[Spezialanalyse] Forschung über die Erkennungsfähigkeit von Radaren in drei Mainstream-Bandbanden einschließlich S-, C- und X-Band in Anti-UAV-Systemen

Der umfangreiche Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) verändert die Offensiv-Verteidigungslandschaft in der Sicherheitsverteidigung in geringer Höhe und in modernen Konfrontationen auf dem Schlachtfeld.Von kleinräumiger taktischer Aufklärung und Kamikaze-Angriffen bis hin zu Schwarmangriffen und Langstreckenangriffen auf strategischer Ebene.Als "erste Verteidigungslinie" in Anti-UAV-Systemen,Radar-Band-Auswahl bestimmt direkt die Identifizierungseffizienz von UAV-Ziele und die Reaktionsgeschwindigkeit von VerteidigungskettenMit unterschiedlichen elektromagnetischen Eigenschaften decken die drei Hauptradarbänder S, C und X unterschiedliche Anwendungsszenarien und Fähigkeitsschwellen für die Erkennung von UAVs ab.Ob es sich um große integrierte Aufklärungs-Streik-UAVs oder Miniatur-Verbraucher-Drohnen handelt, in komplexen elektromagnetischen Gegenmaßnahmen oder extremen meteorologischen Bedingungen, die technische Anpassungsfähigkeit,Taktische Vorteile und praktische Einsatzschwächen von Radaren in verschiedenen Bands haben tiefgreifende Auswirkungen auf die Konstruktionslogik und Ressourcenallokationsstrategien von UAV-Verteidigungssystemen.

1Merkmale und Unterschiede von S-, C- und X-Band-Radaren

Die Identifizierung unbemannter Luftfahrzeuge (UAV) durch Radar ist im Wesentlichen ein Verfahren, das die Übertragung elektromagnetischer Wellen bestimmter Frequenzbänder beinhaltet,Empfang von von Zielen reflektierten Echosignalen, wobei Kernparameter wie Zielreichweite, Geschwindigkeit, Haltung und Radarquerschnitt (RCS) durch Signalverarbeitung extrahiert und so die Zieldetektion abgeschlossen werden,Flugbahnverfolgung und AttributdiskriminierungDie Klassifizierung der S-, C- und X-Bänder ergibt sich aus Unterschieden in den Frequenzbereichen des elektromagnetischen Spektrums.Diese Unterschiede beeinflussen unmittelbar ihre Leistung in den wichtigsten Indikatoren einschließlich der Ausbreitungsmerkmale., Lichtstrahlbreite, Auflösung und Störungsbekämpfungsfähigkeit und schließlich die Grenzen ihrer Fähigkeit zur Identifizierung verschiedener UAV-Typen zu definieren.Der Erfassungsbereich ist positiv mit der Sendeleistung und dem Antennengewinn korreliert., negativ mit dem Mindestsignal korreliert und proportional zur Leistung von einem Viertel des Ziel-RCS.Die elektromagnetischen Eigenschaften verschiedener Frequenzbänder haben Auswirkungen auf diese kritischen Parameter., was zu einer stufenweisen Differenzierung der Zielidentifikationsfähigkeiten führt.

Insbesondere deckt das S-Band einen Frequenzbereich von 2 ∼4 GHz mit Wellenlängen von 10 ∼15 Zentimetern ab, der in das Mittelwellenband fällt.Der Hauptvorteil liegt in dem geringen Verlust an elektromagnetischen Wellen in der Atmosphäre., mit einem Dämpfungskoeffizient von nur 0,01 ‰ 0,03 dB/km, was eine starke Durchdringungsfähigkeit bietet. Das C-Band arbeitet bei Frequenzen von 4 ‰ 8 GHz mit Wellenlängen von 3,75 ‰ 7,5 Zentimeter,in der Übergangszone zwischen mittleren und kurzen Wellen sitztDas X-Band erstreckt sich über Frequenzen von 812 GHz mit Wellenlängen von 2,5-3,75 Zentimetern, das als Kurzwellenband eingestuft wird.Es verfügt über eine enge Strahlbreite und Reichweite Auflösung besser als 1 Meter, erleidet jedoch einen deutlich höheren Verlust der atmosphärischen Ausbreitung (0,1 ∼0,3 dB/km) und ist wesentlich anfälliger für Wetterbedingungen wie Regen, Schnee und Nebel.Diese unterschiedlichen Bandmerkmale entsprechen direkt den Kernanforderungen der Drohnenerkennung.: das S-Band ist optimal für die Frühwarnung in großer Entfernung, das C-Band konzentriert sich auf eine ausgewogene mittlere Entfernung und das X-Band ist auf eine hochpräzise Nachverfolgung in der Nähe spezialisiert.Die drei Bands bilden ein sich natürlich ergänzendes Kapazitätssystem..

