超视距雷达

超视距雷达的“视距”不是指人类眼睛的视力距离，而是指观察物体的直线距离。超视距雷达有一个十分传神的英文名称：Over The Horizon Radar，意为超越地平线雷达，简称OTH。这种雷达借助电磁波在传播中的折射和绕射现象探测超过地平线的目标，目前主要有两种，即天波雷达和地波雷达。

自然界有很多物理现象是很奇妙的，其中有两个现象可以用来发展超视距雷：电离层与绕射。利用电离层对短波的反射效应使电波传播到远方的雷达，称为天波雷达；利用长波、中波和短波在地球表面的绕射效应使电波沿曲线传播的雷达，称为地波雷达。天波雷达的作用距离为800~6000km。地波超视距雷达的作用距离较短，但它能监视天距雷达不能覆盖的区域。

1　天波雷达（OTH-B）

电离层（Ionosphere）是地球大气的一个电离区域，在大气层高度在60km以上就进入电离层。经过多年的研究和探索，人们发现电离层对无线电波传播有一定的影响，其中一个明显的特性就是电离层能够反射频率在30MHz以下的电波。

科学家利用频率在3~30MHz（HF高频波段）波段的电磁波设计雷达，发射电波是经过电离层的折射，从天而降，因此称为“天波雷达”。这种雷达又称为“超越地平线的折射雷达”，英文代号为OTH-B，此处B是英文Backscatter，意思就是折射。

雷达在HF这个波段发射电磁波，电波被大气层中的电离层反射照射到海面，海面上如果有船只就把电波反弹回到大气层，再经过电离层反射回地面被地面上的接收器收到，经过一番计算和判定就能侦察出海面上这些船只的位置与速度。这种雷达的探测距离可以达到6000km。

地球电离层

天波雷达工作原理

“天波雷达”有下面几个特性。

（1）天波雷达的理论探测距离是800~6000km。由于它需要一个发射仰角来进行反射，所以它无法探测800km以内的目标（盲区），但800km以外的目标探测确不存在盲区。

（2）由于电离层的电子密度随着日光的照射不同，白天与晚上、夏季与冬季会产生差异，更会随着太阳黑子的活动而发生变化。另外，电离层的高度也会有变化。所以计算电离层的折射是非常复杂的。

（3）由于电离层的折射计算复杂，易受人为和其他电子对抗设备的干扰，天波雷达的定位精度较差，大约是20~30km。但使用特殊的算法可以提高精度，达到2~3km。一般来说，天波雷达必须要与其他预警手段配合使用。

（4）天波雷达虽然定位精度不高，但是测量速度的精度却很高，这就有助于目标识别。商船的最高航速通常是20节，而军舰的航速超过30~35节，所以利用速度很容易就可以区分军舰与普通商船。

（5）天波雷达的天线体积庞大，通常高数十米，长一两千米，雷达站内还配建诸如电离层监测站和气象站等支援设施。因此，为了保证安全，天波雷达一般部署在内陆地区。

（6）超视距雷达工作在HF高频波段，工作波长为10~60m。现代的隐形飞机主要对抗频率为0.2~29GHz的厘米波火控雷达，对米波雷达几乎没有作用。当雷达波束的波长接近于飞机的构件尺寸时，这些构件就像天线一样，开始吸收并反射无线电波。当雷达波长达到“天线”尺寸的两倍时，其效果更佳。隐形飞机的尺寸与超视距雷达的波长相近，因此很容易被这种雷达发现。

（7）天波雷达的雷达波经过电离层反射后从上方照射到飞行器上，因此它是探测隐身武器的有力工具。例如，美国B-2隐形轰炸机在机头方向的雷达反射面积（RCS）可能小于0.1m2，而从上方或下方照射时，它的RCS高达几平方米。

美国空军AN/FPS-118天波雷达系统（2010年10月1日，缅因州）

1990年，美国空军在东部的缅因州部署了首部AN/FPS-118雷达系统，后陆续建成了东西海岸系统（ECRS/WCRS），每个系统由三个60°的雷达阵面组成，实现180°的完整覆盖。AN/FPS-118雷达系统主要担负战略预警任务，用于检测美国海岸线以外的来袭远程战略轰炸机，该雷达为美国空军战术防空司令部提供相应的作战能力。

