1月8日上午，2018年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)隆重召開。哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉永坦院士、中國人民解放軍陸軍工程大學(xué)錢七虎院士獲2018年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。這其中，劉永坦院士負(fù)責(zé)研究的“新體制雷達(dá)與系統(tǒng)試驗(yàn)”取得了重大突破，并建成了中國第一個(gè)新體制雷達(dá)站。在雷達(dá)研究中，他發(fā)展了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償理論，并針對(duì)大帶寬信號(hào)與系統(tǒng)提出了新的補(bǔ)償理論。

在央視的報(bào)道中，對(duì)這種“新體制雷達(dá)”有不少關(guān)于其用途以及我國在這一領(lǐng)域的科研進(jìn)展精確到具體年份的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，甚至連位于威海的雷達(dá)試驗(yàn)站的相關(guān)畫面也都予以公開了，但對(duì)于這種雷達(dá)究竟是怎么個(gè)“新體制”，央視新聞不知出于什么原因卻諱莫如深。

?▲ 雷達(dá)站的畫面，根據(jù)介紹，這個(gè)雷達(dá)站應(yīng)該就位于威海

不過在《文匯報(bào)》有關(guān)劉永坦的報(bào)道中，對(duì)這種“對(duì)航天、航海、漁業(yè)、沿海石油開發(fā)、海洋氣候預(yù)報(bào)、海岸經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展等領(lǐng)域也都有重要作用”的雷達(dá)的身份則有了明白的介紹——高頻地波超視距雷達(dá)。

?▲ 央視報(bào)道中的雷達(dá)畫面表明這臺(tái)雷達(dá)主要觀測(cè)的就是渤海內(nèi)部的情況

雷達(dá)作為當(dāng)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的重要探測(cè)手段，在對(duì)空和對(duì)海探測(cè)上都起著極為重要的作用，像中國這樣擁有漫長海防線的國家，建立覆蓋本國海岸線的對(duì)海和對(duì)空雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)無疑是對(duì)中國沿海情況進(jìn)行掌控的一個(gè)重要手段。不過傳統(tǒng)的雷達(dá)都有一個(gè)問題，那就是受制于地球曲率的影響，普通陸基和?；走_(dá)對(duì)海平面高度的目標(biāo)（包括水面艦艇和超低空飛行的飛機(jī)）的探測(cè)距離往往很難超過40公里。對(duì)空搜索雷達(dá)受此影響，對(duì)于遠(yuǎn)距離低空超低空目標(biāo)的探測(cè)效果往往不佳，而對(duì)海雷達(dá)則會(huì)因此無法探測(cè)遠(yuǎn)距離目標(biāo)。

?▲ 經(jīng)過比對(duì)，可以確定這套雷達(dá)試驗(yàn)站就位于威海北部的金海灘邊

一般情況下，將雷達(dá)天線的位置布置到高處就能起到“登高望遠(yuǎn)”的作用。在艦船上的搜索雷達(dá)為此需要在艦上占據(jù)高位（通常是桅桿頂部，或者至少是艦橋高處），陸基雷達(dá)則要么使用高塔架高，要么干脆布置在沿海的高山之上（這就是所謂的“高山雷達(dá)站”的由來）。這種“登高”的高級(jí)階段，就是干脆將雷達(dá)搬到飛機(jī)上，以預(yù)警機(jī)的形式進(jìn)行搜索。

?▲ 高山雷達(dá)站是延長普通雷達(dá)探測(cè)距離的一個(gè)手段

除此之外，另外的形式就利用其它的雷達(dá)探測(cè)原理，研制探測(cè)距離超越地平線的“超視距雷達(dá)”。超視距雷達(dá)里比較有名，原理上也較容易理解的是所謂的“天波超視距雷達(dá)”，其主要原理是利用電磁波在電離層與地面之間的折射，從而將雷達(dá)波投射到地平線以遠(yuǎn)的距離上，在理想條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)最遠(yuǎn)5000公里距離上的目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。

?▲ 三種雷達(dá)波，分別是天波、微波和地波

不過一方面天波雷達(dá)由于體制原因，需要龐大的雷達(dá)天線和巨大的雷達(dá)占地面積，且造價(jià)極為高昂，另一方面，由于雷達(dá)的探測(cè)依靠電離層的折射，導(dǎo)致其最小探測(cè)距離也要數(shù)百公里，在近距離上存在盲區(qū)；加上電離層在一年之內(nèi)的不同季度甚至一天的不同時(shí)間里都是不同的，因此一方面需要專門的電離層探測(cè)系統(tǒng)配合天波雷達(dá)使用，一方面雷達(dá)的探測(cè)精度和范圍也要受其影響。

?▲ 天波雷達(dá)造價(jià)高昂，卻是超視距探測(cè)中距離比較遠(yuǎn)的產(chǎn)品

相比之下，地波超視距雷達(dá)的原理則并不相同，它是利用高頻電磁波在導(dǎo)電海洋表面?zhèn)鞑r(shí)衰減較小的特點(diǎn)，使用2-30MHz波段垂直計(jì)劃天線輻射電磁波，使電磁波沿著地球曲面繞射傳播，從而超越視距地探測(cè)和跟蹤在海平面和視線以下的艦艇、飛機(jī)和導(dǎo)彈（包括低空飛行的反艦和對(duì)陸攻擊巡航導(dǎo)彈）。

