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穿墙雷达在城市反恐作战中的综合应用
特种装备网 发布时间:2021-11-17
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摘要:城市反恐作战是所有反恐怖任务中难度最大的一类,相比于常规作战任务,城市反恐作战要求行动具有极高的精准性,需要非常精确的情报信息支持。该文在分析城市反恐作战现场侦察难点及各类型穿墙雷达性能特点的基础上,提出多维穿墙雷达综合应用、多类型侦察手段融合等穿墙雷达综合应用方案,对增加我方战场透明度,谋求决策优势和行动优势,具有一定的实际意义和应用价值。

关键词:城市反恐;情报侦察;穿墙雷达;态势感知

0 引言

城市人口密度和社会关注度远远高于农村,以城市为袭击目标,可以将恐怖袭击的影响最大化[1]。城市恐怖活动正是以城市人口、标志性建筑、大型社会基础设施等作为袭击目标,以达到最大程度的人员伤亡和财产损失的目的。加之现在城市化快速发展已成为大多数国家的显著特征,未来一旦发生战争或武装冲突,城市将不可避免的成为战场之一[2]

城市反恐怖行动中有关重点目标建筑实时准确的详细情报(包括周边交通路线图,建筑物结构图,恐怖分子的数量、武器装备情况、准确位置,人质相关情况等),均是帮助指挥员及时正确地定下作战决心和组织指挥作战行动的重要信息,是事关行动成败的关键环节。

现有的现场侦察手段大体上可分为技术手段和人工手段[3]。技术手段的核心问题是,如何将情报侦察设备放人目标位置,如软管窥镜、门缝窥镜、窃听设备等。人工手段主要包括询问当地居民、建筑工人、楼内住户和工作人员获得现场相关信息。此外,狙击观察组可对目标区域实施有效侦察与监视,条件允许的情况下侦察人员可乔装进人现场侦察。显然人工手段也面临着获取信息片面、局限,甚至危及人身安全等问题。

针对上述问题,具备复杂封闭建筑物中隐蔽目标隔墙透视侦察功能的穿墙雷达提供了一套较好的解决方案[4-5]。单一的侦察手段有优势也有短板,多类型侦察手段融合应用,相互印证将是未来城市反恐作战情报侦察领域的重点发展方向。

1 城市反恐作战现场侦察的难点

毫无疑问,城市是个环境复杂的作战场所。城市反恐作战现场侦察主要面临城市区域类型繁多、建筑密集林立,高层建筑内部结构复杂增加突击难度,战场涉及人员混杂、现场瞬息万变等难点[6]

(1)城市区域类型繁多、建筑密集林立

城市作战必须考虑城市区域类型和建筑结构特点,如工业区(各类型工厂、小型企业等)厂房车间高度较低间隔距离较大,人员分布分散,但发生火灾、爆炸等次生灾害的风险较高;商业区(商店、餐厅、剧院、宾馆、个体单位等)和生活区(居住区域)高层建筑较多、人员密集、周边交通拥堵;地下公共设施区域(地铁线路地下商场等)人员分布相对集中且疏散难度较大。此外,城市战场环境中恐怖分子可藏匿场所较多,建筑物鳞次栉比相互遮挡情况严重,影响观察视野,不利于进行现场情报侦察。

(2)高层建筑内部结构复杂增加突击难度

高层建筑内部结构复杂,实施突入难度系数高。一是高层建筑为恐怖分子提供了一系列战术优势,一旦恐怖分子取得先机,则给突击行动造成困难,如恐怖分子控制楼顶、消防梯和升降梯等。二是高层建筑面积较大,需多个突击组协同行动,对特战小队间协同作战能力、通信保障能力和战场态势快速感知能力要求较高。

(3)战场涉及人员混杂、现场瞬息万变

所有恐怖组织进行恐怖活动的直接目的是恐吓、危害民众,破坏社会基础设施,制造混乱,让政府难堪并吸引媒体的注意力。因此恐怖活动常发生于人员密集场所,战场涉及人员通常分为我方作战人员、恐怖分子以及普通民众三类。作战过程中三类人员的数量、状态和位置动态变化,交错混乱,洞悉作战全局难度较大。

2 穿墙雷达的类型及性能特点

基于超宽带微波探测技术的穿墙雷达具有穿透性强、目标定位精准、姿态识别、多维立体探测、结构反演、态势感知分屏显示、便携等特点。按技术标准划分,穿墙雷达可分为一维测距、二维定位、三维成像、远距离穿墙探测等类型。

总的来说,穿墙雷达从成像方式上经历了从简单的一维到较为复杂的二维和三维成像,从贴墙使用到远距离大范围探测几个发展阶段[7]。目前的成像理论已经较为成熟,但成像高分辨率、信息处理的实时性以及雷达系统的可靠性等方面则还有待提高;从设备载体和收发天线配置上,穿墙雷达可以借助单兵负荷、车载、机载以及多平台融合等形式实现合成孔径[8]或者多发多收成像的目的,提高穿墙雷达回波信息采集的灵活性和高效性。穿墙雷达的现状与分类如图1所示。

