天波雷达探测探测万里之外的目标背后有何奥秘

（传统雷达只能探测地平线以上的目标，而超视距雷达可以探测地平线以下的目标）

了解雷达的人可能会说，雷达探测距离基本上是几十公里起步，探测距离成百上千公里的雷达也比比皆是，哪个雷达探测距离没有“超视距”呢？其实，这里的视距是指受到地球曲率影响的直视视距。这种超视距雷达的英文名为Over-the-horizon-radar，所以早期被称为超地平线雷达。

通常雷达波只能直线传播，受限于地球曲率，一般雷达只能探测地平线以上的目标。对于低空目标和海面目标，要想看得远，那就需要把雷达架高。很多雷达站都部署在山头上就是这个道理。包括预警机，气球载雷达都是通过提高平台高度，来获取更广阔的视野，降低地球曲率对探测的影响。但是空基平台使用成本比较高，而且受制于空中平台大小，其探测距离受到很大限制，目前的机载雷达可以实现数百公里的对地面和水面探测距离。

那能不能研制一种部署在地面，可以超越地平线，发现几百上千公里外的水面和空中目标的雷达呢？这并没有难倒雷达专家们。到目前为止，已经实现应用的超视距雷达大致有3类。

（三种超视距雷达的电磁波传递途径）

第一种超视距雷达是高频天波超视距雷达（天波雷达或称OTHR）。它的基本原理是，无线电斜向透射到大气电离层（电离层区域处于60公里1000公里高度之间），然后被折射到远方的地面、海面或空中目标，其回波的一部分将沿着原来的路径（这就被称为后向散射）或者其他可能的路径再次经过电离层折射回到发射点或者其他地点，被部署在那里的接收机接受，从而实现目标探测。

这里的高频也不是简单的指“频率高的雷达”。高频（HF）特指3-30 MHz的频段，又被称为短波波段，波长为100米到10米范围。实际上，对于雷达来说，这个频率是非常低的，大多数现代雷达都工作在频率更高，波长更短的微波波段。比如美国宙斯盾系统的S波段雷达，其中心波长为10厘米，而很多火控雷达使用的X波段，中心波长为3厘米。

（天波超视距雷达工作示意图，图片来自网络）

（美国ANFPS-118天波超视距雷达覆盖范围示意图，图片来自网络）

天波超视距雷达的优点是探测距离远，因为它的功率极大，而且波长长，大气损耗小。

不过，天波超视距雷达也有自身的弱点。因为它首先要向电离层发射电磁波，经电离层向下反射后再探测目标，这样其探测近距就比较远了。再拿美国的AN/FPS-118来说，它的最近探测距离也有800公里之远，在这个距离以内，什么也看不到。而且天波超视距雷达的设备量大，占地面积很大，基本上很难机动，而且造价高昂。雷神公司80年代为海军研制的AN/TPS-71雷达则在小型化上取得突破，该系统除了天线外，可在一周内拆除、搬运并重新部署到预先准备好天线阵的基地上，造价只需要0.75亿美元，而空军部署在东海岸的系统造价高的6.8亿美元。

（地波超视距雷达工作示意图，图片来自网络）

第二种超视距雷达是高频地波超视距雷达（简称地波雷达、表面波雷达，英文简称HFSWR）。它利用电磁波以绕射方式沿海面传播，可以探测海面以及低空和掠海飞行的目标。通常可以实现400公里以内的海面及其上空目标的探测，可以大致弥补天波超视距雷达对海目标探测的近距盲区。当然，由于频段的优势，它也具备相当的反隐身能力。

（英国马可尼公司当年研制的舰载地波雷达示意图）

天波雷达和地波雷达由于探测距离远，覆盖面积大，对于国土辽阔、海岸线长、海域宽广、边界线长、邻国较多的国家来说意义非常重大。这也是美国、加拿大、俄罗斯等大国大力发展这类雷达的重要原因。但总体来说，之前的天波和地波超视距雷达探测精度相对较低，而且占地面积大、体积大、功耗高，较难被用于火控或者目标指示。这类雷达的一个重点发展方向应该是提高精度、分辨率，减小体积，进一步增大探测距离。这可能需要新的体制和新技术的支撑，这也正是新体制超视距雷达的意义所在，也是刘永坦获奖的重要原因。据报道，2011年刘永坦团队成功研制出中国具有全天时、全天候、远距离探测能力的新体制雷达，与国际最先进同类雷达相比，刘永坦研制的新体制雷达系统规模更小、作用距离更远、精度更高、造价更低，总体性能达到国际先进水平，核心技术处于国际领先地位。

（利用大气波导传播探测目标示意图）

除了上述两种超视距雷达以外，还有一种微波大气波导超视距雷达，其雷达波利用海水和大气之间超折射效应在有限高度、沿地球表面曲率传播，可以超视距探测海面和低空目标。上面我们谈到，工作频段几百兆赫兹到几十吉赫兹的微波雷达通常只能探测到电磁波直线传播范围内的目标。但是在实际使用（特别是海上使用）时，人们常常会观测到电磁波出现非直线传播的现象。凭借这种异常传播途径，微波雷达在很多情况下可以探测到地平线以下的、远远超出电磁波直线传播范围的海上目标。这种情况通常被认为是出现了大气波导现象。在某个区域产生大气波导时，该区域上空的大气折射率随高度的变化，正好满足了一些特定条件，使得雷达辐射出的电磁波落到某一层大气中，只能在该层大气的上下两个层面之间向远处传播，这样电磁波在大气波导中传播时，就能克服地球曲率的影响。工作在较高频段的微波超视距雷达可在100公里到400公里距离上探测到海面目标。

（现代级驱逐舰的音乐台雷达，图片来自网络）

总体来看，我们谈到的天波超视距雷达探测距离最远，而且对空、对海均可，既能探测弹道导弹发射，也能探测大型水面目标，还能探测超低空飞行的小型目标；地波超视距雷达以对海探测为主，兼顾和低空、掠海飞行的目标，探测距离稍逊色些；而微波大气波导超视距雷达主要针对水面目标，自身体积较小，便于舰载使用。综合运用这几种超视距雷达，在配合其他波段，不同体制的雷达，就能够建立比较完善的海空兼容的战略预警系统。