俄羅斯無人機探測雷達概覽

郭濤

（北京航天情報與信息研究所 北京 100854）

近幾年，在全球范圍內的多次局部戰(zhàn)爭中，無人機頻繁登場。俄羅斯、烏克蘭、阿塞拜疆、巴勒斯坦、以色列、巴基斯坦、沙特阿拉伯乃至伊朗都在沖突中動用了無人駕駛飛機實施進攻，其間，無人機展現(xiàn)了相當大的軍事打擊能力。顯然，無人機對未來空戰(zhàn)有著重要的意義，這也引發(fā)了世界各主要軍事國家研制無人機的熱潮。

與此同時，無人機技術的快速發(fā)展催生了與之對抗的技術的進步，針對無人機這個“矛”，與之相克的“盾”應運而生，即通過一系列技術手段與設備對無人機進行反制，使公共安全、國家安全等得到保障［1］。在各國開發(fā)的遏制無人機、對其實施打擊的技術中，首要的就是探測和發(fā)現(xiàn)無人機的技術。當前的探測系統(tǒng)主要分為雷達探測系統(tǒng)、光電探測系統(tǒng)、無線電探測系統(tǒng)。本文將專門對近年來俄羅斯的無人機雷達探測技術進行梳理和介紹。

1 無人機發(fā)展簡介

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是推動無人機發(fā)展的基本動力。軍用無人機發(fā)軔于第一次世界大戰(zhàn)期間，二戰(zhàn)后，幾個軍事強國將退役的飛機改裝成靶機，開啟了近代無人機發(fā)展的先河。隨著電子技術的進步，無人機在執(zhí)行偵查任務時日益凸顯出重要性。

無人機的飛速發(fā)展和廣泛運用是在海灣戰(zhàn)爭后，在其后發(fā)生的科索沃戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭等局部戰(zhàn)爭中，無人機頻頻亮相，屢立戰(zhàn)功。以美國為首的西方國家充分認識到無人機在戰(zhàn)爭中的作用，競相把高新技術應用到無人機的研制與發(fā)展上。目前，無人機承擔起了重要的軍事任務，在近年的納卡沖突和俄烏沖突中，無人機都發(fā)揮了顯著的作用。

目前，無人機的發(fā)展趨于多元化。樊邦奎院士指出了無人機未來的六大發(fā)展方向，分別為查打和偵查結合的無人機、無人作戰(zhàn)飛機、用于特種偵查和“蜂群”作戰(zhàn)微小型無人機系統(tǒng)、超高速無人機和超長航時系統(tǒng)、無人機系統(tǒng)的智能化及民用無人機［2］。其中，民用無人機后勁十足，其發(fā)展勢頭不遜色于軍用領域的無人機。

2 俄羅斯軍用雷達系統(tǒng)兼具無人機探測功能

現(xiàn)今的防空不僅是防范有人駕駛的飛機或者彈道導彈，還須抵御一些當下比較新的目標，如無人機。一部分無人機體積較小，而且也會有一些隱身方面的設計，這對于防空來說是一個很大的挑戰(zhàn)。

雷達是防空反導的關鍵要素之一。俄羅斯其雷達水平因繼承了蘇聯(lián)的一些研究一直處于世界領先地位。近年來，隨著北約東擴不斷逼近俄羅斯戰(zhàn)略腹地，俄羅斯與西方的軍事矛盾日趨尖銳，美俄軍事對峙越來越頻繁，加之俄羅斯的國土非常廣闊，這給該國的防空帶來了很大的壓力。在這一背景下，俄羅斯計劃在整個邊界地區(qū)實施雷達全覆蓋，打造“連續(xù)雷達場環(huán)帶”［3］。今天，守衛(wèi)該國空中邊界的除了幾乎可以做到“無縫連接”的雷達場，還有各類移動式和小型雷達，如中高空雷達系統(tǒng)“天空-M”和“天空-UM”、中高空雷達“對手”（Protivnik）、“火山-2”（Sopka-2）、低空雷達“飛行-K1”（Podlet-K1）和“飛行-M”（Podlet-M）、“卡斯塔-2-2”（Casta-2-2）及自動化設備系統(tǒng)“基礎”（Fundament）等。