AN/FPS-118超视距雷达基本反映了美国超视距雷达的发展水平、具有代表性。

AN/FPS-118超视距雷达由发射站（包括发射无线、发射机等设备）、接收站（包括接收天线、接收机等设备）、操作控制中心（包括计算机，显示器等设备）组成。发射站和接收站分别设在两地，相隔117km。

AN/FPS-118超视距雷达作用距离926~3333km，工作频率5~28MHz（分成6个频段），峰值功率100MW。水平方向波束宽7.5°，覆盖范围180°；垂直方向仰角覆盖6°~25°，探测高度60~350km。

AN/FPS-118超视距雷达具有探测、监视地平线以下目标的能力，能够在远距离发现低空、超低空目标；雷达对亚音速威胁预警时间约33h，对超音速威胁警报时间的12h，对洲际导弹预警为30min；雷达具有一定的反隐身目标能力。

随着冷战的结束，在部署仅仅几个月后，美国空军就对西海岸的超视距雷达进行了封存，在缅因州的超视距雷达被重新定位到缉毒侦察。

美国海军AN/TPS-71超视距雷达

澳大利亚“金达利”（Jindalee）远程超视距雷达系统及其覆盖范围

澳大利亚在1997年完成了代号为“金达利”的远程超视距雷达（OTH-B）的研制工作，在1998~2000年间部署了三套系统，组成“金达利”作战雷达网（JORN，Jindalee Operational Radar Network）。

每套系统包含一个独立的发射器和一个接收站，可以覆盖澳大利亚北部和西部的海域和空间。“金达利”的发射功率为560kW，相比美国的AN/FPS-118超视距雷达的1MW低了不少，但其探测距离远远超过后者，并大大提高了信号处理能力。据澳大利亚国防部发布的数据，“金达利”的探测范围为800~5500km（3400mi），据说它的雷达精确到可以显示飞机降落到某个机场时的航线变化情况。

苏联“电弧”（Duga）天波超视距雷达在20世纪60年代建造了3座，用于警戒美国发射的洲际弹道导弹。一套在远东地区阿穆尔河畔共青城附近；另两套在乌克兰境内，其中一套位在尼古拉耶夫市，另一套在切尔诺贝利核电站，前者于1989年拆除，后者在1986年切尔诺贝利核事故后停用。因此实际在役的Duga系统只有一套，而且精确度不高，无法发现飞机等小目标，不满足现代需要。

俄罗斯目前计划用新的“集装箱”（Konteiner）天波雷达系统对领空进行无缝覆盖，据计算需要10~12套。

2　地波雷达（OTH-SW）

在波的传送中有一种物理现象叫作“绕射”（diffraction），是指当波在传送时如果遇到阻碍物有一部分能量会弯曲绕过阻碍物到达它的后方，也就是说，任何阻碍物不会形成100%的“阴影”。

“绕射”的现象在声波上非常明显，我们可以很容易用实验证明声波的绕射。在一个非常空旷的空间，把左边的耳朵塞住，然后在左耳旁边敲击物体，右耳可以听到敲击声，这个敲击声不会被头颅完全挡住，一部分声波绕过听者的头颅传达到了右耳。

电波的绕射和声波是类似的，科学家不但证明电波有绕射的现象，而且测量出波长越长的电磁波“绕射”的现象越显著。

由于高频波段的波长是最长的，科学家就利用这个波段“绕射”最强的现象设计雷达来侦查地平线以外的目标并取得了相当程度的成功。由于侦测电波是沿着地球表面传送的，所以称之为“地波雷达”。地波雷达探测的距离超过地平线，所以也称为“超越地平线的地波雷达”（英文缩写为OTH-SW），此处SW代表Surface Wave，意思就是地波。

左图示意建立在海边的雷达站通过直射电磁波侦测不到地平线以下的军舰和飞机，但是如果海边的雷达站是地波雷达，有一部分电波透过绕射现象可以照射到地平线下远距离的军舰和飞机，它反射的回波同样经过绕射再被雷达站接收到，经过计算就可以得出目标的位置和速度。

电波的“绕射”是一种非常微弱的现象，通常使用的雷达波段几乎不存在，即使波长最长的高频波段它的绕射能量也很小，所以对海面船舰的探测距离不大，目前能够达到300km。

地波雷达因为没有电离层复杂和不稳定的物理现象，所以定位比较容易，也比较精确，只是探测距离较短，但对于大型水面船只还是很有用的。

地波雷达

地波雷达工作原理示意