穿墙雷达在城市反恐作战中的综合应用

图1 穿墙雷达的现状与分类图

2.1 —维测距穿墙雷达

一维测距穿墙雷达主要利用电磁波所携带的人体心跳、呼吸伴随的胸部扩展与收缩、肢体摆动等弱运动多普勒回波效应,结合弱信号检测等雷达信号处理算法,对藏匿于障碍物后方的人员进行大范围快速探测搜索与定位。该类产品因为功能相对简单具有穿透性强、实时性高、体积小、重量轻等优点。一维测距型穿墙雷达只测量目标距离信息,功能上侧重于对目标有无的判断,可用于对目标建筑初步侦察。代表产品有美国时域公司的RadarVi-sion1000,以色列Camero公司的Xaver 100, 长沙华诺星空公司的CEM100等。CEM100型号穿墙雷达测距结果如图2所示,其中,图2(a)为目标成像结果图,图2(b)为终端显示结果图,此处两图不具备对应关系。

穿墙雷达在城市反恐作战中的综合应用

图2 CEM100型穿墙雷达测距结果

2.2 二维定位穿墙雷达

顾名思义,二维定位穿墙雷达是在一维测距型的基础上增加了目标方位信息的获取,可精确定位目标的位置。实际应用中对隐蔽目标成像定位的期望是确定目标在建筑物内部的相对位置,而不是目标与雷达的相对位置。因此,最新的二维定位型穿墙雷达增加了建筑物内部结构重构功能[9],辅助内部隐蔽目标成像,增加建筑物内部细节信息,更有利于做出科学合理的作战决策。代表产品有美国时域公司的RadarVision 2000和SoldierVision 2000A1系统,以色列Camero公司的Xaver400,长沙华诺星空公司的CEM200和CE200等。CE200型穿墙雷达目标沿中轴线运动成像结果如图3所示。

图3 CE200型穿墙雷达目标沿中轴线运动成像结果

2.3 三维成像穿墙雷达

近年来,具备三维成像能力的穿墙雷达产品也陆续面世。三维成像穿墙雷达可快速探测建筑墙体后方的目标活动情况,并可从多个维度定位和观察,具备目标三维成像、定位、人体姿态识别[10]、建筑结构反演等功能,实现对战场环境的快速感知,能够有效降低作战人员的伤亡风险,提高突击行动的成功率。代表产品有以色列Camero公司的Xaver 800,英国Cambridge Consultants公司的Prism 200系统,长沙华诺星空公司的CEM400等。CEM400型穿墙雷达目标成像结果如图4所示,其中图4(a)为单目标终端显示结果图,图4(b)为两个目标终端显示结果图,其中一个为下蹲姿势,一个为站立姿势。

图4 CEM400 型穿墙雷达目标成像结果

2.4 远距离探测穿墙雷达

目前穿墙雷达产品大多需要贴墙使用,只能用于对某个局部房间内部进行观测,无法实现对整栋建筑物的远距离、全方位探测。而远距离探测型穿墙雷达正是针对此需求,能够在距离建筑物一定距离的安全区域内,全方位对整栋建筑物进行探测,获取建筑物所在范围的全景布局信息。相应的远距离穿墙雷达在探测精度方面与贴墙使用型相比要差一些。

最具代表性的是美军方出于对城市巷战和打击恐怖势力的需求,正大力发展的城市环境下跟踪、探测和精确定位的雷达技术,名为VisiBuilding计划。VisiBuilding计划由美国国防高级研究计划局(De-fence Advanced Research Projects Agency, DARPA)的特别项目办公室(Special Projects ffice,SPO)于2005年提出,其目的是通过对城市环境的建筑物进行远距离全方位成像获取其内部人员、武器装备和结构布局信息,从而大大缩短行动时间,减少人员伤亡。国内已知的代表产品有长沙华诺星空公司的CEV200。

3 穿墙雷达的综合应用

目前常用的技术侦察手段主要包括软管窥镜、伸缩倍镜等光学侦察装备、热成像仪等红外侦察装备、微光/红外夜视器材、窃听设备等。各类侦察设备有优势也有不足,如软管窥镜、伸缩倍镜、窃听设备需要放人目标位置才能获取有效信息;热成像设备和夜视器材不具备穿透性,对隐藏在建筑物内部的目标无法实施侦察;穿墙雷达图像抽象不易判读,目标细节信息少,且对操作人员技术水平要求较高。因此,多种侦察手段配合使用相互印证不失为破解现场侦察难题的有效方法,也是情报侦察领域的重点研究方向。而穿墙雷达因其具备不受天气、光线等外界条件影响,可穿透建筑墙体探测隐蔽目标的功能,将是综合应用系统的核心设备。