2.1 固定式大型雷達

2.1.1 “沃羅涅日”

目前，世界上探測距離最遠、功率最大的預警雷達是俄羅斯的“沃羅涅日-DM”雷達。“沃羅涅日”雷達站從多個方面保護領土、關閉安全漏洞：守衛(wèi)俄羅斯南部、西南和東南方向，也覆蓋該國的西北部，可檢測水平距離6000km 和垂直距離8000km 的目標，這意味著它的探測范圍可以從北非到西太平洋［4］。

“沃羅涅日”雷達的服役極大增強了俄羅斯的防空力量，該雷達能夠在3000～5000km 范圍內探測和跟蹤RCS為0.1m2的航空航天高精度武器元件，因此，有俄羅斯科學家表示，該雷達能夠發(fā)現(xiàn)目前世界上所有導彈，甚至是低空衛(wèi)星，沒有任何飛行器能夠躲過它的眼睛。“沃羅涅日”雷達非常耐用，各種抗性極強，耐輻射，耐電磁波，缺點是耗電量大（7萬kW/h），運行成本奇高。

2.1.2 “集裝箱”

于2019年底投入戰(zhàn)斗值班的“集裝箱”超視距雷達對既有的防衛(wèi)系統(tǒng)是很好的補充，它的主要任務是識別和探測超視距區(qū)域內的潛在危險目標及跟蹤國家邊境外的目標。“集裝箱”雷達因為不受地球曲率的影響，對于低空、超低空目標的探測性能更好，它可在距離國界1500～2000km距離內跟蹤攜帶核武器的目標，測試結果證明，該雷達能發(fā)現(xiàn)3000km以內的目標，也包括無人機這樣的小目標。“集裝箱”在2020年底完成了作戰(zhàn)性能的全方位驗證，可與“沃羅涅日”雷達協(xié)同工作。

“集裝箱”有兩個天線場，能夠在大約300km的距離內接收和發(fā)射信號，其工作原理是基于無線電波反射效應，可以幾乎“關閉”整個地球的通信系統(tǒng)。未來，該雷達系統(tǒng)有望探測距離最遠為3000km、高度最大為100km的目標。此外，對敵方目標的跟蹤扇區(qū)將從180°增加到240°，并提供對目標（約500個）的自動跟蹤。

2.2 移動式雷達

2.2.1 “共振-N”

2019年1月，俄羅斯在北極部署了帶有人工智能元件的“共振-N”移動式雷達系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠探測到1000km 之外的巡航導彈和無人機。此技術對北極地區(qū)尤為重要，因為敵人可能會從該地向烏拉爾、西伯利亞及俄羅斯中部地區(qū)實施打擊［5］。

“共振-N”可有效遠程探測各類空中目標，它能夠發(fā)現(xiàn)反射面積很小的飛行物體并對其進行分類，能夠輕松探測到隱形巡航導彈和彈道導彈及高超音速飛行設備、微型無人機、直升機和隱形飛機。“共振-N”研發(fā)過程中，使用了對大數據進行數學處理的最新認知技術，因此，雷達系統(tǒng)可以實現(xiàn)自我學習。

相控陣大大拓展了雷達系統(tǒng)的探測能力，定位器則可實現(xiàn)與其他雷達系統(tǒng)自動交換數據。該設備能夠探測到1100km范圍內的空中目標，并向600km范圍內的防空設備發(fā)送目標指示。

2.2.2 “天空-UM”

