美国Echodyne公司是一家为政府和商业市场提供小型电子扫描阵列(ESA)雷达的制造商，该公司推出了全球首款紧凑型、可软件定义的、真正的固态电子扫描阵列雷达传感器。该公司发布了一篇关于雷达的专题文章，由七个章节构成。现笔者对其进行翻译整理，以供学习和交流。

（四）平衡创新与成本对称，应对无人机等新威胁

自雷达问世以来，国防部门和国家安全领导人就一直拥有两种选择：高性能、高成本的电子扫描阵列（ESA）雷达或低性能、低成本的到达角（AoA）雷达。这两种选择之间的性能差距很大，而到达角雷达通常不适合国防和国家安全应用。鉴于存在的驱动因素，这些应用的唯一真正选择是电子扫描阵列雷达。由于电子扫描阵列雷达需要大量的资本投资、高昂的运行成本和漫长的开发时间，其进步是由国防需求而非市场力量驱动的。即使到了今天，经过几十年的发展和努力，电子扫描阵列雷达仍然是国防限制产品，其交付周期以年或十年计算。

由于各方在进攻和防御态势上的成本相似，这些冲突实现了风险与回报的平衡。随着非国家行为者利用廉价但致命的工具采用游击战术的兴起，这些传统的安全框架正在发生变化。当今的非国家行为体不再是传统对手众所周知的行为地点，而是可以在任何时间出现在任何地点；如今的威胁也不再是以相对笔直的轨迹进行高空飞行，而是低空、快速飞行，而且通常没有任何可探测的射频传输。

消费级电子扫描阵列雷达——低成本、可拦截、高性能

如果非国家行为者能发动成本不到0.02亿美元的无人机攻击，那么侦测这类威胁的答案就不可能是一个价值数百万美元的系统，里面还装满了为曾经的对手设计的价值超过100万美元的拦截器。如果对手使用的是低成本、一次性的有效攻击武器，那么防御系统就必须变得更加有效、可攻击，并在经济上具有竞争力。这种对称性的转变促使许多国防和国家安全系统运营商寻求消费级（COTS）产品，以重新获得威胁和威胁探测之间的平衡。

虽然有一些国防和国家安全应用受益于私营企业的开发，但在国防和国家安全应用中使用消费级产品的想法在很大程度上还是十分新颖的。例如，狩猎仍然是一种流行的娱乐方式，这种娱乐方式会自然而然的促进武器、瞄准镜、弹药和服装的开发。但在许多应用中，双重用途的机会受到市场需求和国防出口限制的限制，特别是《国际武器贸易条例》（ITAR）。尽管如此，消费级产品在国防领域的应用仍然是一个极具吸引力的选择。

对于探测、跟踪、分类、识别和锁定入侵者的传感器来说，这种挑战甚至更大。除国防和国家安全外，传统的电子扫描阵列雷达或对付无人机威胁必不可少的射频工具几乎没有双重用途。直到最近，随着具有电子扫描阵列性能的低成本消费级产品的开发，雷达技术才有了真正的突破。

让我们来看看如何评估使用新型消费级雷达来应对当代国防和国家安全威胁。

评估雷达对当代威胁的影响

随着空中物体数量的不断增加，无人机造成的潜在威胁也在不断扩大，甚至已经超出了国家安全机构负责监控的范围。如第一部分所述，传统的电子扫描阵列雷达系统并不是监测这些新威胁的实用选择——例如，将高单元数的电子扫描阵列带到国家或大规模集会上是不可行的。所选的无人机探测系统需要跟踪所有感兴趣的目标，同时还要了解蓝军的位置，或哪些是合法的商用飞机，或谁在国家广场附近飞行。要根据如此多的需求选择合适的传感器，仅这一问题就足以发表一篇长篇大论。在此，我们将重点评估无人机探测和响应系统中的雷达。

探测范围

雷达的探测范围往往是一个老生常谈且首当其冲的问题。虽然许多人可能会说探测距离是最重要的考虑因素，但现在必须努力实现与无人机威胁的对称，为探测距离创建一个性价比过滤器。考虑到无人机的尺寸和机动性威胁，特别是在识别和瞄准方面，雷达提供的精确数据水平则会产生另一个评估过滤器。最后是雷达的可替换性，即雷达的易损性/可替换性如何？

孔径越大，功率越大，探测范围就越远。但探测范围是相对于特定风险可能造成的威胁类型而言的。国防应用可能将所有类型的无人机都视为威胁，但只有一小部分需要具备探测和跟踪第3或更大型无人机的能力。因此，范围的概念需要以特定的无人机或无人机类型为基准。首先我们需要确定一种类型的无人机，例如DJI Phantom 4，并要求一定的探测范围，例如3公里，随即就可以开始勾勒评估标准。

还有一个概念是特定功能的探测范围和置信区间。有些雷达制造商所标注的探测范围往往远远超出实际能力，但这是后话。在评估中，特定功能在其探测范围内正确探测到无人机威胁的频度；这就是置信区间。如果雷达说明中提到了探测距离，就一定要询问置信区间。任何小于50%的探测范围都表示这一数据仅仅是“夸大其词”，而实际上雷达往往只能在这个范围中的一部分距离内成功探测到无人机。供应商应提供与风险状况相对应的无人机类型的测距曲线，并注明置信区间。

功能应用

现在我们重新说回功能。功能指的是雷达用于获取与无人机探测系统相关的数据并供系统操作员使用的资源。许多雷达都会提到一定距离的“探测范围”。但实际上，探测范围是雷达产生的最没有价值的数据元素。只有当信号处理和软件智能决定对目标进行跟踪时——将目标归类为无人机，将更多雷达资源用于入侵者，为回转到提示光学提供更快的位置更新，并在适用情况下提示使用动能反制系统——无人机探测系统才会从解决方案中的雷达中受益。对雷达的评估重点不应放在雷达探测上，而应放在雷达跟踪以及该数据对其他传感器和系统的价值上。

