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  介绍

  世界上许多国家都担心国家边境安全，尤其是那些进入本国居住和工作或走私非法货物的人。在官方过境点，坚固的围栏和正式的安全控制提供了充分的保护，但是在偏远地区，提供和维持有效的物理屏障的成本过高。

  一个国家的边界是其抵御一系列威胁的主要防线之一，但它们也有一些脆弱性，可被利用来获取犯罪收益、非法移民或恐怖活动。

  有形边界的完整性仍然至关重要，特别是在陆地或海洋边界较长的地区。这些脆弱的前沿可以通过使用诸如红外传感器、热感摄像机、无人机、雷达和卫星监视等技术创新来加强。各国还沿着共同边界开展合作，以扩大覆盖范围。

  电子扫描雷达能力的进步意味着它们被用作远程远程监控系统的主要检测传感器，在远程监控系统中，即使在复杂的山区，也能检测慢速移动目标，使其成为远程监控和车辆检测的理想解决方案，试图非法越境的人甚至爬虫。

图1：中东典型的国家边境安全围栏

  威胁环境

  面临着维护边境安全以对抗那些希望利用边境脆弱性的国家的挑战的国家，必须应对各种不断演变的威胁，从恐怖分子和走私毒品或假冒商品的跨国犯罪分子到未经授权的移民。

  直到最近，国家边境安全的重点是监测地面活动，寻找人员流动和地面威胁，如走私、恐怖主义和移民。其要求是查看地面目标，然后根据战略远程能力的需要对其进行增强。随后，雷达开始瞄准数百英里外的飞机等远程目标。但无人机出现了，这些无人机很快就开始出现在国家边境安全的威胁范围内，扩大了对空中监视的要求。监视目标突然从二维平面变为三维体积。

  随着无人机变得无处不在、更易接近、射程更长、飞行速度更快、高度更高、有效载荷容量更大，威胁形势变得更加复杂。随着无人机的商业用途越来越普遍地用于跨境活动，如购物、医疗和农业用途，这种复杂性也随之增加。随着无人机群的使用，威胁格局正在演变。无人机群是不同无人机的混合体，大小不同，速度也不同，能够携带不同的有效载荷。国家行为体、政府或军方可以使用一系列不同的无人机发动协同攻击，每架无人机携带不同的传感器和效应器。有必要检测坏的无人机，在合法的无人机中被滥用的无人机。

  有效的国家边境安全能力

  雷达和远程摄像机具有非常灵敏的微光性能，并具有热成像能力，可以看到人和车辆的热轮廓，是国家边境安全最常用的设备。手机、对讲机、射频测向设备以及无人值守地面传感器也被使用。如果有一个周边围栏，那么围栏检测传感器和沿其运行的光纤或同轴电缆将检测移动并在该位置生成警报，但这种方法通常容易出现假警报。

  雷达的能力越来越强，电子扫描多普勒雷达现在能够探测地面爬行的人。Blighter是第一台能够通过静态电子扫描雷达波束、微多普勒信号处理和调频连续波(FMCW)技术相结合来检测“爬行动物”的电子扫描地面监视雷达。无人机现在通常用于监视和自我保护，特别是在陆地边界或沿海边界较长的地方。远程、长航时监视无人机也用于边境保护。但非常明显的限制是，它们不能在恶劣天气下使用，如大风和下雨。由于纳米卫星和地球观测卫星现在非常能够探测地面的变化，卫星监测也成为可能。

  国家边境安全系统面临的挑战

  国家边境安全系统面临的主要挑战是在复杂地形和恶劣天气条件下探测小型、低空和慢速移动目标。

  天气状况

  天气是入侵者检测系统面临的最大挑战。特别是移动的水，在没有仔细的传感器设计的情况下，水的位置、大小和外观都在动态变化，可能会隐藏或模糊目标，使其无法被雷达和摄像机检测到。雨水也会降低传感器系统的效率。在摄像机系统中，雨水只是阻挡了入侵者的可见图像，但对于雷达而言，除非仔细设计，否则雨水不仅会衰减雷达信号，而且还会由于雨水袋的反射率和运动而产生虚假目标。值得注意的是，许多入侵者明智地利用恶劣环境条件下的传感器限制，选择利用恶劣天气逃避检测。因此，传感器需要能够在环境的复杂性可能对其危害最大的时刻运行。