2020年12月14日，在俄羅斯羅斯托夫地區(qū)，新的中高空三坐標雷達站“天空-UM”開始執(zhí)行戰(zhàn)斗任務。“天空-UM”是“天空-M”雷達的升級版，其探測距離為600km，除了將探測信息傳遞給指揮所或防空系統(tǒng)，還可有效反制電子干擾，并確定干擾源的方位和位置。據稱，上一代的“天空-M”移動雷達系統(tǒng)已能夠在100多萬km2的區(qū)域內實施對空氣動力目標的24h跟蹤，用于探測隱形飛機、無人機和彈道導彈。“天空-UM”雷達旨在對各類飛機進行探測、跟蹤并測量坐標，包括使用隱形技術制造的小型、高超音速、隱形飛機和無人機，它將顯著提高俄羅斯航空航天部隊探測各種空中目標的能力。有分析認為，這是俄羅斯沿邊界建設的全覆蓋雷達場計劃的一部分。

俄羅斯為軍隊分別配備了米、分米和厘米級雷達系統(tǒng)，任務各不相同，將共同創(chuàng)建一個難以穿透的防御環(huán)帶。“天空”系列雷達是移動的，對于中高空目標發(fā)現(xiàn)能力比較強，“集裝箱”和“沃羅涅日”雷達則是固定的，因而，俄羅斯整個防空系統(tǒng)不僅可以探測和攔截傳統(tǒng)的威脅性目標，對于現(xiàn)今一些新興目標同樣可以實施探測、攔截。

2.3 小型軍用雷達兼有無人機探測功能

2016年7月，“無線電電子技術”康采恩（KRET）為海軍版Ka-52K“Katran”直升機開發(fā)了帶有有源相控陣的小型雷達站。海軍版“Katran”直升機原本為將從法國采購的“西北風”級（Mistral）兩棲攻擊艦而設計，現(xiàn)計劃部署于“庫茲涅佐夫海軍上將”號航母飛行組［6］，其主要特點之一是可以使用反艦巡航導彈，因此對雷達的要求較高。

新型小型雷達站的開發(fā)和使用遵循了高效原則，即可移動部件簡潔、掃描空間和獲取信息速度高。盡管使用成本較高，但有源相控陣雷達作為Ka-52K機載裝備的一部分，顯著擴展了直升機的作戰(zhàn)潛力，雷達可在毫米和厘米波段工作，能在長達180km 的距離內搜索大型海洋目標。此外，該雷達可以探測到對直升機飛行安全構成威脅的地面障礙物，還能夠發(fā)現(xiàn)巡航導彈和無人機等低空空中目標。

3 俄羅斯專門針對無人機的探測雷達

無人機在軍事上的應用日趨廣泛，可以完成監(jiān)視、偵察、攜帶炸藥等任務，還可以組成無人機群，其構成的威脅不容小覷。目前，對無人機的搜索探測需求日益增多。傳統(tǒng)的防空雷達雖兼具無人機探測功能，但運行成本過高，難以持續(xù)提供專門可靠的無人機檢測，因此，俄羅斯軍工單位開始開發(fā)專門用于探測無人機的雷達系統(tǒng)，且對無人機的探測分類更加細化。

3.1 小型無人機探測雷達

2018年5月，俄先期研究基金會向外界宣布，該基金會已著手開發(fā)研制用于探測小型目標的緊湊型雷達——無線電光子雷達，能夠發(fā)現(xiàn)采用反雷達涂層的小型無人機［7］。無線電光子系統(tǒng)在所有關鍵戰(zhàn)術和技術特性上都優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，具備對強電磁脈沖的對抗性能，且有效運行效率明顯提高。

2019年10月，俄羅斯國家技術集團旗下的俄羅斯電子控股公司研發(fā)出一款用于探測小型無人機的多通道Ka 波段雷達［8］。該雷達尺寸較小，為325mm×240mm×230mm，但探測距離達7.5km，可探測跟蹤RCS為30cm2的小尺寸低對比度目標，其速度可快可慢，可在低空和超低空飛行，雷達鎖定目標后，會將其相關數據傳輸到控制中心。據稱，該設備在其國內已實現(xiàn)了全國產化，且在俄羅斯國內一枝獨秀，尚無與之相類似的產品。

