新體制雷達(dá)，捕捉隱形戰(zhàn)機(jī)的“鷹眼”

崔原豪

1月8日，劉永坦院士榮獲2018年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎。他設(shè)計并研制的對海探測新體制雷達(dá)，一時引起國內(nèi)外關(guān)注。

對公眾來說，雷達(dá)早已不是一個陌生詞，它可以通過發(fā)射電磁波并分析目標(biāo)處的回波來判斷目標(biāo)類型、速度等信息。那新體制雷達(dá)又是什么呢？它是靠哪些優(yōu)點斬獲國家最高科學(xué)技術(shù)獎的？

從相關(guān)報道中得知，這種新體制雷達(dá)的主要特點是“超視距”，即超越地球曲率導(dǎo)致的雷達(dá)探測距離極限。

在傳統(tǒng)科幻小說中，雷達(dá)站總是建在荒無人煙的山頭上。這是因為電磁波在自由空間的傳輸呈直線狀，而地球本身是一個球體，受地球曲率影響，電磁波無法照射到低于地平線的區(qū)域，這被稱為雷達(dá)視野盲區(qū)。為了解決這個問題，傳統(tǒng)想法是把雷達(dá)設(shè)置得盡可能高一點。

“高”的另外一種方法，就是利用被稱作“空中指揮中心”的預(yù)警機(jī)，把雷達(dá)放在空中平臺，就可以克服地球曲率，從而擴(kuò)大探測面積。但科學(xué)家并不滿足：如果雷達(dá)本身可以通過信號處理算法獲得超視距能力，豈不是再好不過？這就是超視距雷達(dá)誕生的原因。

超視距雷達(dá)對國防意義重大，在目前所有雷達(dá)體系中，它探測低空、遠(yuǎn)距離目標(biāo)能力最強(qiáng)，單位覆蓋面積所占成本最低，而且能夠探測隱身飛行器。美國國防部已經(jīng)將超視距雷達(dá)列入關(guān)鍵技術(shù)計劃項目中，它將是21世紀(jì)最重要的應(yīng)用雷達(dá)之一。

其實，早在20世紀(jì)50年代，超視距雷達(dá)的研究就已經(jīng)開始，并在70年代左右投入使用。美國、法國、澳大利亞等國家都開發(fā)了自己的超視距雷達(dá)。根據(jù)采用頻段和設(shè)計機(jī)制的不同，可以分為天波超視距雷達(dá)和地波超視距雷達(dá)。

天波超視距雷達(dá)工作原理示意圖

美國海軍部署在德克薩斯的AN/TPS--71、澳大利亞的金達(dá)利就是天波超視距雷達(dá)。這類天波超視距雷達(dá)主要工作在3-30MHz的高頻頻段，波長通常為數(shù)米到數(shù)十米，通過電離層反射雷達(dá)波束獲得“超視距”。正常情況下，電磁波經(jīng)過電離層一次反射，探測距離可達(dá)3000公里，經(jīng)過電離層二次反射，探測距離可達(dá)6000公里。

但天波雷達(dá)也存在一些缺點。它的設(shè)備普遍過大，功率高，造價貴，并且嚴(yán)重依靠電離層反射效應(yīng)，導(dǎo)致近距離目標(biāo)存在盲區(qū)，同時電離層變化會影響測量精度。這時候就要提到地波雷達(dá)了。

地波雷達(dá)一般工作在3-15MHz的短波頻段。它體積相對較小，重量輕，是水面預(yù)警體系中最重要的遠(yuǎn)程探測設(shè)備，可以彌補(bǔ)天波雷達(dá)存在近百公里的視野盲區(qū)、信號傳輸不穩(wěn)定等缺點。由于地面上存在諸多障礙物，電磁波會嚴(yán)重衰減，所以地波雷達(dá)主要用于遠(yuǎn)程海洋探測。劉永坦院士研發(fā)的新體制雷達(dá)就被稱作“海防千里眼”。

天波和地波超視距雷達(dá)在國家遠(yuǎn)程預(yù)警體系中的地位日益突出。將它們結(jié)合起來使用，可以建立起全天候、全時段的遠(yuǎn)程預(yù)警體系，對國家遠(yuǎn)大陸架海洋和領(lǐng)空監(jiān)控發(fā)揮重要作用。