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' ?; h Y H2 v: C 百篇科普系列(107) 5 Q3 T' i+ g( t. \5 N, K
中国海面超视距雷达技术
* B8 o! y! o8 l0 ]# a. D: S 徐长发,华中科技大学,2020.9.5.
7 e* [& T5 U# d 建立海域防空识别区,关键是雷达。这种雷达要能够识别水面上的船只,超低空飞行的飞机;还有,要克服地平面弯曲的限制,实现“超视距”监测。
" J" h7 I3 l5 \. B 传统雷达要“看”得远,一般是把雷达的位置抬高,不仅困难大,而且能够增加的“可视”距离也不够远。 ( g; c& ^( B) g/ x0 R$ W# @
把传统雷达搬到飞机上,像预警机那样,是可以“看”远了,但是不能全天候监测。 0 x" S/ A+ z& K5 G# Z& X1 M! M4 o
如何实现超视距监测海面呢?分析雷达波有三种传播形式,分别是天波、微波和地波。天波是可以经过电离层反射的,这种电磁波一定可以探测超远距离的海面低空;微波是在空中径直传播的,这种电磁波只能探测空中,不能拐弯探测;地波是沿着地面,在海上是沿着海平面传播的电磁波,这种波也可以探测超视距的海面。 3 L+ D, y: ` W% F M8 ?( [- [# ]
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一.天波超视距雷达
0 h9 r" B7 Y6 W# v f 其主要原理是利用电磁波在电离层与地面之间的折射,从而将雷达波投射到地平线以远的距离上,在理想条件下实现对最远5000公里距离上的目标进行探测。
$ e$ x# v. J% c, k& @6 j( h9 [) l0 l5 @! Y, u 其不足是:1.因为传播的损耗大,所以需要庞大的雷达天线和巨大的雷达占地面积;2.电离层不稳定,会影响天波雷达的探测精度和范围;3.天气噪声、宇宙噪声大,还存在其它电磁波的干扰;4.存在近距离数百公里的盲区;5.造价高昂。
. K+ i9 g e, D# j" ]! r, c 二.我国高频地波超视距雷达 : K7 l Q% t8 Z# {# W) z
就像地震波中有一种沿着地面传播的“地波”一样,2-30MHz的高频电磁波也是沿着地球曲面传播的,而且在海洋表面传播时衰减较小。利用这种电磁波的雷达可以超越视距,监测海平面和视线以下的舰艇、飞机和导弹(包括低空飞行的反舰和对陆攻击巡航导弹)。 $ Y1 E6 C& N, {8 o) B. Z
原理简单实现难,主要困难在于干扰信号的排除方面。当雷达波照射到海上舰船目标时,舰船会产生回波,海面也会产生多种相位的回波,“海杂波”很复杂而且是很强的信号波,要想在很强的“海杂波”里把雷达目标分辨检测出来,这是难点。 5 J" J/ R& W$ G8 I$ m0 _% P3 ?, M
哈工大刘永坦院士的团队经过不懈努力,有效排除了海杂波、大气噪声及电台干扰,在复杂背景下有效地检测出目标,还实现了对运动目标的雷达成像,刘永坦院士荣获2018年度国家最高科学技术奖。官方强调,中国的这种高频地波雷达,是一种抗干扰、反隐身、抗低空突防、抗反辐射导弹的新型雷达,研究成果国际领先。 & ]" O$ ]' E3 k2 D; H
高频地波超视距雷达的优点:
: x7 [# \7 f- m6 G" ~! E% X 1. 探测距离可以达到200-400公里;
- q8 z. R- e- M5 C6 w+ _ 2. 规模小,作用距离远,精度高,造价低,成像直观;
6 d b# w/ H5 b4 [2 l& |$ T. C2 x; \( @ 3. 全天候探测,特别适合对专属经济区的监测;
) ^5 a2 Y" ]& S 4. 由于传播稳定、工作波长较长,因而对现有的隐身技术不敏感,容易识别“隐身飞机”、“隐身飞弹”、抗低空突防、抗反辐射导弹;
7 V2 n: A! y7 V 5. 正好弥补天波雷达的盲区;
+ y$ c$ s+ E$ ~$ ?) d 6. 装置在舰艇上,也可以装置在大型渔船上,轻松地直观监测海面低空的,诸如船只、冰堆、飞行物的动态。
, c; s# G4 X9 F' G1 ]3 a 最后说明,有人称我国的高频地波超视距雷达是“新体制雷达”。所谓新体制是相对于传统体制而言的。传统体制的雷达都是简单接受发射波,发射波和接受波都是直来直去,观测到的目标仅仅是一个光斑,目标的型号信息很难判断,改变了这种体制的都统称为新体制雷达。
% P9 T5 e+ K/ w1 U% w 新体制雷达的品种很多,例如发射和接受分开两个位置,采用反隐身机制的波频,克服视野盲区,雷达实时二维或三维成像,直观看清几千公里外的空中飞鸟,具有这些改进功能的雷达都是新体制雷达。
- u% |6 |9 K0 |+ Q# w5 @& c 新体制雷达不仅代表着现代雷达的一个发展趋势,而且对航天、航海、军事、渔业、沿海石油开发、海洋气候预报、海岸经济区发展等领域都有重要作用。 3 q/ u! V$ k/ S7 h3 f2 h
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