3.2 無人機蜂群探測雷達

據2020年8月的報道，俄羅斯遠程雷達通信科學研究所正在開發(fā)一種能夠檢測無人機蜂群的新雷達系統(tǒng)。盡管現(xiàn)役雷達也能夠探測到無人機蜂群，但僅能將其視為一個“群”，而新系統(tǒng)將能夠“識別”無人機的數量［9］。

目前的無人機尺寸可低至幾厘米，因此，探測到這種微型無人機的難度很大，特別是與其他更大的無人機成群飛行時更加難以識別。新系統(tǒng)的功能將使檢測蜂群中的微型無人機成為可能，進而防止它們進入防御設施。專家認為，在大量使用無人駕駛飛行器的現(xiàn)今，創(chuàng)建這樣一個控制系統(tǒng)，將可以保護重要基礎設施免遭工業(yè)間諜活動或其他非法行為入侵領空。

3.3 隱形無人機探測雷達

2021年2月，圣彼得堡國立電子技術大學緊急情況預測及監(jiān)控研究所（簡稱“‘預測’研究所”）與無線電工程和電信學院共同開發(fā)了一種雙基地雷達，用于探測隱形無人機。與單基地雷達相比，雙基地雷達的優(yōu)勢在于能夠以最少的處理時間準確確定運動目標的方向、目標空間坐標的精確度較高、對有源和無源干擾的抗干擾能力，同時，由于使用了在空間和頻率上分散設置的系統(tǒng)收發(fā)設備而具備了更高的可靠性［10］。

2021年5月，圖拉儀器制造設計局（隸屬于俄羅斯國家技術集團的“高精度綜合體”科研生產聯(lián)合公司）與俄羅斯“時代”軍事創(chuàng)新科技園的工作人員對圖拉儀器設計局開發(fā)的雷達系統(tǒng)進行現(xiàn)代化升級，以提高其探測反艦導彈、無人機、地面和水下機器人等隱形目標的能力。該項目中，測量程序和測量方法的研發(fā)工作及雷達系統(tǒng)的設計文件均已完成，實時目標的環(huán)境模擬器也已制造完畢，工作人員調試了背景目標環(huán)境模擬器，并繼續(xù)建立將用于整個系統(tǒng)試驗工作的雷達信號處理算法。據悉，該項目的下一階段工作計劃于2021—2022年完成［11］。

2021年10月，微型雷達“波浪”在俄羅斯問世，可對小型無人機實施全天候、全天時的搜索、探測和跟蹤，亦可應用于作戰(zhàn)指揮裝置，在探測到無人機后，隨即向反無人機作戰(zhàn)武器裝備發(fā)出目標指示。直升機型無人機的有效反射面通常很小，其懸停在目標上空時往往會實現(xiàn)“隱身”，難以被利用多普勒效應探測目標的傳統(tǒng)雷達發(fā)現(xiàn)。“波浪”雷達則采用了三坐標多波束有源天線系統(tǒng)，可對包括靜止無人機在內的任意無人機實施瞬間鎖定。“波浪”雷達的目標探測距離為5km，能夠在1km 內發(fā)現(xiàn)無線電信號輻射范圍小于10cm 的微型無人機，較之傳統(tǒng)雷達，其技術性能明顯提升［12］。

4 俄羅斯民用無人機探測技術

近年來，民用無人駕駛航空器蓬勃發(fā)展，無人機快速進入人們的生活，用于地形測繪、氣象監(jiān)控、物流運輸、農林植保、搜索救援及航拍報道等。然而，作為空中物體，即使是價格最低廉的無人機，均潛藏著對社會秩序和安全造成負面影響的風險，如在機場附近或人群上空飛行的無人機。例如，2017年，我國成都雙流機場的“黑飛”事件接連造成大面積航班延誤；2018年12月，英國第二大的倫敦蓋特威克機場因為無人機闖入，跑道關閉超過24h，諸如此類的事件每年都在發(fā)生。

