Почему малые дроны трудно обнаруживать радаром

Малые дроны трудно обнаруживать радаром, потому что они одновременно оказываются на грани сразу нескольких фундаментальных проблем радиолокации. Они физически малы, часто изготовлены из слабо отражающих материалов, летят на малой высоте, двигаются нерегулярно и работают в среде, насыщенной помехами. Большой самолёт на фоне открытого неба радар может обнаруживать сравнительно легко, а компактный квадрокоптер рядом со зданиями, деревьями, транспортом или водой — это совершенно другая задача.

Это не значит, что радар — неподходящий инструмент. Он остаётся одним из важнейших сенсорных слоёв в обеспечении безопасности малых высот, потому что способен непрерывно вести поиск, измерять дальность и движение и работать днём и ночью. Смысл в том, что обнаружение малых дронов требует правильной радиолокационной архитектуры, правильного выбора места установки и правильного рабочего процесса после обнаружения.

Для закупщиков и интеграторов полезный вопрос звучит не просто «может ли радар обнаруживать дроны?». Правильнее спросить: «может ли эта система обнаруживать и сопровождать именно те малые дроны, которые важны для данного объекта, в секторах, где они вероятнее всего появятся, с достаточной уверенностью и временем предупреждения для оператора?»

Малый размер означает слабое и нестабильное эхо

Радар обнаруживает объекты, излучая радиоволны и анализируя возвращающуюся энергию. Малый дрон обычно отражает меньше энергии, чем более крупный летательный аппарат, потому что у него меньше физическая площадь, а в конструкции часто используются пластик, композиты, углепластик и другие лёгкие материалы. Результат — более слабое и менее стабильное эхо.

При этом эхо непостоянно. Дрон выглядит для радара по-разному, когда разворачивается, меняет тангаж, несёт нагрузку, складывает лучи или обращается к нему другим ракурсом. Один и тот же аппарат может быть заметнее с одного направления и слабее с другого. Малый мультиротор с открытыми моторами ведёт себя иначе, чем пенопластовый дрон самолётного типа или компактный гоночный квадрокоптер.

Вот почему одна универсальная «дальность обнаружения малого дрона» способна вводить в заблуждение. Дальность зависит от размера цели, эффективной площади рассеяния, ориентации, частотного диапазона, формы сигнала, конструкции антенны, обработки, помех и геометрии объекта.

На малой высоте цель сливается с помехами

Малые дроны часто летят близко к земле или рядом с сооружениями — то есть в самой сложной части радиолокационной картины. Вместо чистого неба за ними оказываются кромки крыш, заборы, деревья, краны, дороги, припаркованный транспорт, волны или рельеф.

Это важно, потому что радар видит не только цель, но и отражения, и движение окружающей среды. Здания дают мощные отражения, деревья качаются на ветру, водная поверхность постоянно меняется, транспорт и люди образуют легитимные движущиеся объекты, а птицы могут находиться в том же диапазоне высот.

Практическая сложность — в отделении дрона от фона. Радар должен сохранять дрон, подавляя фон достаточно, чтобы избежать постоянных ложных тревог. При слишком мягкой фильтрации операторы получают слишком много тревог; при слишком жёсткой медленные или слабые дроны могут просто исчезнуть.

Медленный полёт или зависание оказываются сложнее, чем кажутся

Многие полагают, что медленный объект обнаружить проще. В радиолокации медленное движение иногда, наоборот, труднее отделить от фоновых эффектов. Допплеровская обработка помогает выделять движущиеся цели, однако зависший дрон, траектория по касательной или медленное приближение с малой радиальной скоростью дают меньше признаков движения.

Микродоплеровские признаки винтов помогают в некоторых условиях, но это не гарантированное решение. Они зависят от конструкции радара, дальности, ракурса, качества сигнала и применяемых алгоритмов. Не стоит выбирать систему в расчёте на то, что сигнатуры винтов автоматически решат все задачи классификации.

Отчасти поэтому так важно качество трассы. Одна точка обнаружения менее полезна, чем стабильная трасса, которая показывает, куда движется объект, с какой скоростью и не входит ли он в охраняемую зону.

Объект может значить не меньше, чем сам радар

Даже сильный радар может показывать слабый результат, если он установлен в неправильном месте. Высота монтажа, перекрытые сектора, близкие металлоконструкции, линии крыш, деревья и рельеф — всё это формирует реальную низковысотную зону покрытия.

Например, радар, установленный слишком низко, может терять прямую видимость за зданиями. Радар, обращённый на оживлённую дорогу, нуждается в тщательной настройке секторов, чтобы избежать паразитных тревог. Прибрежный радар требует иной настройки, чем радар периметра центра обработки данных, потому что волны и лодки создают совершенно другой фон.

Поэтому реальное планирование должно включать обследование объекта, ожидания по покрытию для каждого сектора и реалистичные траектории испытаний. Чистая демонстрация в открытом поле полезна, но она не доказывает работоспособность во всех условиях эксплуатации.

Обнаружение — ещё не операционная ценность

О характеристиках радара часто говорят как о дальности обнаружения, но практическая ценность зависит от того, что происходит после обнаружения. Система должна решить, реальна ли слабая цель, значима ли она, находится ли она в чувствительной зоне и должна ли она вызвать наведение камеры или действие оператора.

Практический рабочий процесс обеспечения безопасности малых высот обычно включает:

• радиолокационное обнаружение и формирование трассы,
• логику тревог по зонам,
• оценку достоверности или фильтрацию событий,
• подтверждение средствами EO/IR или визуально,
• постановку события в очередь оператору,
• и журналы событий для последующего разбора.

Без такого рабочего процесса радар может показывать точки на экране, не давая команде безопасности ясной основы для решения.

Что спрашивать при закупке

Оценивая радар для обнаружения малых дронов, не ограничивайтесь одним числом максимальной дальности. Полезные вопросы включают:

• На каком размере цели и какой эффективной площади рассеяния основана дальность?
• Цель приближается, пересекает луч, зависает или удаляется?
• Какие высота и фон использовались при испытаниях?
• Как система работает с деревьями, птицами, транспортом, водой и зданиями?
• Может ли она удерживать трассу достаточно долго, чтобы навести камеру?
• Какого поведения по ложным тревогам ожидать на реальном объекте?
• Как радар интегрируется с командной платформой и рабочим процессом оператора?

Самые честные ответы обычно сформулированы с оговорками, потому что обнаружение малых дронов само по себе условно. Хороший поставщик должен уметь чётко объяснять эти условия.

Заключение

Малые дроны — сложные радиолокационные цели, потому что в них сочетаются слабая сигнатура, малая высота, нерегулярное движение, помехи и короткое время предупреждения. Радар способен решать эту задачу, но только если он спроектирован, размещён, настроен и интегрирован с учётом реальной среды эксплуатации.

В серьёзном проекте противодействия БПЛА успех — это не одноразовое обнаружение дрона. Успех — это удержание полезной трассы, снижение числа ложных тревог, подтверждение события и достаточное время для оператора, чтобы принять правильное решение.

Дополнительное чтение

• Российская газета: Российские специалисты смогли создать радар, способный видеть сверхмалые дроны — о том, почему цели с очень малой ЭПР трудно обнаружить и как решают эту задачу.
• РТ на русском: Мониторинг воздушной обстановки: как станция «Небо-СВ» помогает решать задачи в ходе спецоперации — расчёты РЛС признают: отметка дрона на индикаторе настолько мала, что её трудно заметить и сопровождать, а некоторые малогабаритные БПЛА станция метрового диапазона просто не видит.