في أنظمة مكافحة أنظمة الطيران غير المأهولة (C-UAS)، كانت قدرة التعرف على الهدف دائمًا من بين العوائق التقنية الرئيسية. على الرغم من أن النظم من الناحية النظرية должна تتمكن من تمييز أنواع الأهداف المختلفة، في التطبيقات العملية، غالبًا ما يكون أداء التعرف محدودًا بسبب ظروف التتبع المستقرة. حاليًا، يمكن لمعظم النظم تحقيق فقط مستوى التعرف “تصنيف المستوى الثاني (Tier-2 Classification)” لأهداف مثل الطيور والطائرات غير المأهولة. لتحويل هذا القيود، أصبحت تقنية الرادار دوبلر الدقيق تركيزًا رئيسيًا في أبحاث الرادار المضاد للطائرات غير المأهولة حاليًا.

مبدأ العمل ومزايا الرادار دوبلر الدقيق

تتعهددات دوبلر الدقيق لا تُعكس فقط الحالة الحركية للهدف، بل تحتوي على معلومات عن تفاصيل هيكله. من حيث اختيار نطاق الرادار، تكون نطاق المنطقة البصرية أفضل عمومًا من نطاق الرنين—كما قد يقوي نطاق الرنين التشتت الرئيسي بسبب تأثيرات الرنين، وبالتالي يمنع إشارات دوبلر الدقيق. أطوال الموجات الأقصر تساعد على إنتاج تحولات دوبلر أكثر وضوحًا، بينما تُساعد دقة دوبلر الأعلى في تعزيز تعهددات دوبلر الدقيق، مما يتيح تمييزًا أكثر دقة بين الهيكل الرئيسي ومكونات الحركة الدقيقة.

في التطبيقات العملية، تستخدم رادارات دوبلر الدقيق غالبًا نطاق X وتقنية التعديل المت연속 للتردد (FCWM)—بمنشفة قوة ذروة منخفضة (حتى 1 وات) ودقة ترددية عالية، مع كفاءة اقتصادية. بدمجها مع خوارزميات مثل تحويل فورييه قصير الوقت (STFT) لتوليد مخططات الزمن-تردد أو مخططات السپيستروم، وتطبيق مصنفين تعلم عميق مثل شبكات الاعتصام التجميعي (CNN) أو شبكات الذاكرة الطويلة-قصيرة الأمد (LSTM)، يمكن للنظام:

• أن لا يُنصِف فقط بين الطيور والطائرات غير المأهولة،
• ويعرف أيضًا أنواعًا محددة من الطائرات غير المأهولة (مثل النوعية بالطائرات الهليكوبترية، والأجنحة الثابتة، والمتعددة الأرواح).

إضافة إلى ذلك، يوفر نهج دوبلر الدقيق إمكانية للتكيف والتطوير للنظام. ومع ذلك، ما زالت التكنولوجيا تواجه بعض التحديات:

1. لاستخراج صور دوبلر الدقيق عالية الجودة، عادةً ما يلزم إجراء الكشف في khoảng أدنى نسبيًا (عمومًا ضمن بضع كيلومترات) ويحتاج إلى نسبة إشارة إلى ضوضاء (SNR) عالية. هذا يعني أن الرادار يجب أن يكون处于 (في) حالة التتبع المتفرطة (tracking stare) بزمان سكن كافٍ طويل وعدداً من العد الكلاسيكي غير الموازن—خلاف ذلك، ستنخفض جودة الصورة و أداء التعرف بشكل كبير.
2. على الرغم من فعالية المصنفين القائمة على التعلم العميق، فإن عملية استخراج الميزات تفتقر إلى التفسير، ويعتمد أدائها بشكل كبير على جودة عينات التدريب—ما يمثل بعض المخاطر النوعية.

4.3 الاحتراف بالوضع وتحسين الأدائي للنظام

في C-UAS، كفاءة الاحتراف بالوضع للرادار هي المفتاح لتحديدفعاليته العملية. بسبب قيود التكلفة، تستخدم معظم رادارات المضادة للطائرات غير المأهولة هوائيًا مستطيل أحادي—عادةً ما تكون قادرة على مراقبة منطقة محددة فقط. تحقيق تغطية كاملة 360° يمثل تحدياً في 균衡 الموارد بين الكشف، التتبع، والتعرف.

التناقضات الرئيسية وعوائق النظام

لتحسين احتمالية الكشف، يتطلب النظام زمنًا أطول من كسب الرادار; من أجل التتبع بكفاءة، يلزم معدل استعادة أعلى. هاتين المتطلباتين تتنافسان مع بعضهما البعض:

• المسح السريع → يقصر زمن السكن → يقلل من احتمالية الكشف،
• والعكس صحيح.

إضافة إلى ذلك، يتأثر أداء التعرف—إذا اعتمدّ تمييز الهدف على ميزات مثل دوبلر الدقيق، يقصر زمن السكن دقة التردد → يتأثر دقة التعرف. بالتالي، تكاد “رادارات التتبع” و"رادارات دوبلر الدقيق" التقليدية أن تواجه صعوبة في تحقيق توازن مثالي في التوزيع العملي.

