新體制雷達，捕捉隱形戰(zhàn)機的“鷹眼”

崔原豪

1月8日，劉永坦院士榮獲2018年度國家最高科學技術獎。他設計并研制的對海探測新體制雷達，一時引起國內外關注。

對公眾來說，雷達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處的回波來判斷目標類型、速度等信息。那新體制雷達又是什么呢？它是靠哪些優(yōu)點斬獲國家最高科學技術獎的？

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

在傳統(tǒng)科幻小說中，雷達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，這被稱為雷達視野盲區(qū)。為了解決這個問題，傳統(tǒng)想法是把雷達設置得盡可能高一點。

“高”的另外一種方法，就是利用被稱作“空中指揮中心”的預警機，把雷達放在空中平臺，就可以克服地球曲率，從而擴大探測面積。但科學家并不滿足：如果雷達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？這就是超視距雷達誕生的原因。

超視距雷達對國防意義重大，在目前所有雷達體系中，它探測低空、遠距離目標能力最強，單位覆蓋面積所占成本最低，而且能夠探測隱身飛行器。美國國防部已經將超視距雷達列入關鍵技術計劃項目中，它將是21世紀最重要的應用雷達之一。

其實，早在20世紀50年代，超視距雷達的研究就已經開始，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。根據采用頻段和設計機制的不同，可以分為天波超視距雷達和地波超視距雷達。

天波超視距雷達工作原理示意圖

美國海軍部署在德克薩斯的AN/TPS--71、澳大利亞的金達利就是天波超視距雷達。這類天波超視距雷達主要工作在3-30MHz的高頻頻段，波長通常為數米到數十米，通過電離層反射雷達波束獲得“超視距”。正常情況下，電磁波經過電離層一次反射，探測距離可達3000公里，經過電離層二次反射，探測距離可達6000公里。

但天波雷達也存在一些缺點。它的設備普遍過大，功率高，造價貴，并且嚴重依靠電離層反射效應，導致近距離目標存在盲區(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了。

地波雷達一般工作在3-15MHz的短波頻段。它體積相對較小，重量輕，是水面預警體系中最重要的遠程探測設備，可以彌補天波雷達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，電磁波會嚴重衰減，所以地波雷達主要用于遠程海洋探測。劉永坦院士研發(fā)的新體制雷達就被稱作“海防千里眼”。

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