1、地球曲率對雷達探測的影響

雷達的探測距離會受到地球曲率的影響。下圖中地面雷達(Ground-based radar)的覆蓋范圍是灰色部分，紅色部分是預警機雷達的覆蓋范圍(含灰色部分)。圖中200km附近的低空巡航導彈(Cruise missiles)雖然在地面雷達的最大探測范圍之內(nèi)，但地面雷達“看不到”，但在高處的預警機則可以看到。

預警機將整套雷達系統(tǒng)放置在飛機上，借由飛行高度，從空中搜索各類空中、海上或者是陸上目標，提供雷達較佳的預警與搜索效果。上圖中一艘戰(zhàn)艦和兩架戰(zhàn)機都超出了地面雷達的最大探測距離。

那么，問題來了：下圖中雷達高度hR=1km，地球半徑a=6400km，k=4/3，探測R=2000km處的飛機目標，求解雷達能探測到飛機的最低高度ht？

代入上圖計算結(jié)果為：205km。若飛機目標低于該高度，雷達即使探測距離足夠，也看不到它。大家注意到該公式中有一個k=4/3，這是考慮了“三分之四地球模型”，即：有效地球半徑=4/3*實際地球半徑。

這是因為地球的大氣層會對雷達波彎曲和折射，從而一種簡化的方式是采用虛擬地球代替實際地球，使用虛擬地球模型時，假設雷達波是直線傳播的。

2、超視距雷達如何克服？

“超視距雷達”是如何克服地球曲率影響，對更遠處低空目標進行探測的呢？

20世紀，高頻通信利用電離層的折射效應獲得了驚人的作用距離。但發(fā)射信號經(jīng)由電離層反射并檢測相同路徑的后向散射回波的想法，直到20世紀60年代相干處理實現(xiàn)后才變得可能。隨著數(shù)字信號處理的出現(xiàn)，相干積累時間不再受到限制。

天波超視距(Over the horizon,OTH)雷達系統(tǒng)發(fā)射信號經(jīng)電離層反射后，照射地面或近地面目標，目標二次散射回波經(jīng)由電離層反射后，被雷達系統(tǒng)接收并實現(xiàn)目標的檢測。這類雷達系統(tǒng)屬于天波超視距后向散射(OTH-B)雷達系統(tǒng)。

其采用的HF頻段為6~30MHz，在該頻段的1°波束寬度要求510米的天線孔徑，而當頻率采用6MHz時，天線尺寸將達到2550米。天線采用相控陣，方位上窄波束，俯仰上則可以采用寬波束。當30MHz的工作頻率時，高25.5米的天線，提供20°的俯仰波束。

天線尺寸巨大，但其增益和效率相對較低，電波從電離層折射或反射的過程也是有損的，同時又要求具有相當遠的作用距離，因此需要高平均功率進行合成，這意味著系統(tǒng)需要具有高占空比，長持續(xù)時間的脈壓波形是系統(tǒng)的最佳選擇。調(diào)頻連續(xù)波信號(FMCW)是最為常用的解決方案。

OTH-B雷達的工作機理使得其從上到下照射地面雜波，這些雜波對接收機設計來說是一個重要因素，接收機噪聲系數(shù)和接收天線增益變得不再那么關鍵，為獲得高多普勒分辨率，OTH-B雷達采用相當長的相干處理時間，而電離層和目標特性將對相關處理時間產(chǎn)生限制。

3、超視距雷達系統(tǒng)

例如超視距雷達AN/FPS-118不僅能發(fā)現(xiàn)3000多千米以外的巡航導彈，而且能在大部分時間跟蹤它們，這些巡航導彈的RCS(雷達散射截面積)小于B-2轟炸機，但高于F-117A隱身戰(zhàn)斗機。

美國東海岸超視距雷達AN/FPS-118的接收天線陣3組天線的跨度均為1500多米，天線陣的有效覆蓋扇區(qū)均為60度。發(fā)射天線陣由6組偶極子線列陣構(gòu)成，每組偶極子陣列包含12個陣元，3分貝波束角7.5度，負責5-28兆赫之間的1個頻段，最大連續(xù)波發(fā)射功率1.2兆瓦。

西海岸的AN/FPS-118系統(tǒng)發(fā)射天線陣總跨度為1100多米，高度超過10米，其后方的電磁輻射屏障高40多米。接收陣列的跨度為2440米，角度分辨率較更早建造的東海岸系統(tǒng)顯著提高。接收天線陣元為高度5.4米的單極子。

超視距雷達探測距離遠、覆蓋面積大，具有天然抗低空突防、抗隱身飛行器、抗反輻射導彈等特點。主要用于戰(zhàn)略預警及遠程戰(zhàn)術警戒情報雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)對遠程目標的早期預警，使預警時間提高到小時量級。

超視距雷達除了天波超視距雷達，還有地波超視距雷達和微波超視距雷達。天波超視距雷達是利用空間電離層對短波的反射構(gòu)成的；地波超視距雷達是利用短波中更低的頻段沿地面有較好的繞射作用，使電磁波沿曲線傳播。微波超視距雷達是利用大氣對微波傳播有時構(gòu)成的超折射現(xiàn)象而構(gòu)成的，在溫暖海洋的表面有較多的低空空域探測機會。

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