超視距雷達(OTH)，早期稱為超地平線雷達。它利用電磁波在電離層與地面之間的反射或電磁波在地球表面的繞射來探測目標。OTH雷達一般工作在短波波段，工作頻率為3～30MHz。這種雷達最重要的優點是不受地球曲率的限制，從電離層（高度80～360km）到地（海）表面全高度地探測空中（飛機、飛彈）和海面目標（各種艦船）。該雷達探測距離遠（800～3500km）、覆蓋面積大（單部雷達60°方位扇區可達560萬平方千米），具有天然抗低空突防、抗隱身飛行器、抗反輻射飛彈等優點。它主要用於戰略預警及遠程戰術警戒情報雷達系統，能以最經濟的手段，最高的效費比實現對境外遠程目標的早期預警，使國土防空（海）的預警時間提高到小時量級。主要作用於進行海上空中交通控制和通信，引導已方飛機攔截，遙測海洋狀態和對付反輻射飛彈的威脅。由於其獨特的性能，使其在國土防禦體系中占有重要的地位。世界上擁有先進雷達技術的國家，如美國、俄羅斯、澳大利亞、英國、法國、日本等，都先後研製和部署了OTH雷達系統。
基本介紹
- 中文名：超地平線雷達
- 外文名：Over The Horizon （OTH）
- 工作頻率：3至30MHz
- 探測距離：800至3500千米
- 類型：天波超視距雷達、地波超視距雷達
- 套用：早期預警和戰術警戒
雷達分類,歷史背景,主要作用,各國研製情況,未來發展,
雷達分類
OTH雷達的分類有幾種方式：如按目標信號在電離層的散射形式，超視距雷達可分為後向散射超視距和前向散射超視距。如果按電離層對電磁波反射效應，超視距雷達可分為天波超視距雷達和地波超視距雷達。通過電離層來反射大功率電波，並折返回地面，從而覆蓋大片區域的，稱為天波超視距雷達；而通過地球表面的繞射效應使電波沿著曲線傳播的，稱為地波超視距雷達。由於地波超視距雷達的覆蓋範圍相對較小，作用距離只有200～400km，所以除前蘇聯的超視距雷達採用天波—地波聯合工作體制外，其它的超視距雷達大多數為後向散射天波超視距雷達(OTH—B)。
歷史背景
冷戰時期，美國和前蘇聯從各自的國土防空目的出發，都曾積極發展OTH雷達。由於前蘇聯的解體，原來針對美國的遠程轟炸機和洲際飛彈的威脅明顯減少，且研製和維護超視距雷達的費用極其昂貴，所以，美國國防部對其部署的超視距系統作了一系列調整：其東部系統已幾乎處於“休眠”狀態，西部系統在裝備幾個月後就處於“保持運行”環境，防止設備部件損壞，一旦需要可立即啟用”的“熱儲存狀態”，而其它部分的系統則被取消。
在美國空軍的超視距雷達處於“休眠”狀態時，美國海軍的ROTHR雷達則受到軍事界的廣泛關注。這一變化的根本原因在於美國所面臨的主要威脅發生了根本性變化。美國的重大威脅是來自騷動不安的南美和加勒比海地區，所以美國為了維護自身的安全和利益，花費了不少的軍費在開發和維護面向加勒比海地區的ROTHR系統。
主要作用
- 覆蓋範圍大
超視距雷達的覆蓋範圍遠遠超過預警機。例如，美國建在阿拉斯加的海軍ROTHR覆蓋範圍可達163萬平方千米，包括日本的東太平洋和堪察加半島附近的鄂霍次克海。覆蓋面積相當於地球表面的1.1%，這樣大的覆蓋面積，需要使用12架E—3A(AWACS)預警機。文獻記載，對於方位覆蓋角為120°，地面距離覆蓋域為1000～4000km的超視距雷達，它所能覆蓋的總面積達到1600萬平方千米。而且，從海面到空中可全高度探測。
3.2 探測海上超低空目標和艦船
低空入侵是雷達四大威脅之一。戰爭中，敵方往往使用低空突防轟炸機和掠海飛行的巡航飛彈來發起進攻。超視距雷達可以在很遠的距離上發現它們，從而大大增加了預警時間。
美國空軍對用超視距雷達探測巡航飛彈極為重視。1988年1月開始執行一項計畫，利用改進的AQM—34M(越南戰爭期間的一種無人駕駛飛機)來試驗超視距雷達探測小型目標的能力。在試驗時，用這種小型飛機在波多黎各島與百慕達群島之間的洋面上空150～760米高度作48次模擬巡航飛彈的低空飛行，該試驗獲得了成功。
