结合FPS-118典型系统,分析超视距(OTH)雷达的特点
我们“雷达通信电子战”微信公众号之前的文章《一图读懂:雷达视距对目标探测的影响》中谈到雷达的探测距离会受到地球曲率的影响。今天我们结合AN/FPS-118典型系统,来看看超视距雷达有哪些特点以及它是如何克服地球曲率影响的。
超视距雷达
超视距雷达(Over-the-Horizon, OTH)利用电磁波在电离层与地面之间的反射或电磁波在地球表面的绕射来探测目标。其最大的特点是不受地球曲率的限制,从电离层(高度80~360km)到地(海)表面全高度地探测空中(飞机、导弹)和海面目标(各种舰船)。
超视距雷达探测距离远、覆盖面积大,具有天然抗低空突防、抗隐身飞行器、抗反辐射导弹等特点。主要用于战略预警及远程战术警戒情报雷达系统,实现对远程目标的早期预警,使预警时间提高到小时量级。
超视距雷达一般分为3种,即天波超视距雷达、地波超视距雷达和微波超视距雷达。天波超视距雷达是利用空间电离层对短波的反射构成的;地波超视距雷达是利用短波中更低的频段沿地面有较好的绕射作用,使电磁波沿曲线传播。微波超视距雷达是利用大气对微波传播有时构成的超折射现象而构成的,在温暖海洋的表面有较多的低空空域探测机会。
天波超视距雷达以后向散射为主(OTH-B),一般工作在短波波段(10~100m),工作频率为3~30MHz,在电离层受到的吸收作用小,有利于电离层反射,经过多次反射,传播距离远。但由于OTH-B雷达需要非常大的天线,每个单独天线的高度通常高达10-20米,而整个雷达阵列通常在1~3千米长。此外,接收和发射阵列需要分开并且彼此相距150-200千米左右。
探测距离远
超视距雷达AN/FPS-118不仅能发现3000多千米以外的巡航导弹,而且能在大部分时间跟踪它们,这些巡航导弹的RCS(雷达散射截面积)小于B-2轰炸机,但高于F-117A隐身战斗机。超视距雷达能探测远距离的舰船。
美国东海岸超视距雷达AN/FPS-118的接收天线阵3组天线的跨度均为1500多米,天线阵的有效覆盖扇区均为60度。发射天线阵由6组偶极子线列阵构成,每组偶极子阵列包含12个阵元,3分贝波束角7.5度,负责5-28兆赫之间的1个频段,最大连续波发射功率1.2兆瓦。
西海岸的AN/FPS-118系统发射天线阵总跨度为1100多米,高度超过10米,其后方的电磁辐射屏障高40多米。接收阵列的跨度为2440米,角度分辨率较更早建造的东海岸系统显著提高。接收天线阵元为高度5.4米的单极子。
反隐身
隐身飞机可采取多种手段来获得隐身效果,但超视距雷达是具有反隐身飞机潜力的。由于超视距雷达工作波长为10~100m,这个波长同大部分飞机的外形尺寸或主要结构的尺寸接近或略长一些。此时目标的外形及其细节对雷达散射截面(RCS)的影响不大,隐身的效果会大大降低。
另外,由于超视距雷达的电波自上而下照射目标,这样隐身目标的RCS仍然较大。例如,B-2轰炸机在机头方向的RCS可能小于0.1平方米,而从上方或下方照射时,它的RCS可能高达几平方米。
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一图读懂:雷达视距对目标探测的影响 一图读懂:雷达视距对目标探测的影响
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