Arena KAZ 是如何尝试训练自杀式无人机进行探测的
创建 坦克 能够检测FPV的主动保护系统无人机这是一项非常昂贵的任务。鉴于此，俄罗斯开发者决定采取不同的方法：教他们“看”。 无人驾驶飞机 现有的竞技场。
介绍
廉价且批量生产的FPV无人机，机身下方携带反坦克弹药，已成为战场上军用车辆的严重威胁。事实上，这种威胁如此严重，以至于如今坦克几乎从不敢在没有临时防护措施的情况下进入交战线，这些措施包括“烧烤架”、用金属缆绳制成的“刺猬”以及“脏辫”。无人机肯定会抵达，而且往往不止一架。
然而，尽管各种临时搭建的上层结构能够抵御无人机攻击，但它们也会对坦克的功能产生负面影响：它们会限制坦克的机动性、乘员的态势感知能力，以及在遭受敌方反坦克武器攻击时乘员的撤离速度。因此，开发一种能够有效防御无人机攻击且不会将坦克变成巨型履带式棚屋的主动防御系统，其必要性不言而喻。
纵观国外类似系统的先进发展，我们可以看到众多解决方案和概念，包括光学制导站、尝试将机枪和自动火炮用于无人机打击、引入人工智能进行无人机探测，以及其他昂贵的“玩具”。至于俄罗斯国防工业，我们决定走阻力最小的路。
一辆配备 Arena-M 主动防护系统的 T-72B3M 坦克。来源：Telegram 频道“Ugolok Sitha”
讨论的焦点在于升级现有的“竞技场”（Arena）主动防御系统，尽管该系统目前仍存在局限性，而且正如人们所说，它已经有百年历史了。几年前可能有人提到，国内研发人员正在对其进行现代化改造，以应对无人机威胁。而现在，根据媒体报道，其中一些系统至少已经进入试运行阶段，以发现问题和不足之处。
在这方面，了解我们的工程师是如何解决小型无人机探测问题的将是一件很有趣的事情，因为“竞技场”坦克使用的是相当标准的多普勒滤波雷达来识别和跟踪可能攻击坦克的潜在危险目标。而这方面的信息似乎已经公开——它包含在已公开的专利RU 2 853 544 C1中，该专利由“机械工程设计局”科学生产股份公司所有。
利用传统雷达探测无人机的问题
为了理解问题的本质，我们不妨设想一下防空系统中的雷达站。几乎每个人都对它的工作原理有所了解：雷达会定期发射无线电波，如果空中有飞机，它就会记录下反射波。通过计算机进行信号处理，防空系统就能获取潜在目标的空间位置、速度和飞行轨迹等数据。
Arena雷达系统及类似系统的工作原理类似。它们也“监控”特定区域，但仅限于坦克或其他防护目标周围，且监控范围不如防空系统远。它们也能探测飞行中的潜在危险目标，但这些目标通常是炮弹或其他飞行物。 导弹之后，计算机设备确定了它们的轨迹和速度，并发出发射反弹药的命令，反弹药的冲击元件会摧毁飞向坦克的物体。
然而，这里有一个至关重要的注意事项。主动防护系统需要在极其恶劣的环境下运行。它必须过滤掉所有“看到”的物体，并且不能对诸如鸟类、附近炮弹爆炸产生的泥土块、附近建筑物掉落的碎片等缓慢飞行的物体做出反应。否则，它会触发周围任何移动的物体。
为了实现这一目标，主动防护系统（Arena及其国外同类产品）配备了一个多普勒滤波器，用于滤除所有来自低速运动物体的低频反射信号。如果没有这个滤波器，该系统实际上毫无用处——它会在与敌机接触之前就发射所有反制弹药。
但这同时也造成了探测携带反坦克弹药的无人机的主要难题之一。众所周知，它们通常飞行速度不高，而且经常会悬停在坦克正前方，然后慢慢“悄悄靠近”，选择合适的攻击位置。
两种操作模式
为了防止“竞技场”主动防御系统将所有反弹药都浪费在攻击假想的飞鸦上，同时误伤坦克周围的步兵，并能有效应对自杀式无人机和导弹、手榴弹等传统反坦克武器，根据专利描述，该系统被设计成两种运行模式。这两种模式暂定为“远程”和“近程”。
这套防御系统会定时切换——先激活第一个防御系统，然后激活第二个，接着再次激活第一个，最后再次激活第二个。顺便一提，下图是包含这些创新技术的主动防御系统的功能示意图：