Es ist erwähnenswert, dass zwischen den RCS-Eigenschaften von unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) und der Wahl der Wellenbänder eine kritische interaktive Beziehung besteht.Öffentliche Daten zeigen, dass die RCS von Mikro-UAVs bis zu 0 sein kann.Die RCS kleiner UAVs beträgt etwa 0,01 bis 0,02 Quadratmeter, und die RCS großer erkundungs-Streik-Integrierter UAVs beträgt etwa 0,1 Quadratmeter.Abgeleitet aus der Radarbereichsgleichung, wenn das RCS des Ziels von 0,1 auf 0,01 Quadratmeter sinkt, wird die Erkennungsreichweite desselben Radars um mehr als 40% reduziert; fällt das RCS weiter auf 0,001 Quadratmeter,Der Detektionsbereich wird um mehr als 60% verkleinert.Diese Regel bestimmt unmittelbar, daß die hohe Auflösung des X-Bands für die Identifizierung von Mikro-UAVs mit niedrigem RCS geeigneter ist.Während der Langstreckenerkennungsvorteil des S-Bands es besser für die Verriegelung großer UAV-Ziele eignet.

2Vorteile, Nachteile und Anwendbarkeitsszenarien von drei großen Wellenbandradaren

(I) S-Band-Radar: Der "Low-Altitude Watchman" für die Frühwarnung in weiten Gebieten

Die Kernstärken des S-Band-Radars liegen in seiner doppelten Eigenschaft der Fernerkennung und seiner starken Anpassungsfähigkeit an die Umwelt.Es kann unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) mit einem RCS von 0 erkennen..1 Quadratmeter in einer Entfernung von 15 bis 25 Kilometern, und seine Erkennungsreichweite für große UAVs mit einer RCS von 1 Quadratmeter kann sogar 30 Kilometer übersteigen.Es kann sich effektiv auf große Schutzgebiete wie Grenzlinien erstrecken, die Peripherie von Militärstützpunkten, Kernkraftwerken und großen Industrieparks, die dem Verteidigungssystem ein Frühwarnfenster von 3 bis 8 Minuten bieten,die ausreichend ist, um den Einsatz und die Reaktion auf Abhörwaffen zu unterstützenIn der Zwischenzeit können elektromagnetische Wellen im S-Band im Vergleich zu X-Band-Wellen durch ungünstige Wetterbedingungen wie Regen, Schnee und Nebel viel stärker eindringen.Unter Niederschlag von 20 Millimeter pro Stunde, schwächt seine Erkennungsbreite nur um 10% bis 15% ab und ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb bei jedem Wetter und jeder Zeit ohne erhebliche Störungen durch Licht- und meteorologische Schwankungen.In Bezug auf die Festlegung mehrerer ZieleDank der großen Leistungsmarge und der Signalverarbeitungsbandbreite kann das S-Band-Radar Dutzende oder sogar Hunderte von Luftzielen gleichzeitig verfolgen.Sie erhält die grundlegende Fähigkeit, kleinen UAV-Angriffen zu begegnen..