الحلول: المعالجة المتوازنة والاستيعاب متعددة الأبعاد

لتعاليم هذه التناقضات، المفتاح يكمن في تحسين سير العملية لمعالجة إشارات الرادار—انتقالًا من المعالجة التسلسلية والاتجاهية الواحدة (التقليدية) إلى هندسة متوازنة وذات الاتجاهين. تشمل الإجراءات المحددة:

1. انفصال وحدات التتبع والتعرف: يمكن لوحدة التعرف معالجة الصدادات بشكل مستقل داخل الحزمة الحالية—بدون الاعتماد على معلومات التتبع;
2. الكشف والتعرف الموحد (IDR) والتتبع بعد التعرف (TAR): يمكن رفع نتائج التعرف إلى وحدات الكشف/التتبع—لتعزيز احتمالية الكشف وكفاءة التتبع;
3. المسح والتعرف والتتبع بنفس الوقت: تحقيق المراقبة المجانية المباشرة وعرض متعدد الأهداف الديناميكي.

تقوم هذه الهيكلية الجديدة بتحديث رادارات الاستيعاب الثلاثية الأبعاد (المسافة، السرعة، الموقع) إلى أنظمة أربعة أبعاد (بإضافة التعرف على السمات)—مما يعزّز الاحتراف بالوضع بشكل كبير، وتجسد فعلاً تأثير المراقبة “ما تراه هو ما تحصل عليه”.

التطبيقات العملية وتحسين الأداء

ابتداءً، ركزت رادارات المضادة للطائرات غير المأهولة أكثر على تفادي الأخطاء في الاكتشاف—ولكن من خلال خفض العتبات للكشف ودمجها بتقنية التعرف التلقائي على الأهداف (ATR)، يمكن توسيع نطاق الكشف بشكل كبير مع التحكم في الألذان الخاطئة. تشير التجارب إلى أن الرادارات المدمجة مع ATR يمكنها:

• الكشف الفعال على الطائرات غير المأهولة الصغيرة ذات RCS 0.01~0.1 م²،
• توسيع نطاق الكشف إلى 12 كيلومترًا أو أكثر،
• وتحديد السفن، وأنواع الطيور، وأنواع الطائرات غير المأهولة بشكل دقيق.

دمج تقنية ATR مع معلومات التتبع يعزّز الاحتراف بالوضع العام للنظام بشكل كبير. على سبيل المثال، في مسارح المراقبة البحرية، يمكن للنظام:

• تمييز واضحًا بين السفن والطيور البحرية التي تعتدي على السمك،
• تحديث مسارات الأهداف وسماتها بثبات زمني سريع (تأخير استجابة لا يزيد عن 10 مللي ثانية)،
• مما يعرض أداءً ممتازًا بالوقت الحقيقي.

5. الخلاصة

بمقارنة مع رادارات الدفاع الجوي التقليدية، تعتمد رادارات المضادة للطائرات غير المأهولة بشكل أكبر على تقنية التعرف التلقائي على الأهداف (ATR). يمكن للمشغلين التقليديين تحديد الأهداف الكبيرة والمركبة بالسرعة بناءً على معلومات المسار وRCS—لكن أهداف الطائرات غير المأهولة (LSS: منخفضة السرعة، والصغيرة) صعبة الكشف والتصنيف وسط الضوضاء—مما يتطلب طرق ATR متقدمة.

يجب أن تركز أبحاث المستقبل على:

• خلط الميزات متعددة الأسلوب،
• تركيب مواقع الرادارية متعددة،
• تكامل المستشعرات متعددة— ل بناء حلول C-UAS أكثر شاملةً. تشمل الاستنتاجات الرئيسية لهذا المقال ما يلي:

1. تقنية ATR حاسمة للرادار المضاد للطائرات غير المأهولة—خصوصًا للطائرات غير المأهولة من فئات المجموعة 1 و 2;
2. تتطلب التصميمات المعروضة الحالية (مثل تمييز المسار وحلول دوبلر الدقيق) من الرادار أن يكون处于 (في) حالة التتبع المتفرطة—التي قد تسبب تأخيرات في استجابة النظام وتقييد تحسين الأداء الكلّي;
3. من خلال تكامل وظيفة ATR، يمكن توسيع نطاق الكشف بشكل كبير—وتعزيز قدرات التعرف والاحتراف بالوضع—وتحقيق قفزة من الاستيعاب الثلاثي الأبعاد إلى الأربعة الأبعاد—وتقديم تقنية المضاد للطائرات غير المأهولة في المجالات العسكرية، المدنية، والتجارية.

إفصاح: ملكية هذا المقال تعود للمؤلف الأصلي. إنه مصمم فقط للمشاركة الأكاديمية ولا يمثل موقف أي مؤسسة. بالنسبة للاعتراضات أو الاختراق، يرجى الاتصال بالمحرر لإزالة.

القراءة المرتبطة

القراءة المرتبطة:

• وثيقة استراتيجية وزارة الدفاع الأمريكية لمكافحة أنظمة الطيران غير المأهولة الصغيرة — وثيقة سياسة البحث والتطوير والتجربة المخطوطة رسميًا من قبل وزارة الدفاع الأمريكية لـ C-sUAS
• لجنة تقنيات أنظمة الرادار IEEE — موارد تقنية موثوقة ووثائق معيارية تحت إدارة جمعية IEEE
• تقرير أبحاث شمال أطلسي لمكافحة أنظمة الطيران غير المأهولة (2023) — تحليل رسمي من قبل شمال أطلسي للتكنولوجيا المضادة للطائرات غير المأهولة ونظومة الدفاع التعاونية
• Google Scholar - أبحاث أكاديمية لمكافحة أنظمة الطيران غير المأهولة — تجميع الأوراق الأكاديمية ذات الأثر العالي وتحقيقات من المؤسسات الموثوقة