  远程基础设施

  许多远程监视系统面临的另一个挑战是找到监视平台的合适位置。这通常包括设备舱、桅杆、传感器、电源和远程通信。由于许多理想的监控地点都很偏远，因此安装传统的大型耗电系统几乎是不可能的。只是不可能为桅杆建造混凝土底座或提供电源。紧凑、轻巧、低功耗的系统安装占地面积小，并且可能采用三脚架安装，使用太阳能或风能进行操作。卫星通信几乎适用于所有站点，但价格昂贵，存在许多主要技术缺点，包括延迟差(通信延迟)和暴雨时的边际运行。或者，只需要低带宽通信的传感器系统可以利用包括微波通信链路在内的低成本和更有效的直接无线电链路。

  运营和维护资源

  客户和用户需要一个国家边境安全系统，以最低的成本提供保护，并发挥最大的功效;这通常是一个真正的挑战。配备这些复杂的电子监视系统是最大的负担。为保安人员提供每天24小时观看视频屏幕的费用，以及定期轮班，造成了巨大的成本。此外，还存在培训和维护负担，尤其是在极端环境下操作设备时。

  雷达波段

  来自车辆、人、动物、大型无人机、大型军用飞机的威胁都可以通过雷达探测到。有各种可用的雷达波段，例如用于远程飞机跟踪的低频、长波L波段，它可以飞行数百英里，但分辨率非常差，高达X波段和Ku波段。实际上限是Ku波段，但值得注意的是，将小型商业爱好无人机与所有这些国家边境安全应用混合使用，会迫使使用更高的频率，特别是X波段和Ku波段。较老的频率，L和S波段，波长测量为10厘米和20厘米，比典型的业余无人机的所有组成部分都要大。雷达波束不是从无人机上反弹回来，而是绕射穿过无人机，就好像它几乎看不见一样。为了获得最佳效果，X波段和Ku波段雷达最适合无人机探测。

  国家边界安全解决办法

  Blighter雷达采用专利技术、最先进的电子扫描(e-scan)、FMCW和多普勒信号处理技术，提供了一个强大、超可靠、零运动部件遥感器，可在所有天气条件和大多数环境下检测入侵者和跨境活动。布莱特雷达非常适合在包括岩石山地在内的大片开阔土地上进行远程探测。

  侦查非法入境者和走私货物者

  Blighter雷达被用作远程远程监控平台的主要探测传感器。如果需要对边界进行持续监视，则可以使用集成的固定塔结构安装Blight雷达和其他传感器，以提供最佳的远程监视。

  在偏远地区，入侵者通常沿着自然路线穿越陆地;山谷，山路，沙漠动物的足迹。在这些情况下，移动或便携式监视系统可以提供一种经济高效的方法，用有限的资源监测关键区域。由于监视系统的成功拦截减少了入侵者和跨订单活动的流量，因此可以将其移动到下一个热点。布莱特雷达足够紧凑和坚固，可以安装在固定的综合监视塔或基于车辆的监视车辆上。通常，这些飞机使用可伸缩桅杆提升布莱特雷达和光电系统，以获得最佳能见度和探测范围。

  在不可能驾驶车辆的极端环境中，布莱特雷达系统可以背包携带到监视区域。布莱特雷达是便携式的，电池供电，如果需要，可以使用电池和太阳能电源长时间工作。

图2：美国和墨西哥国家边境安全围栏(圣地亚哥区)

  预防毒品恐怖主义

  毒品恐怖主义的一个关键特征是走私者和恐怖分子的能力和资源不断增加。通过有组织和频繁的非法过境，毒品恐怖分子了解监视系统的质量和有效性，并发现如何避免或击败它们。

  Blighter雷达能够检测爬行机器人大小的缓慢移动目标，这使得它能够检测有意试图击败传感器系统的入侵者。Blighter雷达已被证明有能力探测一个人的腹部爬行，甚至滚动通过一个受到严密监控的国家边境安全区。

  高价值的有效载荷使飞行成为缉毒恐怖分子的一个有吸引力的选择。Blighter雷达探测小目标的能力加上其宽仰角波束宽度意味着Blighter可以同时监视陆地和低空区域。利用其多普勒处理技术，它可以过滤并去除地面的杂波信号，仍然可以看到像伞兵、微光灯、超轻型飞机和无人机这样的小型目标飞越边界，这与传统的空中监视雷达不同。

  为国家边界安全监测边界入侵

  布莱特雷达使用电子技术扫描边境，速度比传统地面监视雷达快得多。一个适当配置的Blight雷达可以在一秒钟内扫描360°，并进行全多普勒处理。这为操作员提供了快速的位置更新。此外，Blighter雷达使用其多普勒信号处理和集成的绘图提取器在运动发生时立即检测运动，这与传统雷达不同，传统雷达在输出目标之前需要多次扫描。在扫描的一小部分时间内输出运动目标图，以最小化检测和响应入侵者之间的延迟。这确保了光电系统指向入侵者，并经常更新以跟踪入侵者的移动。