Die Schwächen sind jedoch gleichermaßen hervorstechend und unersetzlich. Erstens ist die Auflösung relativ niedrig. Aufgrund der langen Wellenlänge reicht die Strahlbreite im Allgemeinen von 1 bis 2 Grad.Schwierigkeiten bei der genauen Erfassung der detaillierten Merkmale kleiner unbemannter Luftfahrzeuge (UAV)Es ist extrem schwierig, Mikro-UAVs mit einem Radarquerschnitt von weniger als 0,1 Quadratmetern zu identifizieren, und es ist anfällig, sie mit niedrigen Zielen wie Vögeln und Ballons zu verwechseln.ZweiteIn komplexen Geländen, einschließlich städtischer Gebäude und Bergregionen, ist die Verunreinigung durch Unordnung in geringer Höhe schwerwiegend.von der Erde reflektierte Unordnungssignale haben ähnliche Frequenzmerkmale wie UAV-EchosignaleSelbst fortschrittliche Algorithmen wie Moving Target Indication (MTI) und Pulse Doppler (PD) können Störungen nicht vollständig filtern.die Ausrüstung weist große Größe und hohen Stromverbrauch auf. Die Antenne eines typischen S-Band-Phase-Array-Radars umfasst in der Regel eine Fläche von 2 bis 5 Quadratmetern und wiegt mehrere Tonnen.nicht den Anforderungen der taktischen mobilen Verteidigung an der Front gerecht werdenDaher eignen sich S-Band-Radars besser für eine weite Frühwarnung an festen strategischen und operativen Positionen und dienen als "Langstrecken-Augen" von Anti-UAV-Verteidigungssystemen.

(II) C-Band-Radar: Ein vielseitiges Allrounder mit ausgewogener Leistung
Mit ausgewogener Leistung als Kernmerkmal schafft das C-Band-Radar eine optimale Balance zwischen Erkennungsbereich und Identifizierungsgenauigkeit.Damit ist es die wichtigste Option für kleine und mittlere UAV-Verteidigungssysteme.Es kann UAVs mit einem RCS von 0,1 Quadratmetern in einer Entfernung von 8 bis 15 Kilometern und Mikro-UAVs mit einem RCS von 0,01 Quadratmetern in einer Entfernung von etwa 4 bis 6 Kilometern erkennen.ein Leistungsniveau zwischen S-Band- und X-Band-RadarenEs kann die Schutzanforderungen für mittelgroße Gebiete wie Industrieparks, Logistikparks und große Veranstaltungsorte erfüllen.und fungiert auch als Mittel-Kurzstrecken-Lücken füllende Komponente in großen VerteidigungssystemenIm Vergleich zum S-Band-Radar hat das C-Band-Radar eine kürzere Wellenlänge und seine Strahlbreite kann auf 0,5 bis 1 Grad eingeschränkt werden, was eine deutlich verbesserte Auflösung ermöglicht.Es kann die Flughaltung und Flugbahn von UAVs mit höherer Präzision verfolgenIm Vergleich zum X-Band-Radar erleidet es eine geringere atmosphärische Ausbreitungsdämpfung.Unter Niederschlag von 20 Millimeter pro Stunde, verringert sich sein Detektionsbereich nur um 20% bis 25%, was ihm eine stärkere Anpassungsfähigkeit an das Wetter und eine stabilere Identifizierungsleistung unter rauen Wetterbedingungen ermöglicht.

Die Einschränkungen des C-Bands spiegeln sich hauptsächlich in zwei Aspekten wider. Erstens besteht weiterhin Druck beim Filtern von Unordnung in geringer Höhe.Unordentliche Signale können die Identifizierungsgenauigkeit in komplexen Umgebungen wie dichten Gebäudeclustern und stark bewaldeten Gebieten immer noch beeinträchtigen- Mehrsensorische Fusionstechnologien wie die radar-elektroptische Integration und die radar-akustische Integration sind erforderlich, um die Fehlalarmrate zu reduzieren.seine Fähigkeit zur Abwehr elektromagnetischer Störungen ist moderatDa das C-Band ein gemeinsames Frequenzband für die zivile Luftfahrt und Satellitenkommunikation ist, ist es anfällig für Störungen durch zivile elektromagnetische Signale.In intensiven elektromagnetischen Gegenmaßnahmen, sind seine Signale anfällig für Unterdrückung oder Täuschung, was die stabile Identifizierung von Drohnenzielen beeinträchtigt.C-Band-Radars verfügen über eine Größe und einen Leistungsaufwand zwischen denen von S-Band- und X-Band-RadarenDiese Systeme sind jedoch im Vergleich zu tragbaren X-Band-Radaren nicht ausreichend mobil und flexibel.Die ausgewogene Leistung von C-Band-Radaren bietet eine breite Anpassungsfähigkeit.Sie können unabhängig voneinander kleine und mittlere Drohnenverteidigungssysteme aufbauen und auch in große Verteidigungsnetzwerke integriert werden, um eine koordinierte Komplementarität zu erreichen.

