雷达新品：超材料电子扫描阵列

在20世纪还有其他传感器比雷达更具标志性？在机场大型多普勒圆顶或永远盘旋的圆盘中，雷达装置意味着大规模的基础设施和远程感知。随着小型化技术的发展，雷达已从固定装置转移到飞机平面，甚至出现安装于汽车中的小型版本。其最新的技术进展是超材料的应用：10月初，美国国土安全部为超材料雷达的最终测试阶段提供了20万美元的资金，作为S＆T 硅谷创新计划（SVIP）的一部分，开始最终测试阶段。这种新型雷达的尺寸已经小到适合安装于小型无人机。

获得美国国土安全部资助的这一雷达系统由华盛顿贝尔维尤的Echodyne公司生产，更具体地说是一种超材料电子扫描阵列（Metamaterials Electronically Scanning Array，MESA）。超材料是一个新研究领域，涉及具有自然界中没有的特性的工程人造材料。超材料电子扫描阵列使用超材料为全电子扫描雷达系统构建新架构。在功能上，它模仿相控阵雷达，专注于在物体移动时精确跟踪物体。在其一段不公开的短视频中，Echodyne公司展示了MESA系统跟踪大疆幻影 4无人机的飞行路径超过3,300英尺（1027米）。追踪过程通过三维空间并在树线上方的路径，使得篮球大小的无人机的飞行路线清晰可见。

相控阵系统需要巨大的功率并且自身体积非常大。例如，海基X波段雷达就直接搭载于可自行移动的石油钻井平台上，用于跟踪发射后导弹的运动轨迹，其理论探测范围仅受到地球曲率的限制。反观超材料电子扫描阵列，虽然具有较小的探测范围，但其设计用于跟踪更小的目标，沿着边界跟踪四轴飞行器，而不是在太空中跟踪洲际弹道导弹（ICBM）。

“在决定技术投资时，成本、尺寸、重量和功率（C-SWaP）始终是一个问题。”对此，国土安全部科技理事会的Tim Bennett 在一份新闻稿中表示，“传统雷达阵列需要昂贵、复杂且通常很重的移相器来引导雷达波束。Echodyne公司开发了超材料电子扫描阵列，保持高保真度和快速方向变化，以较低的C-SWaP电子控制雷达波束。”

到目前为止，Echodyne公司已经在灌木丛和平原上测试了超材料电子扫描阵列，并表示下一阶段将会在更多树木繁茂的区域和其他环境进行测试。这点很重要，因为即使人们建造了边界墙，无人驾驶飞机和其他轻型飞机也能以一种轻松的方式来越过边界，或者侦察路径，将违禁品放在多个地形上。了解目标的位置至少是战斗成功的一半，这就是拥有可以跟踪其他无人机飞行路径的侦察无人机的价值，即使目前还不清楚雷达系统将拥有多大的探测范围，或者边境巡逻将利用这一跟踪功能优势来采取怎样的反无人机对策。

除了跨越边界外，无人机还被不法分子用于向其他难以进入的地方（如监狱）运送物资或违禁品。如果超材料电子扫描阵列成为国土安全部沿边境使用的小型无人机拥有的标准功能，它可能需要跟踪飞往德克萨斯州Tornillo帐篷城市（以帐篷或其他临时结构搭建而成的临时住所，包括由无家者或抗议人士搭建的帐篷城市，一般是类似棚户区等不被政府认可的临时定居点。以及由政府或军事组织设立，收容难民、撤离人员或士兵的帐篷城市）的航班，美国卫生与公众服务部在那里扣押移民儿童。

虽然超材料电子扫描阵列目前设计用于边境安全应用，但不难想象采用相同的系统将用于小型军用无人机。军方已经看到廉价商用无人机在叛乱分子手上的利用。超材料电子扫描阵列可以让陆军或海军无人机能够跟踪飞行中的流氓无人机，保护战场上的部队，并为作战部队指引叛乱无人机操作员位置。

在硅谷创新计划（SVIP）的前三个阶段中，Echodyne公司展示了超材料电子扫描阵列在平坦和砂石地形上的表现，这在美国南部边境很常见。凭借国土安全部这一新的合同授予，Echodyne公司将测试这一技术在相关领域的功能，并将其强化到其他不同的地形，以确保该系统适用于美国边境的各种地形。

除了测试传感器系统的适应性外，Echodyne还将开发培训材料并为现场代理商开设培训课程。参与SVIP的公司有资格获得高达80万美元的非稀释性资金，以使商业技术适用于国土安全用例。