雷达技术在先进电子战和反无人机时代的发展趋势与展望

2025-02-20 10:08:47

2025年2月12日,Military EMBEDDED SYSTEM网站特约作者来自美国国防技术公司Anduril Industries的Nate Knight发表一篇题为“演变中的战场:雷达技术如何在先进电子战和反无人机时代发展”的文章,就雷达技术如何适应现代电子战和反无人机进行了深入思考。以下为该文章的简要摘录,旨在为雷达技术适应现代电子战和反制无人机相关主题提供思路和参考。

Nate Knight认为,在电子战(EW)能力快速发展和无人机系统(UAS)飞速扩散的推动下,当代军事格局正在经历一场深刻的变革。因为传统雷达解决方案难以适应新出现的威胁和战术要求,这种发展使传统雷达面临着严峻的挑战。军队再也无法仅仅依靠大型的集中式雷达装置来实现防御目标,未来的战场迫切需要雷达技术和部署策略的范式转变。为了确保作战人员拥有必要的工具以在不断发展的电子战场上保持优势,雷达技术的重大创新势在必行。

现代战争中的电子战和无人机威胁

电子战能力的快速发展和无人机系统不断演变的威胁意味着现代冲突的本质发生了根本变化。随着干扰雷达系统的方法日益增多,电子战场也变得越来越复杂。现代干扰器可以生成有高度针对性和适应性的干扰,而先进的诱骗技术则可以产生虚假的雷达回波。此外,雷达系统与网络的集成也会导致雷达系统遭遇网络攻击,人工智能(AI)驱动的电子战系统也能够实时适应特定的雷达配置。因此,需要新一代稳定、网络化且能够应对上述难题的雷达系统。

同时,小型无人机的快速发展使现代战争进入了一个新的维度。此类易于获得且日渐成熟的小型无人机可用于多种用途,包括但不限于侦察、武器投送等,甚至是发动自杀式袭击。得益于其小尺寸和高机动性,小型无人机成为了传统雷达系统难以捕获的目标。另外,通过部署大量小型无人机集群可对传统跟踪和交战系统起到压制作用。这种威胁形势要求雷达系统能够在复杂环境中探测、跟踪和分类多个灵活的小型目标,同时保持处理传统威胁的能力。随着战场的不断发展,未来的雷达技术必须拥有更强的适应性和解决难题的能力,并且能够同时应对上述威胁。

从集中式雷达系统向分布式雷达系统的转变

集中式雷达装置无法应对这些新出现的威胁,因此产生了向小尺寸、低重量、低功耗(Low SWaP)分布式雷达网络转变的需求。这类更小型、更具成本效益的雷达系统能够在更大的分布式网络(也称为“分散网络”,与中央控制式网络系统相对应,是一套全新的网络系统)中运行,加强的抗攻击或抗故障能力,因为单个节点的损失不会危及整个网络。此外,分布式架构提供了更全面的覆盖,特别是在复杂的地形或城市环境中,使其能够更适应现代战争的挑战。

对于机动编队,小型无人机系统和其他非对称威胁的普遍存在使得针对单个车辆开发防御能力成为必然。车辆装配雷达系统可以增强作战灵活性,极大地提高了在竞争环境中的生存能力。通过采用这种分布式模型,军队可以更好地适应电子战的不断发展,并在面临新出现的威胁时保持作战效能。

雷达的技术进步

雷达技术的进步对于开发能够应对现代电子战和小型无人机威胁的雷达系统至关重要。

1)高数据速率采样器

高数据速率采样器使雷达系统能够以前所未有的速度和精度捕获和处理大量信息。高速采样能够在距离和多普勒域实现更高的分辨率,这对于探测和跟踪快速移动的小型目标而言至关重要。高数据速率采样器还支持更宽的带宽操作,也就是说雷达可以采集更多关于目标及其环境的信息,并且能够利用更复杂的信号处理技术,从而提高雷达从杂波和干扰中区分目标的能力。这些进步在复杂环境(例如,复杂的城市战场和多威胁场景)中尤其实用,通过该技术,雷达系统能够实现在复杂环境中区分小型无人机与背景噪声。

2)商用现成(COTS)波束成形能力

COTS波束成形能力的出现加速了国防领域的创新,使得灵活性和适应性更强的雷达系统得以开发。将商业技术用于军事应用不仅可以缩短部署时间,还可以降低开发成本并促进持续改进。现代商用波束成形技术通过提高空间分辨率、干扰抑制能力和多目标跟踪能力来加强雷达性能。此外,商用波束成形解决方案通常提供可扩展的架构和灵活的系统设计,以满足各种作战需求。

3)软件定义雷达

软件定义雷达是一种可以通过修改或更新软件来配置和控制雷达的工作方式的雷达系统。随着雷达硬件的数字化程度越来越高,越来越多的功能正从硬件转移到软件,从而创造出更灵活且可快速更新的系统。软件定义雷达可以在不改变硬件的情况下快速重新配置或更新,以应对新的威胁或作战需求。此外,单个软件定义雷达可以通过在不同的软件定义操作模式之间切换来执行多种功能(例如,搜索、跟踪)。

图:Pulsar是Anduril公司于2024年推出的一款模块化、多任务的电子战系统,该系统利用人工智能快速识别和应对新出现的威胁。

4)人工智能(AL)和机器学习(ML)集成

将AI和ML集成到雷达系统能够加强其区分威胁和非威胁的能力,并使其能够实时适应新的电子战战术。人工智能算法可以自动分类和识别目标,大大减少人类操作员的工作量。此外,ML技术使雷达能够根据当前的电磁环境和任务要求动态优化其波形。此外,人工智能驱动的雷达系统可以实时识别并对抗各种形式的干扰,提高在竞争环境中的传感性能。

5)更小型且更具成本效益

组件技术的进步正在推动紧凑型雷达系统的发展,而新材料和新的制造技术则促进了更小、更轻的天线阵列和其他雷达组件的生产。此外,高度集成的多功能射频(RF)和数字电路的使用进一步在雷达系统的尺寸、重量和功耗等方面对其进行优化。在不牺牲性能的情况下开发更小、更节能的雷达系统对于在军用车辆和平台上的广泛部署至关重要。

展望未来:新一代雷达系统

雷达技术的不断发展是在未来日益复杂的电子战场上保持军事优势的关键因素。雷达技术的发展方向是配合高数据速率采样、软件定义架构和人工智能集成的进步向分布式、网络化雷达系统转变,以实现增强的分辨率和目标探测能力、更高的适应性及更快速的重新配置能力。AI和ML则将实现自动目标分类、波形动态优化以及对电子战战术的实时适应。

因此,雷达系统会趋向更小型、更便宜、开发速度更快的方向发展,以使分布式传感能力能够在军用车辆和平台上广泛部署。这种开发和部署的灵活性对于在不断变化的威胁环境中保持领先十分重要。这些分布式、网络化系统将部署在多个平台(包括单个车辆)上,从而提高作战灵活性和在竞争环境中的生存能力。

雷达的发展

国防能力的持续创新是保持军事优势的重中之重。随着电子战方法和无人系统的发展,探测、跟踪和应对这些威胁的能力将变得至关重要。雷达的未来不仅仅在于强大的硬件,还在于智能化且适应性强的系统,这种系统能够适应先进的战术并反制无人机威胁。基于这些技术上的进步持续推进雷达技术,可以确保作战人员拥有在复杂战场环境中有效作战所需的工具。

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