(III) X-Band-Radars: "Kurzstreckenjäger" zur präzisen Identifizierung

Mit Hilfe von Kurzwellenlängen dienen X-Band-Radar als Kernlösung für die präzise Identifizierung von Drohnen und die Kurzstrecken-Abfangführung.mit ihren Kernstärken in zwei Durchbrüchen von hoher Auflösung und robuster Anti-Clutter-LeistungDank ihrer extrem kurzen Wellenlängen kann ihre Strahlbreite auf 0,1 bis 0,5 Grad verringert werden und ihre Auflösung kann innerhalb von 0,5 Metern liegen.Sie können die Einzelheiten kleiner Drohnen wie Formprofile und Rotorzahlen deutlich unterscheiden., und sogar Mikrodrohnen mit einem RCS von nur 0,01 Quadratmetern in einer Entfernung von 3 Kilometern genau identifizieren.Kleine Ziele einschließlich Selbstmorddrohnen und StreitmunitionNoch wichtiger ist,X-Band-Radargeräte können Mikrodoppler-Frequenzsignaturen extrahieren, die von rotierenden Drohnenrotoren erzeugt werden, um schwebende Drohnen genau von störenden Objekten wie Bodenunordnung und Vögeln zu unterscheidenSo erreicht das dänische XENTA-C-Radar eine Identifikationsgenauigkeit von mehr als 95% für schwebende Drohnen, indem es Rotor-Mikrodopplersignale erkennt.Wirksamkeit bei der Ermittlung kleiner, niedrig gelegener Ziele.

Seine größte Schwäche liegt in seiner kurzen Detektionsreichweite, die durch atmosphärischen Ausbreitungsverlust und meteorologische Bedingungen erheblich beeinträchtigt wird: seine Detektionsreichweite für UAVs mit einem RCS von 0.Ein Quadratmeter ist nur 6 bis 10 Kilometer., während die Erkennungsreichweite für Mikro-UAVs mit einer RCS von 0,01 Quadratmeter weniger als 3 Kilometer beträgt, was sie nur für Schutzszenarien mit kurzer Reichweite wie Flughafenfreizonen geeignet macht,Kernbereiche kritischer AnlagenBei schweren Wetterbedingungen ist die Leistungsschwäche des X-Band-Radars stärker ausgeprägt, wenn die Niederschläge 20 mm pro Stunde erreichen.Der Messbereich kann um 40% bis 50% verringert werden.In der Zwischenzeit ist es anfällig für elektromagnetische Störungen,und seine Betriebsstabilität in komplexen elektromagnetischen Umgebungen beruht auf Anti-Interferenz-Technologien wie Frequenzspringen und SpektrumverbreitungDie Antennengröße von miniaturisierten X-Band-Radaren kann auf weniger als 0 reduziert werden.5 Quadratmeter mit einem Gewicht von weniger als 100 kg, und sie können sogar tragbar eingesetzt werden, um die Verteidigungsanforderungen auf taktischer Ebene für Frontlinie-Einheiten und Fahrzeugmobile Anwendungen zu erfüllen.X-Band-Radars sind besser für die taktische Präzisionsidentifizierung und Abfangführung in der Kurzstrecke geeignet., die als "letzte Verteidigungslinie" in Anti-UAV-Verteidigungssystemen dient.