百篇科普系列(107)— 中国海面超视距雷达技术 - 海洋气象雷达

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百篇科普系列(107)

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中国海面超视距雷达技术

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徐长发,华中科技大学,2020.9.5.

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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。

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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。

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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。

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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。

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一.天波超视距雷达

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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。

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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。

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二.我国高频地波超视距雷达

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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)。

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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。

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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。

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高频地波超视距雷达的优点:

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1. 探测距离可以达到200-400公里;

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2. 规模小,作用距离远,精度高,造价低,成像直观;

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3. 全天候探测,特别适合对专属经济区的监测;

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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;

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5. 正好弥补天波雷达的盲区;

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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。

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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。

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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。

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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。

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龚超群
活跃在2025-1-26
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