?▲ 地波的原理也很簡(jiǎn)單，就是沿著地球曲面?zhèn)鞑?/p>

作為一種探測(cè)低空目標(biāo)的技術(shù)，地波超視距雷達(dá)的探測(cè)距離可以達(dá)到200-400公里，且由于傳播穩(wěn)定、工作波長較長，因而對(duì)現(xiàn)有的隱身技術(shù)不敏感，具有抗隱身、抗反輻射導(dǎo)彈的能力。加上該型雷達(dá)的造價(jià)一般來說比預(yù)警機(jī)便宜的多，且能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)不間斷的預(yù)警探測(cè)，因此是一種有不錯(cuò)效費(fèi)比的探測(cè)手段。

?▲ 預(yù)警機(jī)也能起到類似的作用，但是成本要高得多

這種技術(shù)的相關(guān)原理早在1955年就被發(fā)現(xiàn)，但地波超視距雷達(dá)實(shí)現(xiàn)起來困難頗多。工作在高頻段的地波超視距雷達(dá)的探測(cè)距離主要受自由空間傳播損耗、發(fā)射功率隨距離而增大的地波損耗和接收機(jī)受其他高頻用戶干擾的影響。在探測(cè)過程中, 噪聲干擾和雜波會(huì)淹沒目標(biāo)回波, 除雷達(dá)內(nèi)部產(chǎn)生的熱噪聲外, 高頻帶的接收性能還會(huì)受到外部噪聲的更大影響, 外部噪聲分成自然噪聲和人為噪聲, 而自然噪聲主要是大氣噪聲和宇宙噪聲, 大氣噪聲又隨季節(jié)、晝夜、頻率和地理位置的不同而變化。在市區(qū)和工業(yè)區(qū)附近人為噪聲成為主要噪聲。地波超視距雷達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需考慮的, 除為了有效發(fā)射地波必須靠近海岸線設(shè)置雷達(dá)站外,另一個(gè)重要問題是來自擁擠的高頻段通信、廣播和其他工業(yè)射頻噪聲造成的干擾問題, 為了使地波雷達(dá)正常工作, 需要預(yù)先實(shí)時(shí)估計(jì)傳輸信道。

?▲ 所以一般在試驗(yàn)階段，這種雷達(dá)都會(huì)選擇干擾較小的地方

正因如此，即使發(fā)達(dá)國家真正造出試驗(yàn)用的雷達(dá)系統(tǒng)都是20世紀(jì)80年代以后的事情。我國的地波超視距雷達(dá)研制起點(diǎn)也差不多就在這一時(shí)期。1986年，劉永坦開始主持“新體制雷達(dá)研究”，建設(shè)新體制雷達(dá)實(shí)驗(yàn)站。按照科研團(tuán)隊(duì)在“威海一個(gè)偏僻的小漁村”進(jìn)行雷達(dá)研制的描述和央視新聞中威海雷達(dá)試驗(yàn)站的照片，我們很快就能將這套雷達(dá)定位到威海北部一處名為“金海灘”的海岸邊，而這也就是劉永坦及其科研團(tuán)隊(duì)研制的國內(nèi)第一套高頻地波超視距雷達(dá)。

?▲ 衛(wèi)星照片上顯示的威海的地波雷達(dá)試驗(yàn)站

有關(guān)劉永坦及其科研團(tuán)隊(duì)研制的高頻地波超視距雷達(dá)，相關(guān)材料介紹得很清楚了：1990年4月3日，團(tuán)隊(duì)首次完成了中國對(duì)海面艦船目標(biāo)的遠(yuǎn)距離探測(cè)實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志著中國新體制雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)海探測(cè)技術(shù)的重大突破。1991年，該項(xiàng)目榮獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。1997年，劉永坦?fàn)款^開始研制實(shí)用型的新體制雷達(dá)。2011年，具有全天時(shí)、全天候、遠(yuǎn)距離探測(cè)能力的新體制雷達(dá)研制成功。2015年，團(tuán)隊(duì)再次獲得國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

?▲ 劉永坦介紹新體制雷達(dá)研制情況

在用作岸基雷達(dá)的時(shí)候，高頻地波超視距雷達(dá)作為一款價(jià)格相對(duì)低廉的雷達(dá)系統(tǒng)，能夠在沿海部署，作為不間斷監(jiān)視領(lǐng)海和200海里專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的重要產(chǎn)品；其400公里左右且能探測(cè)水面和低空目標(biāo)的能力則讓其能夠與最小探測(cè)距離數(shù)百甚至上千公里的天波雷達(dá)配合，形成無縫的雷達(dá)探測(cè)網(wǎng)絡(luò)。加上其整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，可以通過多輛機(jī)動(dòng)車輛各自運(yùn)載一組發(fā)射天線的形式，將地波雷達(dá)做成機(jī)動(dòng)雷達(dá)進(jìn)行快速部署。此外，中國和一些西方國家一樣，也正和美國、英國和俄羅斯一樣，在研究在水面艦艇上部署的高頻地波超視距雷達(dá)，用于在遠(yuǎn)距離上搜索、跟蹤反艦巡航導(dǎo)彈和其他超低空目標(biāo)。

▲ 超低空、反隱身、巡航導(dǎo)彈……好像有關(guān)系……

在官方材料中，“與國際最先進(jìn)同類雷達(dá)相比，劉永坦研制的新體制雷達(dá)系統(tǒng)規(guī)模更小、作用距離更遠(yuǎn)、精度更高、造價(jià)更低，總體性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，核心技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位”這樣的介紹，已經(jīng)毫無疑問介紹了中國在高頻地波超視距雷達(dá)領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力，而在不遠(yuǎn)的將來，使用這一原理的高頻地波超視距雷達(dá)將不再神秘，成為中國龐大雷達(dá)家族中的重要一支。

▲ 劉永坦視察基地情況

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