图3：国家边境安全远程探测雷达能力的典型固定式综合监视塔

  集成为远程监控的主要检测传感器。几乎每个安全雷达解决方案都需要光电摄像系统的交互作用，以便观察雷达最初检测到的物体。Blighter雷达也不例外，它可以提供远程和数千平方公里范围内入侵者的早期预警，并通过评估其关键雷达特征对目标进行分类。Blighter雷达被用作远程远程监控平台的主要探测传感器，提供针对敌对威胁的边界保护。

  检测到低。复杂地形和全天候条件下的慢速和小型(LSS)目标

  雷达探测慢速移动目标(包括复杂山区)的能力对于远程监视和检测试图非法越境或破坏传感器系统的车辆、人员、履带式机器人和无人机至关重要。布莱特一直擅长地面探测，在杂乱的环境中寻找缓慢移动的目标。这项技术现在已经扩展到了空中领域，能够检测小型无人机的移动速度是慢还是快。对于边界监视应用，可以使用一个雷达系统同时检测地面或天空中的低、慢和小(LSS)移动物体。随着3D雷达的发展，有能力探测接近地面和天空的目标，从而增加扫描体积。传统上，Blighter是国家边境安全雷达能力的领头羊，是第一个通过“爬虫”探测进入市场的公司。

  最先进的电子扫描技术

  Blighter地面监视雷达采用最先进的电子扫描、FMCW和多普勒信号处理技术，提供了一个强大、超可靠、零运动部件遥感器，可在所有天气条件和大多数环境下检测入侵者。

  地杂波的滤除

  多普勒处理技术可以滤除地面杂波信号并将其从地面图像中去除，同时雷达还可以看到像伞兵、微光、超轻型和微型无人机这样的小型目标在边界上空飞行。Blighter雷达的国家边境安全能力的关键特征来自其多普勒信号技术。在每次雷达扫描中，所有目标和背景杂波都会被测量，并通过其多普勒速度来表征。有效的目标可以从背景环境中区分出来，只留下感兴趣的目标。

  安装在用于远程探测的固定式综合监视塔上

  在需要对边境安全进行持续监视的地方，可以使用综合监视塔安装雷达和其他传感器，以提供最佳的远程监视。这种紧凑而坚固的设计使雷达能够安装在陆地监视车辆上，为在资源有限的情况下监测关键区域提供移动、便携式和经济高效的解决方案。可伸缩桅杆用于提升雷达和光电系统，以获得最佳能见度和探测范围。

  第一次检测的快速时间，最大化目标范围

  首次检测的时间和更新率是重要的特性，可在目标出现时在第一次机会检测到目标，并且距离更长。Blighter雷达可以在运动发生的瞬间检测到运动，这与传统雷达不同，传统雷达在输出目标之前需要多次扫描。在扫描的一小部分时间内输出运动目标图，以最大限度地减少检测和响应入侵者之间的延迟，并提供威胁的最早警告。这确保光电系统指向入侵者，并提供频繁更新以跟踪入侵者的移动。

图4：部署在太阳能拖车系统上的Blighter雷达

  可再生能源的低功率运行

  Blight雷达的FMCW传输技术与灵敏的多普勒目标检测相结合，意味着雷达的通信带宽要求很低，只需要传统安全雷达系统使用的发射机功率的一小部分，大大低于经典雷达系统。Blighter发射的功率仅为4瓦，仅略高于一部手机，相当于一个现代LED灯泡，但它能够探测10公里以外的小目标。这种低功率传输要求还意味着总功耗仅为其他雷达的一小部分。

  强健、可靠且经验证的技术，能够在所有环境中运行

  该雷达已安装在35多个国家，在极端天气条件下工作，从最热的沙漠到零下温度环境。e-scan技术没有活动部件，使用固态发射器，可靠性高，寿命长，只需少量维护。

  建立警戒区

  在雷达扫描过程中，使用多普勒和FMCW组合技术来检测潜在目标，并通过外推目标的航向和速度来预测目标的位置。在国家边境安全应用程序中查看土地时，通常存在允许物体移动的区域，以及意外或禁止交通的其他更安全的区域。操作员可以创建大量区域，以排除和隐藏雷达探测或生成警报。警报区域可按优先级排序并进行颜色编码，以创建保护层，允许在远程进行早期检测，在中等范围内对可能的入侵发出初始警告，然后发出带有声音和可见警报的全红色警报。