為了抵御由無人機帶來的安全威脅，對其發(fā)現(xiàn)、識別并予以反制的需求也不斷上升［13］。在空域控制方面，以及在國家戰(zhàn)略、工業(yè)、燃料和能源及其他重要設施中，都需要隨時警惕無人機的侵擾，同時，對河流、海港、沿海水域進行監(jiān)測時也要防備無人機乘虛而入。對無人機最有效的監(jiān)測手段是結合光學和聲學手段的雷達監(jiān)視系統(tǒng)，俄羅斯為此推出的各類民用無人機探測設備同樣可圈可點。

4.1 小型無人機探測雷達

Karneev 公司研制生產的脈沖有源相干雷達——“Spider”無人機探測雷達探測距離為1500m。“Spider”雷達可按照用戶要求配備電視攝像機和/或紅外熱像儀，能夠自動檢測和識別RCS超過0.01m2的飛行目標，并在3s 內發(fā)現(xiàn)目標軌跡，可對通信、輸油管道、電力線、鐵路提供防護。

4.2 反無人機綜合系統(tǒng)

以合理利用無人機為宗旨的Stopdron 公司，其主要產品是反無人機裝置，即通過檢波器近距離發(fā)現(xiàn)無人機，并由信號干擾儀中止無人機工作。該公司近年還單獨研發(fā)了Ku 波段無人機探測雷達“Stopdrongorizont”（意為“無人機中止—地平線”），可發(fā)現(xiàn)10km內的小型空中目標，并可根據反射信號識別無人機，同時將其他的諸如飛鳥、氣球和航空器等目標默認為安全目標。Stopdron 公司另一款針對無人機研發(fā)的探測設備是“Stopdron-peleng”（意為“無人機中止—方位”），該設備采用射頻方式探測無人機，用三角測量的方法鎖定無人機方位并進行實時跟蹤，可補足雷達或光學攝像機、熱像儀的探測盲區(qū)。

4.3 出口版民用無人機探測雷達

俄羅斯電子計算信息系統(tǒng)研究生產中心（Elvis）研制的無人機探測系統(tǒng)出口版本“浣熊”系統(tǒng)，采用了多波束接收系統(tǒng)，RCS 為0.01m2，能夠在1.8km 半徑內探測無限數量的無人機，將地面目標鎖定在8.3km的距離內。“浣熊”旨在保護燃料和能源系統(tǒng)的機場和企業(yè)，以及位于平坦、易見區(qū)域的具有戰(zhàn)略意義的工廠和發(fā)電站。設計者承認，“浣熊”無人機探測系統(tǒng)在作用距離和有效性方面遜色于在俄羅斯軍隊服役的同產品軍用型號，不過其較高的性價比是一大優(yōu)勢［14］。目前，這一無人機探測系統(tǒng)已出口韓國，在國際市場上的需求量較大。

5 結語

軍用無人機作為現(xiàn)代空中軍事力量中的一員，以其隱蔽性強、使用方便、造價低廉、性能機動靈活和無人員傷亡等特點在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的地位和作用日漸突出。俄羅斯基于自身雄厚的雷達技術實力，針對無人機軍事威脅而開發(fā)的無人機探測雷達正在向小型化和功能細化（無人機蜂群探測雷達及隱形無人機探測雷達）方向發(fā)展，是對俄羅斯國家防御網有力的補充，且軍工企業(yè)與科研院所、高等院校均參與研發(fā)，這一領域仍未來可期。

而在民用領域，在無人機襲擊沙特阿拉伯的石油設施之前，人們更多地認為對抗無人機是一項純粹的軍事任務。事實上，民用無人機的應用日趨廣泛，無人機的防御范疇在逐漸擴大。世界各國在發(fā)展民用無人機技術的同時，也相應地加強了對無人機探測技術的重視。俄羅斯諸多企業(yè)以雷達技術和人工智能技術為基礎，推出各類民用無人機探測系統(tǒng)，滿足不同用戶的需求，并以較高的產品性價比在國際市場上占據了一席之地。可以說，在軍用和民用領域，俄羅斯的無人機探測雷達技術都取得了長足的發(fā)展，從另一個角度講，也為國際環(huán)境和各國空域的相對安全作出了相應的貢獻。