3.1 多维度穿墙雷达综合应用

前文介绍了各类型穿墙雷达产品及功能特点,基于此提出多维度穿墙雷达综合应用方案,充分利用各型穿墙雷达的优势性能。一维穿墙雷达穿透性好但精度不足,可搭载于无人机平台对目标区域进行快速搜索侦察,或悬停在目标建筑上空持续侦察,主要目的是探测建筑物内有无生命体,获取战场全局信息,并且可利用测距功能对目标楼层进行初步判断。三维或二维穿墙雷达,定位精度高,获取目标信息全面,但存在质量大移动/部署不便、多目标检测实时性不好等问题,可用于对重要楼层、房间进行长时间重点侦察。最后,各观测点情报信息可通过无线传输设备送至现场情报处理中心进行分析、融合、判断,生成情况报告上报指挥员。方案构想如图5所示。

穿墙雷达在城市反恐作战中的综合应用

图5 多维度穿墙雷达综合应用构想图

3.2 多类型侦察手段融合

多类型侦察手段融合强调的是作战现场多种侦察手段配合使用优势互补,依托多层次、全方位、立体覆盖的通信保障系统,实现对战场情况的及时全面感知。已应用的产品,如智能融合周界系统,主要由智能毫米波探测雷达、远距离红外可见光视频、立体视觉补盲模块组成,该系统将雷达与视觉信息进行信号级融合,实现了雷达的主动探测性、高灵敏度与视觉智能分析的数据判断、可视性的统一,对移动目标人侵/逃离重点区域及时报警并进行视频跟踪。目前该系统已应用于监狱、营区、电网、油田、油库等要地安防任务,也可用于城市反恐作战中重要区域的外围封控,防止恐怖分子逃离目标区域。其他多类型侦察手段融合的应用设想还有隔墙听与穿墙雷达融合探测系统,实现声学探测与电磁探测的融合;雷达生命探测仪与仿生侦察设备/追踪犬配合的战场搜索系统[11]可应用于危险系数高或不便人员进人的场所;频谱探测器与穿墙雷达配合的重要区域侦察系统,频谱探测器可对目标区域的通信信号、图传信号、无人机控制信号进行监测,辅助现场侦察。诸如此类多类型侦察手段融合的综合应用方案有的已形成初步产品,多数仍处在论证或试验阶段。

此外,针对城市作战涉及人员混杂、现场瞬息万变,掌控战场全局困难的问题,可通过穿墙雷达+敌我识别器的方法解决。敌我识别装置可清晰标定出我方人员位置,明确我方战场兵力分布情况,配合单兵数字化作战系统中的视频装置为指挥员提供一线情报信息。战斗中配合目标心跳、呼吸等微多普勒信息可进一步判断人员伤亡情况,为战场态势快速感知提供可行方案。

4 结语

城市反恐作战行动的复杂性不仅要求作战队员必须训练有素、装备精良,突人行动协调一致,精准配合,而且对现场情报侦察的实时性和准确性提出了更高的要求。本文通过对城市反恐作战现场侦察的难点和现有穿墙雷达的类型和性能特点的分析,给出了以穿墙雷达为核心的多种侦察手段融合的应用方案,具有一定的参考价值。但同时,本文主要从宏观方面分析了多类型侦察手段融合使用的问题,没有对具体细节进行研究,这是下一步研究的方向。

参考文献:

[1] 张卫平.摩苏尔战役对城市反恐作战的启示[J].武警学术,2018(2):23-26.

[2] 李晓军,张东栋,杨益,等.浅析城市作战主要特点及未来发展[J].防护工程,2019,41(6):64-68.

[3] 张兰相.生命探测仪的技术原理与应用改进措施[J].武警学院学报,2017,33(4):36-39.

[4] 冯程.穿墙雷达实现“隔墙视物”[N].解放军报,2020-2-28(011).

[5] AMIN M G.穿墙雷达成像[M].朱国富,陆必应,金添,译.北京:电子工业出版社,2014.

[6] 吕震华,高亢美国无人集群城市作战应用发展综述[J].中国电子科学研究院学报. 2020,15(8):738-745.

[7] 陈波.基于图理论的穿墙雷达建筑物布局重构技术研究[D].长沙:国防科技大学,2014.

[8] 李欣.双基地SAR穿墙成像技术研究[D].长沙:国防科技大学,2011.

[9] 贾勇,孔令讲,马静,等.穿墙雷达多视角建筑布局成像[J].电子与信息学报.2013,35(5):1114-1199

[10] 杨博,王生水,唐良勇.一种基于无人机载生命探测仪的姿态识别方法:中国,201911031468.6[P].2020-01-14.

[11] 王钊,谷雨,孙纪亮.雷达生命探测仪配合追踪犬在刑侦现场应用的可行性分析[J].中国工作犬业,2020,1:40-42.

作者简介

冯奇(1990一),男,河南人,讲师,主要研究方向为信号处理、武警反恐;E-mail:fengqil 109@ 163.com

毛宇(1989—),男,四川人,助理工程师,主要研究方向为雷达工程;

李仪(1999—),男,山东人,主要研究方向为雷达工程。

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[来源:中国电子科学研究院学报责任编辑:孔珊珊]
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