟踪，又可以保证跟踪连续性和目标定位精度。此款雷达具有分辨率高，精度高，追踪能力强，与常规机扫雷达具有更高的数据率，更小的体积，更灵活的使用场景等优点。

圆阵雷达主要负责要地周边低空飞行物目标的全方位搜索、跟踪探测；
整机采用低安全电压设计，可使用逆变器，进行多平台安装，可根据需求选配电池或小型发电机；
该雷达采用小型化设计，可以由小型车辆运输，展开时间短，可快速投入安防使用；
信息处理模块集成了雷达控制、数字波束形成、反干扰、信号处理、数据处理等分系统，高度集成化，精度高、数据率高、体制小、重量轻、功能全、成本低；
雷达接口简单，通过网络对外进行信息交互，并可以实现多台雷达联网模式；
雷达能提供目标方位、高度信息，同时引导光电协同跟踪。

3.4 圆阵体制雷达系统组成及工作原理

圆阵体制雷达包含的分系统有:天线、馈线、发射、数字接收机、综合处理、电源等分系统。圆阵体制雷达的系统组成如图3 所示。

图3 圆阵体制雷达框图

雷达工作原理，雷达加电时，分系统各模块首先完成本身工作状态的自检，各分系统功能检查一切正常后雷达开始工作。首先接收机产生射频信号，经发射前级放大、末级功放功率放大后，输出射频信号，经T/R 组件由相应列馈天线辐射出去，然后通过多通道切换来实现方位扫描。

接收时，回波信号分别经接收天线单元，进行低噪声放大、滤波、网络合成、混频和采样，得到2 路基带的I/Q 信号[3]。由数字接收机输送至数字波束形成，经数字信号处理完成脉冲压缩、MTI 和信号检测等处理。得到点迹数据后送数据处理进行相关、平滑、滤波处理，将最终的目标点迹、航迹同时送显示器显示，在显示器上就可以看到目标的方位、距离、高度等位置信息。

3.5 圆阵雷达反无人机系统模式

（1）固定站模式

根据重要区域如机场、核电厂等区域的需求特点，可以将反无人机系统设计成固定站模式，利用圆阵雷达强大的联网功能，在区域四周合适的地方进行布控，将探测区域扩大。并搭配光电、无线电侦测、干扰机、指挥系统、毁伤设备等组成多功能的反无系统，保障区域内的安全。

（2）移动车载模式

由于圆阵雷达的小巧便携，反无人机系统也可以设计成移动车载模式，雷达利用升降台可以实现快速布控，可建立临时区域安保、重大活动现场安保，也可以作为固定场所安保的补充。移动车载模式主要特点就是灵活机动，可以搭配小型发电机、电池、光电、GPS、干扰机设备等设备组成反无系统，实现任意重要地点的安保保障如图4 所示。

图4 移动车载模式示意图

（3）探测雷达测试效果

用大疆“精灵4”作为目标试验机，进行探测试验，雷达在作用空域内，方位约110 度处发现目标，自动识别并自动转跟踪模式，实现远距离、高数据率稳定精确跟踪，可直接引导光电设备和干扰机设备进行目标确认并迫使目标返航。此雷达与传统机扫雷达比较，在目标的跟踪、精度、数据率等具有一定的优势，如图5 所示。

图5 目标跟踪航迹

反无人机探测技术和反制技术的发展，极大地带动了反无人机系统的发展，探测雷达技术作为探测技术的核心，也获得了长足的发展，圆阵体制雷达是该领域的一款重要的代表作，其探测体制比较先进，探测和跟踪小目标的性能比传统机扫雷达更强，该体制雷达在无人机探测与反制领域的应用获得了很大的成功，可为无人机相关的安保工作提供强有力的信息保障服务，是此类安保工作的首选技防辅助设备之一。

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