  机器学习

  机器学习技术正在被引入未来的雷达产品中，以提供目标分类能力。通过根据参考信号绘制雷达目标图，并查看物体的微多普勒特征和运动，可以使用无人机和其他目标的现有模板对目标进行分类，从而实现人、车辆和其他物体之间的区分。重要的是，这将实现对优先目标(如人、动物、车辆)的分类，并允许将剩余对象分类为背景杂波，以便清除。在此之前，根据天气条件，对特定安装甚至日常操作的雷达设置进行微调需要大量技能。

  案例研究-在韩国非军事区提供国家边境监控

  朝鲜和韩国之间的非军事区(DMZ)是朝鲜、中国和联合国在1953年达成停战协议后通过协议建立的，它仍然是世界上政治上最敏感的边界之一。非军事区长250公里，宽约4公里，具有多种地形类型，包括森林地区、山区和沿海地区，冬季环境极端为-30℃，夏季为+40℃。

  大量部队继续驻扎在边界两侧，并对非法入侵非军事区保持持续戒备。为了从边境一侧监测该地区，大韩民国陆军(ROKA)决定将地面监视雷达系统添加到传感器库存中，并在2010年选择Blight er的B400系列地面监视雷达，以提供一年365天、每天24小时的连续监视。之所以决定使用B400系列雷达，是因为它们适合在恶劣环境中使用，并且能够在无需日常维护的情况下保持工作状态。

  Blight雷达特别适合国家边境安全应用，其远程探测能力(从10米到32公里)、20º宽仰角波束，可同时提供。

图5：安装在韩国DMZ上的Blighter B400系列雷达

  即使在非军事区的杂乱环境中，它们也能探测到非常小和缓慢的目标，如4公里以外的爬行人和10公里以外的步行人。Blighter雷达将专利的固态无源电子扫描阵列(PESA)技术与先进的调频连续波(FMCW)和微多普勒处理相结合，在全天候条件下提供强大而持久的监视能力。

  2014年，在朝鲜多次严重入侵无人机后，ROKA调查了无人机检测选项，并在评估了各种国际产品后，决定其现有B400系列雷达在边境沿线的无人机检测能力将提供有效的解决方案。一些已安装的雷达安装了雷达倾斜系统，使操作员能够在无人机威胁最大的白天将雷达向天空倾斜，并在朝鲜军队未经授权入侵非军事区的风险最大的夜间将雷达向地面倾斜。雷达通常与高性能热成像摄像机配合使用，每个操作点都有自己的本地控制中心，以便对入侵作出即时反应。

  在俯瞰朝鲜沿海边界的岛屿上，也安装了一些“枯萎病”雷达。这些雷达能够监测水和远处的陆地，以便对可能的个人入侵发出预警。通常，远程安装的雷达与摄像机一起联网，以提供分层监视和指挥结构，允许对水入侵作出协调的区域反应。

  在多年的运行中，雷达被证明是高度可靠的，可确认其65000小时平均无故障时间(MTBF)状态，并成功探测到各种非法过境点，包括无人驾驶飞机和沿海地区的游泳者。不可避免的是，在10年的时间里，许多雷达都需要维护、升级和偶尔维修，为此，Blighter创建了一个本地化支持包，允许本地合作伙伴组装、测试和维护已安装的雷达。这种本地支持确保所有雷达都可操作，并随时为ROKA提供。

图6：安装在海岸线上用于国家边境安全的Blight雷达

  关于作者

  马克·雷德福德是布莱特监控系统有限公司的技术联合创始人兼首席技术官(CTO)。

  Mark自1985年以来一直在雷达行业工作，最初担任海军雷达系统高性能信号处理解决方案的设计师，后来担任系统设计师和开发经理。自2000年移居英国剑桥以来，Mark一直参与各种雷达开发项目，包括Blight雷达系列、独特的电子扫描FMCW多普勒监视雷达的规格、设计和开发。

  自2013年被任命为Blight er监视系统首席执行官以来，Mark一直在监督Blight er技术的发展，以增强其在更复杂环境中的应用，例如机场的高度混乱的运行区域，那里的建筑物和机场交通限制了传统周界安全雷达的有效性。进一步的增强现在可以看到Blighter雷达被用于海岸安全和空中安全，其中Blighter能够在杂乱无章的环境中检测非常小且移动缓慢的目标是一个关键的技术优势。Mark于2014年首次开发了AUDS(反无人机防御系统)对抗无人机系统，该系统目前是美国国防部在作战行动中使用的主要近程防空(SHORAD)系统，并在英国主要机场投入使用。

  Mark于2015年从母公司领导了Blight er监视系统有限公司的分拆，以实现业务的快速增长，并于2019年3月通过任命为“联合创始人和CTO”恢复了他在Blight er的技术领导地位。

  注：本文内容摘自外网资源，仅供参考!