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雷达工程师告诉你:频繁惹事的气球(飞艇),为啥探测这么难?

 

我是一名雷达工程师,现在从专业的角度分成3个专题系统的梳理下大家关心的流浪气球。3个专题分别是,流浪气球的工作原理,探测手段和应用价值。第1专题(工作原理专题)里介绍气球里有什么,怎么工作的,为啥失控飘走了;第2专题(探测手段专题)里介绍气球为啥难探测,介绍雷达、红外和可见光探测的可能性;第3专题(应用价值专题)里介绍高空气球的民用价值和军事价值。这里是第2专题。

对高空目标探测主要有:雷达、电子侦察、光学、红外等手段,下面就详细分析这几种探测手段对高空气球的探测能力。

目标散射(RCS)较小,雷达探测困难

雷达探测目标的原理是:雷达发射的电磁波辐射到目标上,目标反射雷达的电磁波,也叫回波,通过对回波的分析,来确定目标的距离、方位、大小、材质等。

流浪气球(飞艇)主要由橡胶、聚酯编织材料构成,气球上的金属材料不多,对电磁波的反射较弱,目标散射(RCS)较小。据报道,气球的RCS和F22差不多,为0.0001㎡(1平方厘米,相当于一个昆虫,PS:人的RCS为1平方米)。根据雷达方程,美国性能最强的地基预警雷达,铺路爪雷达,对气球的探测距离为312公里,所以说雷达探测困难。

美国铺路爪雷达参数

常见战斗机的RCS

不对外辐射电磁信号,电子侦察困难

电子侦察的工作原理是:辐射源(目标)对外辐射信号,比如手机基站,通过追踪辐射的信号,可以确定辐射源的位置。我们常在大片里看到的通过手机信号确定犯罪分子,就是通过电子侦察手段实施的。

气球获得的数据大部分时间都是存储在气球上的存储器中,需要的时候才通过通信传回地面站,属于猝发通信模式。所以依靠电子侦察进行探测也很困难。

电子侦察技术

红外能量较弱,红外探测困难

红外探测的原理是:通过探测物体的红外辐射信号(可以简单理解为物体的温度)进行探测和定位。物体和背景的温差越大,探测越容易,比如火箭发射、火灾、地震等。

高空中环境温度低,根据气温与海拔高度的关系,每升降1千米,温度下降6度,假设地面温度为20℃,那么流浪气球被击落的1.8万米,周围环境温度为-88℃,还有保温隔热措施,红外特性弱。高空中的气球和环境温度差别不大,所以,红外探测也困难。

天宫发射时的红外跟踪图像

受气象影响较大,光学相机探测限制较多

光学相机也叫光电经纬仪,探测原理和我们用的相机类似,只是分辨率和探测距离要高很多。比如我们在火箭发射时,也能看到火箭飞行图像,用的就是光电经纬仪,也就是我们在载人飞船发射时常常听到的“光学雷达跟踪正常”。

光学相机受气象条件影响较大,有云、雾、雨、雪等情况,都无法观测;另外,光学相机的视场较小(能看的范围很窄),需要引导信息,不然全天扫描耗时太长,也没有必要。气球位于2万米的高空,光学相机探测限制较多,但是在引导信息下,空气晴朗的情况下还是可以探测的。

天宫发射时的光学相机(光电经纬仪)的跟踪图像

四种探测手段的对比

雷达探测系统探测的范围大,精度高,需要目标有很强的RCS数值;电子侦察需要目标辐射电磁信号;红外需要目标与背景有较大的温差;光学相机看的范围较小,需要引导信息,并且受气象条件影响较大。

综合各种分析手段,查阅公开报道资料,本次流浪气球的探测方式是:通过雷达发现目标,然后利用光学相机确认目标。

美方公布的打击图像

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