无人机的微小体积和机动性也对雷达性能提出了挑战，尤其是相对于传统对手、风险和威胁载体而言。对此，主要传感器层（雷达）需要高速传输高度精确的数据。精度和数据速度是性能评估的关键指标。如果没有高精确度，光学传感器就无法对入侵者进行“目标瞄准”。没有高数据传输速率，光学传感器就无法顺利跟踪入侵无人机的飞行路径。用雷达术语来说，精度就是雷达的角度精度。这就好比入侵无人机周围的包围圈越紧——包围圈越紧，光学跟踪就越准确，数据越快，光学性能就越流畅。

精确度

在评估消费级雷达解决方案时，需要考虑的最主要因素之一可能就是目标精确度。虽然在考虑电子扫描阵列雷达时一般不会讨论目标精确度，但这一数据实际上至关重要，因为没有准确性的数据只会让人焦虑不安，让人担心可能存在某种物体，但却没有足够的数据来确定该物体是否真的构成威胁。要保证目标的精确性，雷达系统首先必须能够对目标进行适当分类，抑制误报和漏报。

然后，雷达必须能够保持对目标的锁定，以便其他传感器和系统也能利用雷达数据对目标进行锁定。这样，系统就能触发高效的目标定位，并在必要时使用尽可能少的弹药击败入侵无人机。雷达数据是基本的基线数据，它使这一链条中的其他一切都能发挥作用。有了消费级雷达解决方案生成的这种高保真数据，无人机探测系统的性能将大大提高，而其成本却依然可以保持经济实惠。

灵活性/可塑性

同样重要的是还应评估较新的软件定义雷达系统可以对哪些功能进行调整，从而实现更高的精度。利用软件定义雷达系统，用户可以调整波形、波束计划和系统的其他配置，以适应操作员、部署位置和任务要求。例如，利用范围掩码，用户可以对雷达进行编程，使其只对在一定范围内探测到的物体传输数据，如只传输在小于3千米的空域范围内探测到的物体数据。即使雷达能够继续探测更远距离的物体，它也不会干扰用户界面，使操作员能够专注于相关数据。

资本/成本

同时考虑前期资本和生命周期成本也很重要。这涉及到维护和运营成本，包括是否需要停机维护系统，以及在关键任务情况下如何处理。与成本相关的消费级设备有一个独特的特点，那就是消费级设备往往具有易损性，这意味着如果雷达因任何原因而发生损坏，通常可以快速、轻松地更换，而无需投入大量资金或时间。

下面让我们来看看如何将此评估标准应用到需要雷达监控这些快速发展的新威胁的三个关键领域——国防部门、政府机构和关键基础设施。

国防部门应用雷达时的考虑因素

如今，无人机威胁发展迅速，因此需要在基地防御、便携式情报、监视和侦查系统以及远程武器站（RWS）等各种国防应用中采用反无人机技术。虽然测距仍是监测无人机威胁的驱动因素，但数据保真度对性能和结果的影响也是巨大的。因此，能对人员、车辆、船只和无人机等所有运动提供卓越态势感知的雷达，是国防应用中分层无人机探测系统的重要组成部分。这是因为指挥与控制（C2）软件需要从系统的各个方面接收高度准确的数据，以便为任务操作人员提供与决策和行动流程步骤相关的信息。此外，保持对快速、敏捷的入侵者的光学锁定对于所有过程都是必要的，这使得目标的准确性成为新的或补充雷达解决方案的关键考虑因素。

此外，随着价值不及百万美元的喷气式飞机和导弹的新威胁数量不断增加，防御组织评估威胁探测成本的方式也需要转变。对于探测较新的无人机威胁而言，国防组织习惯使用的价值数百万美元的大型欧空局并不适合。相反，为了在威胁技术和无人机探测系统之间建立资本对称，采用高性能、低成本、低SWaP、易受损的消费级雷达反而更为实用。

政府机构应用雷达时的考虑因素

对于管理公共安全的联邦和州机构来说，无人机也是一个日益严重的问题。虽然许多这些机构习惯于使用地面监控设备，但雷达可以为公共安全团队提供快速、高保真的空域态势感知数据，从而带来战术优势。这些应用需要的不是长距离雷达系统，而是即使在建筑物和其他结构造成混乱和混淆的环境中也能提供高精度的雷达系统。新型的短程雷达系统能在这些较为拥挤的环境中提供高精度数据。此外，如上一节所述，资本对称性对于这些组织如何评估成本也很重要。

关键基础设施应用雷达时的考虑因素

对于机场、港口、发电厂和输电厂、水和废水处理设施以及化工、油气和核设施等关键基础设施而言，随着无人机问题的日益严重，探测范围已成为一项较为宽松的要求，而精确度则至关重要。许多此类设施过去仅仅部署了地面防御系统，而空中威胁则历来不被视为威胁；然而，这种情况正在迅速改变。由于这些机构已经拥有有效的地面监控工具，因此在引入雷达等新工具时，与现有地面监控系统提供的信息整合至关重要。此外，为了使这些系统能够很好地协同工作，精密雷达必须成为各种功能的数据驱动程序，如准确及时的控制、监控转向、发出警报、降低误报率以及做出更好的决策。超低尺寸、重量、功率和成本的雷达是高风险场所关键基础设施保护解决方案的高价值补充手段。