超視距雷達

超視距雷達

超視距雷達又稱超地平線雷達,是利用電磁波在電離層與地面之間的反射或電磁波在地球表面的繞射探測地平線以下目標的雷達。超視距雷達主要用於早期預警和戰術警戒,是對地地飛彈(特別是低彈道的洲際飛彈和潛地飛彈)、部分軌道武器(包括低軌道衛星)和戰略轟炸機的早期預警手段。

基本信息

簡介

雷達雷達
利用電磁波在電離層與地面之間的反射或電磁波在地球表面的繞射探測地平線以下目標的雷達,又稱超地平線雷達。超視距雷達主要用於早期預警和戰術警戒,是對地地飛彈(特別是低彈道的洲際飛彈和潛地飛彈)、部分軌道武器(包括低軌道衛星)和戰略轟炸機的早期預警手段。它能在飛彈發射後1分鐘發現目標,3分鐘提供預警信息,預警時間可長達30分鐘。超視距雷達在警戒低空入侵的飛機、巡航飛彈和海面艦艇時,可以在200~400公里的距離內發現目標。與微波雷達相比,超視距雷達對飛機目標的預警時間約可增加10倍;對艦艇目標的預警時間可增加30~50倍。它還能探測4000公里以內的核爆炸,通過測量電離層的擾動情況估計核爆炸的當量和高度。

類型

超視距雷達超視距雷達

超視距雷達有兩種基本類型:利用電離層對短波的反射效應使電波傳播到遠方的雷達,稱為天波超視距雷達(圖1);利用長波、中波和短波在地球表面的繞射效應使電波沿曲線傳播的雷達,稱為地波超視距雷達。

這兩種雷達各有2種工作方式,一種是利用目標的前向散射特性或目標穿越電離層時引起的電離層擾動特性探測目標,稱為前向散射超視距雷達,其收發系統分設在遙遠的兩地;一種是利用目標的後向散射特性探測目標,稱為後向散射超視距雷達,其收發系統設在一處(圖2)。

優點

超視距雷達超視距雷達

超視距雷達的主要優點是能克服地球曲率的限制,探測地平線以下的目標。天波超視距雷達的作用距離為1000~4000公里。地波超視距雷達的作用距離較短,但它能監視天波超視距雷達不能覆蓋的區域。超視距雷達的工作波長接近或大於目標尺寸,因此它的目標散射截面比微波雷達大1~2個數量級。

超視距雷達在使用上也存在不少問題,例如只能探測電離層以下即300~400公里以下的目標;只能獲得目標的方位和距離信息,很難獲得仰角信息;測量精度低、解析度差;電波通道不穩定,干擾因素多,氣候變化、北極光太陽黑子直接影響天波超視距雷達的性能,甚至使它不能正常工作;在中波、短波波段,頻譜擁擠,頻寬窄,互相干擾嚴重。此外,超視距雷達系統龐大,雷達站內還配建諸如電離層監測站和氣象站等支援設施。為了提高超視距雷達的效能,需要進一步增強系統對環境的自適應能力和抗干擾能力。

工作特點

超視距雷達超視距雷達

超視距雷達的工作很大程度上依賴於電離層狀態。由於電離層具有一定的電子濃度,且分為好幾層,各層的電子濃度隨時間、緯度、季節和太陽活動性能的變化而處於複雜狀態之中,因此超視距雷達的工作具有下述一些特點:

1.這種雷達在晝夜不停地運轉中,為了選擇最佳的工作頻率及電離層特性,要求具備對電離層實時的預測手段。由實時測得數據輸入計算機,使之自動改變發射機的工作頻率,控制天線的波束指向及改變信號形式。

2.由於超視距雷達作用距離遠,電波傳播途中衰減很大,因此,要求發射機的輸出功率很強,一般達到幾十兆瓦。同時,發射頻率要隨計算機的控制而做快速變化,這對發射機提出了很高的要求。

3.由於電磁波能量經電離層和地面反射後傳播的衰減很大,因此必須採用高靈敏度,高線性大動態範圍的接收技術,以便從強幹擾電平中提取極微弱的信號。

4.超視距雷達由於工作在短波段並為了獲得足夠窄的波束寬度,天線陣列十分龐大,因此,必須採用相控陣電掃描的方式工作。

套用

超視距雷達主要用於早期預警和戰術警戒,是對地地飛彈(特別是低彈道的洲際飛彈和潛地飛彈)、部分軌道武器(包括低軌道衛星)和戰略轟炸機的早期預警手段。它能在飛彈發射後1分鐘發現目標,3分鐘提供預警信息,預警時間可長達30分鐘。超視距雷達在警戒低空入侵的飛機、巡航飛彈和海面艦艇時,可以在200~400公里的距離內發現目標。與微波雷達相比,超視距雷達對飛機目標的預警時間約可增加10倍;對艦艇目標的預警時間可增加30~50倍。它還能探測4000公里以內的核爆炸,通過測量電離層的擾動情況估計核爆炸的當量和高度。

發展

超視距雷達的巡航飛彈防禦演示超視距雷達的巡航飛彈防禦演示

有媒體報導,美軍正在建造工作在米波段的AN/FPS-118超視距預警雷達。美國已研製成功一種海軍用的可調防的小型戰術超視距雷達;美空軍計畫為“愛國者”防空飛彈安裝35千兆赫的毫米波雷達導引頭,並開始進行雷射雷達預警系統的研究工作。

將雷達系統安裝在空中或空間平台上,是超視距雷達的另一個發展方向。將探測系統安裝在空中或衛星上進行俯視,可提高探測雷達截面較小目標的機率。美空軍的E-3A預警機(載高脈衝重複頻率的脈衝都卜勒雷達)和海軍正在研製的“鑽石眼”預警機(載有源相控陣雷達)以及高空預警氣球(載大型孔徑雷達),都能有效地探測隱形目標。這種安裝在空中或空間平台上的雷達系統就是新型超視距雷達,提高了現有雷達的探測能力。

在中國

中國超視距雷達中國對於超視距雷達的研究起步於上世紀70年代,需要指出的是這項研究得到了錢學森先生的大力支持,1982年中國完成試驗型天波超視距雷達,其在試驗中成功的探測到了1200公里外的民航飛機,經過不斷的完善和發展,天波超視距雷達已經定型裝備我軍戰略預警部隊。

在地波雷達研究方面,中國根據相關原理,按照陸用和艦用分別開展研究工作,80年代初哈爾濱工業大學根據,哈爾濱工業大學按照新的機理提出了研製方案開始了技術攻關,經過多年努力,攻克了多項關鍵技術,並在此基礎上進行了系統試驗。1990年中國在威海建立首座高頻地波超視距試驗站,並成功了跟蹤了超視距外的艦船和飛機等目標,並且在此基礎上還進行了艦載地波雷達的試驗工作,成功探測到上百公里外的船舶,為了國產地波超視距雷達的投入使用打下了堅實的基礎。

中國另外一個地波超視距雷達系統由武漢大學研製的OSMAR系統,該系統在1994年投放使用,成功探測到30公里外的目標,在此基礎上,武漢大學又研製了第二代OSMAR2000系統,該系統的最大探測距離提高到200公里以上,綜合性能已經達到國外90年代先進水平,但就總體而言,中國上述地形超視距雷達在一些主要性能比國外如俄羅斯的HFSWR仍舊有差距,體現在最大探測距離上就比後者要近,因此在為鷹擊-62岸艦飛彈部隊提供支持方面能力不足,這也許是為什麼中國要進口俄羅斯同類產品。

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