تموضع سلبي لعدة أهداف مع تصنيف الإشارة ورادار MIMO

لماذا يهم العثور على الأجهزة اللاسلكية المخفية

تعتمد العمليات العسكرية والأمنية الحديثة بشكل كبير على معرفة من يبث إشارات راديو وأين هم وماذا يفعلون—كل ذلك دون كشف موقع المراقب. الرادار التقليدي يرسل نبضات وينتظر الصدى، مما قد يكشف عن موقع الراصد. أما الرادار السلبي فيفعل العكس: يستمع بهدوء للإشارات التي يصدرها الهدف بالفعل. تستكشف هذه الورقة طريقة جديدة لتعاون طائرتين للعمل معًا لتحديد مواقع عدة أهداف بثًا في آن واحد، بشكل أكثر موثوقية ومع أخطاء أقل، حتى عندما تكون الإشارات ضعيفة ومزدحمة.

الاستماع بدل الصراخ

بدلاً من قذف الطاقة في السماء، تستمع الأنظمة السلبية لموجات الراديو التي تبثها السفن أو المركبات أو أجهزة الاتصالات بالفعل. تحمل كل طائرة هوائيًا حلقيًا قادرًا على تحديد الاتجاه الذي تصل منه الإشارة، تمامًا كما تساعدنا أذنانا على تحديد مصدر صوت. بمقارنة الزوايا من طائرتين، يمكن للنظام تحديد مكان كل مصدر على الأرض عبر التقاطع. التحدي أن ساحة المعركة الحقيقية تحتوي غالبًا على كثير من المرسلات في آن واحد، وقد تتقاطع وتتداخل خطوط الاتجاه—وهي خطوط خيالية تشير من كل طائرة نحو المصدر. الطرق التقليدية تُقدّر الزوايا بشكل منفصل على كل طائرة ثم تحاول مطابقة أي خط من الطائرة A ينتمي لأي خط من الطائرة B، وهي خطوة معرضة للخطأ وقد تؤدي إلى تحديد مواقع غير صحيحة.

السماح للطائرتين بالتفكير كواحدة

يقترح المؤلفون اعتبار الطائرتين المستمعتين كحساس افتراضي واحد أكبر. بدلًا من معالجة قياساتهما بصورة مستقلة، يجمعون البيانات الخام في كائن رياضي واحد يسمّى مصفوفة التغاير. من هذا العرض المشترك يطبقون تقنية معروفة لتحديد الاتجاهات، MUSIC، التي تعمل مثل ميكروفون اتجاهي انتقائي قادر على تمييز عدة مصادر في آن واحد. في هذا الإعداد تبحث الطريقة مباشرة، في صورة طيفية مشتركة، عن أزواج الزوايا التي تتوافق مع نفس الهدف كما تُشاهَد من كلتا الطائرتين. وبما أن المطابقة مضمّنة في عملية البحث نفسها، يتجنّب الأسلوب إلى حد كبير خطوة المطابقة الضعيفة اللاحقة التي تعاني منها الأساليب القديمة.

تقليص الحسابات إلى حجم معقول

العمل مع طائرتين والعديد من الأهداف يصبح سريعًا مُثقلاً حسابيًا، لأن الخوارزمية يجب أن تمسح عبر تراكيب من زوايا أفقية وعمودية لكلا النظامين. البحث بالقوة الغاشمة عبر أربعة أبعاد زاوية سيكون بطئًا بشكل غير عملي. لجعل المشكلة قابلة للإدارة، يقدم المؤلفون استراتيجية متدرجة لـ"تقليل الأبعاد". أولًا، يستفيدون من حقيقة أن الأهداف الأرضية البعيدة تظهر بزوايا ارتفاع صغيرة، فيثبتون أولًا الزوايا العمودية ويفتشون فقط في الزوايا الأفقية للحصول على اتجاهات تقريبية. ثم ينقحون الزوايا العمودية في بحث أضيق، وأخيرًا يصقلون مجموعتي الزوايا بشبكة دقيقة. في كل مرحلة، يسقطون خريطة الطاقة متعددة الأبعاد إلى منحنيات أحادية البعد، حيث يصبح تحديد القمم—وبالتالي الاتجاهات—أسهل بكثير وأكثر صلابة في وجود الضوضاء.

اختبار الطريقة في سماوات افتراضية

لتقييم الأداء، يحاكي الباحثون طائرتين تراقبان عدة أهداف أرضية في بيئة صاخبة. يقارنون نهج MUSIC المشترك للطائرتين مع عدة طرق كلاسيكية لتحديد الاتجاهات ومخططات تحديد المواقع السلبية الحديثة، مع إبقاء محلل المواضع النهائي نفسه للإنصاف. تُظهر الطريقة الجديدة قوة خاصة في تقدير الزوايا الأفقية وفي فصل ومطابقة الأهداف المتعددة بشكل صحيح. تحافظ على دقة جيدة حتى عندما تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء متواضعة وعندما يتوفر عدد محدود من اللقطات—وهي نبضات قصيرة من البيانات—حالات تنهار فيها غالبًا المعايير القياسية لعد المصادر وفصلها. وعلى الرغم من أن تقديرات الارتفاع تبقى أكثر عرضة للخطأ، لا سيما لأن الهوائيات تقع في مستوى مسطح، فإن أخطاء الموضع الأفقي عادة ما تكون أقل من كيلومتر في السيناريوهات المختبرة.

ما الذي يعنيه هذا عمليًا

بالنسبة للقارئ غير المختص، النتيجة الأساسية أن طائرتين مستمعتين، إذا عالجتا بياناتهما معًا بالطريقة الصحيحة، يمكنهما تحديد مواقع عدة مرسلات راديو مستقلة على الأرض بثقة أكبر مما لو عملت كل طائرة بمفردها وحاولت تسوية النتائج بعدها. تطويق التقنية المقترحة عدّ المصادر وفصل الإشارات ومطابقة عبر المنصات في إطار موحّد، مع استخدام اختصارات رياضية للحفاظ على الحسابات ضمن حدود واقعية. بعبارة بسيطة، تساعد الطريقة أنظمة الرادار السلبي على القول، بثقة أكبر وأخطاء أقل، «تأتي هذه الإشارات من مجموعة المركبات تلك هناك»—قدرة تزداد قيمتها في المراقبة والحرب الإلكترونية والوعي الظرفي دون كشف موقع الراصد.

الاستشهاد: Wang, H., Liu, X. & Lei, Z. Multi-target passive positioning with signal classification and MIMO radar. Sci Rep 16, 7777 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36881-9

الكلمات المفتاحية: الرادار السلبي, تحديد مواقع متعددة للأهداف, زاوية الوصول, استشعار بطائرتين, معالجة الإشارة