大气波导与微波超视距雷达VIP免费

以大气电离层为“反射镜”，工作于高频(HighFrequency,HF)波段的OTH-B天波超视距雷达的典型探测半径可达1800海里(e.g.MD空军的AN/FPS-118)，但天线阵体型过于庞大，尺度以千米计，无法安装于机动式武器-传感器平台(如水面战舰)之上。MD海军AN/TPS-71ROTHR(RelocatableOver-the-HorizonRadar)“可再部署型”天波超视距雷达。地波超视距雷达的典型探测半径为180海里(绿色)，庞大的HF天线阵同样无法应用于水面战舰等空间紧张的机动平台。由于工作波长达数十米，高频超视距雷达的分辨率相当糟糕，且很难捕捉到小尺寸目标(如反舰导弹)。高频超视距雷达的性能缺陷十分明显，空中预警平台成本则高昂，数量有限，且要伴随舰队长时间远洋活动须获得大型CATOBAR航母的支持，舰载微波超视距雷达的吸引力不言而喻。无线电波在大气中传播的速度接近，但不等于其在真空中的传播速度。随着大气温度，湿度，压强的变化，无线电波传播速度相应改变，大气对无线电波的折射率也就发生变化。接近地球表面的大气折射率为1.000250至1.000400，变化幅度看似微小，却足以引起无线电传播路径的弯曲。通常情况下大气折射率随着海拔升高而逐渐降低，造成无线电传播路径向下方弯曲(见上图)。理想大气条件下这一折射作用的效果是使雷达地平线/水天线的距离比光学地平线/水天线高出约1/6，但如果某一高度区间内大气的温度和/或湿度迅速变化，则可导致其内无线电传播路径的弯曲度超过地球曲率，令雷达波束折向地面/水面方向，从而实现超视距探索。n=大气折射率，数值为光速/大气中的无线电传播速度p=干燥空气压强T=大气绝对温度es=大气中的水蒸气分压通常所谓利用大气散射实现微波雷达超视距探测的说法实际上是错误的。由大气构成不均一导致的对流散射(下)虽能够有效地扩展微波通讯的覆盖半径，却因反射信号强度大幅度下降且传播路径无法确定而难以用于雷达探测(被动电子侦察手段却可利用散射信号推算发射源方位，不过这也是十分耗时费力的工作)。真正的微波超视距雷达所依赖的，是由折射率迅速变化的气层提供的大气波导通道(上)。以温度/湿度跃变层和地/水面(或另一温度/湿度跃变层)为边界的大气波导通道能够实现雷达信号的远距传播，二战时美军水面战舰曾因此将远处(水天线之下)的海岛当成日军舰队，在雷达控制下向空无一物的大海中发射了518枚356毫米和487枚203毫米炮弹。尽管如此，微波超视距雷达实用化依然障碍重重。由于仅以极小角度(通常不超过1度)入射的信号才能在大气温度/湿度跃变层作用下进入波导通道(见上图)依靠波导通道传播的雷达信号之路径受到非常严格的限制，在直射信号的水天线边界和波导信号的第一下触区之间形成了宽达数十海里的盲区(Skipzone)。而折射率跃变层的存在造成的信号弯折，则在波导信号和非波导信号之间造成了雷达信号无法进入的另一盲区(Radarhole)。大气波导通道在使超视距微波探测成为可能的同时，也制造了视线Line-of-sight探测区域内的信号“黑洞”。美军先进折射效应预测系统AREPS(AdvancedRefractiveEffectsPredictionSystem)显示的探测概率与目标距离的关系，亮区为高探测概率区，横坐标为目标距离(海里)，纵坐标为海拔高度(英尺)，雷达安装高度为24.4米/80英尺，目标为典型反舰导弹，折射率跃变层高度约在200-300米。目标掠海飞行时，在不足20海里的视线探测区和约60海里的波导信号第一下触区之间，存在宽达40海里的覆盖空白，且波导信号第一下触区宽度十分有限，不足以为防空拦截提供足够的时间窗口(假定目标在70海里外被发现，波导信号第一下触区宽10海里，水面战舰在发现目标后立即发射舰空导弹，且不考虑舰空导弹的加速时间，则对空武器飞行速度仍需达到来袭反舰武器的6倍以上，方能在目标进入Skipzone前实现拦截，如果反舰导弹突防速度为2.5马赫，舰空导弹的巡航速度就必须超过15马赫!在稠密大气中以15马赫速度狂飙不论从导弹结构还是传感器工作环境角度考虑，都糟糕至极)。理论上雷达信号从第一下触区反射向上后，可继续在波导通道内向更远处传播，实现更远距离上的威胁预警。实际上由于波涛翻滚的海面导致的信号散射，多数辐射能将以较大入射角逸出该波导通道，第...