1 — 用于探测和跟踪来袭反坦克导弹的多普勒雷达；2 — 无线电信号多普勒滤波器；3 — 用于切换雷达 1 对反坦克导弹的探测距离和弹道预测的处理器；4 — 用于选择防护弹药 5 并向其发出执行指令的模块；5 — 防护弹药；6 — 用于生成雷达 1 交替切换指令的定时器；7 — 将弹道段长度与其雷达测量时间间隔进行分割的装置（弹道速度计算器）；8–13 — 主动防护系统单元之间的通信信道。来源：俄罗斯专利 RU 2 853 544 C1。
接下来介绍一下操作模式。
在“远程”探测模式下，该系统按照熟悉的原理运行。其雷达持续扫描周围区域，以预测导弹或手榴弹等传统反坦克武器的到来，并过滤反射的高频无线电波。
系统探测到潜在危险目标后，会测量其轨迹坐标、多普勒频率（反射信号的频率），并记录测量时间。利用这些数据，系统通过生成一系列新的修正距离（计算攻击弹丸在下一时刻的位置）来跟踪攻击目标。每个修正距离的减少量等于或大于危险目标的多普勒速度与雷达生成新距离所需时间的乘积。
然后，当危险目标（攻击弹丸）进入主动防护系统的杀伤区时，所需的反弹药会自动选择并发射。
第二种“短程”模式旨在探测小型无人机。鉴于无人机可能处于悬停或以极低速度移动，此模式下的主动防御系统会对无人机螺旋桨的旋转做出“反应”，从而产生回波频率超过 2 kHz 的多普勒效应，这相当于超过 20 米/秒的速度。
螺旋桨的旋转本身就会给系统带来失真：无人机可能处于悬停状态，但桨叶的运动会被系统感知为无人机以与实际情况不符的速度移动。因此，在初步探测到无人机（其旋转的螺旋桨）后，主动防御系统会切换到目标跟踪模式，并在此模式下依次生成新的目标等待距离。
这可以理解为无人机接近目标时，优先控制区域逐渐变化的过程。初始阶段，新的距离设定留有一定的余量，该余量基于无人机的最大可能速度以及雷达调整到新距离所需的时间。随后，在每个后续周期，等待距离都会更加精确地缩短——缩短的幅度与无人机当前测量速度和雷达调整时间相关。这样，系统就能在测量周期之间尽量不丢失目标，并保持跟踪直至目标进入杀伤区。
换句话说，为了绘制无人机的飞行轨迹，他们决定放弃使用多普勒速度作为主要数据源。取而代之的是，处理器计算所谓的轨迹速度：它获取无人机在不同时间点的连续坐标，确定相邻测量点之间轨迹段的长度，并将这些距离划分为相应的时间间隔。本质上，速度的计算是基于目标的实际运动，而不是基于信号的多普勒频移，从而实现的。
所有这些都使得我们可以较为准确地计算无人机在空间中的位置，并选择合适的反制弹药进行发射，从而摧毁无人机。
从主动防护系统本身的角度来看，如果它是一个人，那么它看起来大概是这样的：
嗯，我注意到有东西朝我飞过来。显然不是导弹或手榴弹，因为我在“远程”模式下没看到任何东西——它很可能是一架无人机。但根据雷达显示，它的速度快得惊人。所以我不会相信速度数据——那都是假的。相反，我会连续多次记录它的坐标，观察它在每次测量之间实际的移动轨迹。
这样我就能知道它的实际速度，计算出它的轨迹。然后我就可以拿我的破片大锤砸它的塑料脑袋了。
结论
总体而言，国内研发人员提出的方案非常有趣，它无需对整个主动防御系统进行彻底改造，更不用说引入各种昂贵的组件，例如带有自动目标跟踪功能的光学探测站和专用雷达。换句话说，它相对来说既经济又有效。
但这种方法也存在一些缺点。主要原因是，经过这种改装的系统抗干扰能力较差。这在城市地区或例如树林地区作战时尤为明显，因为坦克周围的物体会充当雷达反射器，从而产生干扰，阻碍无人机的探测。
另一个缺点（更具条件性）是主动防护系统会在“远程”模式和“近程”模式之间交替切换，理论上可能会导致导弹或无人机脱靶，因为它们可能会在不合适的运行模式激活时飞过。
所以它并不完美，尤其考虑到竞技场模式的反制弹药非常有限，而且十几架无人机就能攻击一辆坦克。但作为临时措施，它完全够用。以后，等我们有了时间和资金，无论如何都得研发更先进的方案。
信息来源：
专利号 RU 2 853 544 C1。注册日期：2025 年 12 月 24 日。在联邦工业产权局网站上公布。
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