美國空軍東海岸超視距雷達AN/FPS—118的驗證過程中，該雷達不僅能發現3335.4千米(1800海里)以外的巡航飛彈，而且能在大部分時間跟蹤它們。這些巡航飛彈的RCS(雷達散射截面積)小於B—2轟炸機，但高於F—117A隱身戰鬥機。該超視距雷達還能跟蹤波多黎各島上空飛行的長度只有4.3m的私人飛機。
超視距雷達能探測遠距離的艦船。ROTHR的試驗結果表明，該雷達系統在一個特定的區域裡對目標的探測和跟蹤能力超過了海軍的規定指標，它成功地跟蹤了某一海域的25艘艦船中的24艘，而且對另一艘也能勉強跟蹤。
- 對抗隱身飛行器
隱身飛機是採取整形技術，使用雷達吸波材料以及電子戰等手段來獲得隱身效果的，它是現代雷達的另一大威脅。但是，超視距雷達具有反隱身飛機的潛力。由於超視距雷達工作在高頻，它的波長為10～60m，這個波長同大部分飛機的外形尺寸或主要結構的尺寸接近或略長一些。根據電磁波的散射理論和有關實驗證明：此時目標的外形及其細節對雷達散射截面(RCS)的影響不大，只同被照射的面積有關。這樣，整形隱身的效果會大大降低。另外，現有的吸波材料只適用於微波範圍，對調頻無效。特別是由於超視距雷達的電波自上而下照射目標，這樣隱身目標的RCS仍然較大。例如，B—2轟炸機在機頭方向的RCS可能小於0.1m2，而從上方或下方照射時，它的RCS高達幾平方米。
- 進行海上空中交通控制和通信
超視距雷達在海上空中交通控制和通信，甚至在敵我識別、組織救援等方面具有廣闊的前景。特別是與海上艦船進行可靠的通信長期以來就是棘手的問題。如果使用超視距雷達，並在已方飛機和艦船上裝應答器，通過編碼信號就能進行通信並識別敵我。另外，在飛機上裝高度表，將高度數據往回傳送給超視距雷達接收機，可彌補超視距雷達不能測高的問題。
美國東海岸超視距雷達於1990年1月對一次遇險求救信號作出了反應。當時有一架飛機的飛行員報告，4台噴氣發動機中的3台發生了故障，並請求導航到加拿大緊急著陸。但是加拿大的甘德海洋空中交通控制員無能為力，已不能對北大西洋上空已遭損壞的航線進行定位，超視距雷達向加拿大空中交通控制員通報了所測得的那架飛機的位置，控制員據此將飛行導航到甘德緊急著陸。
- 引導已方飛機攔截
超視距雷達除用於戰略預警外，美國空軍還把它的套用擴展到諸如監視毒品運輸飛機等。美國空軍C3計畫執行官埃里克B·納爾遜少將說：“雷達能跟蹤大西洋上空飛機，提供收集情報的用途，能觀測南部海岸和發現小的低空飛行的飛機，獲得了明顯的好處”。建在阿拉斯加的ROTHR在維吉尼亞進行最後鑑定的階段，也就是1989年4～5月期間，跟蹤了幾架從哥倫比亞飛出的小飛機，它們可能捲入了非法的販毒活動。有一次，ROTHR把獲得的跟蹤數據傳送給E—2C預警機，E—2C引導美國海岸警衛隊的噴氣式飛機進行攔截。於是，這架雙引擎的販毒飛機被迫降在比米尼(Bimini)，機上的毒品走私分子被緝拿歸案。
- 遙測海洋狀態
超視距雷達可以測量海面風向及海流情況，並可實時跟蹤颱風的移動。試驗表明，用超視距雷達測定的颱風風向與浮標直接測定的結果吻合較好。另外，還可用都卜勒頻譜測定波濤的周期、高度和方向。與實測值比較，誤差值在10%以內，所以超視距雷達可以在大範圍內監視海面情況，可為大範圍的海情監視、氣象預報、航行安全等作出貢獻。
- 對付反輻射飛彈的威脅
反輻射飛彈是雷達生存的重要敵人，常規雷達的設計人員正在研究對抗這一重要威脅的可行措施。而在對付反輻射飛彈方面，超視距雷達則具有得天獨厚的優勢。由於反輻射飛彈直徑小，其天線不可能做得很大，因而只能攻擊1GHz頻率以上的雷達，而對超視距雷達則無法攻擊，從而使超視距雷達的生存能力得到很大的提高。
各國研製情況
世界上已有許多國家在研製和部署超視距雷達。下面主要對美國、前蘇聯、澳大利亞、日本、法國和英國的情況作一些簡要介紹。
4.1 美國超視距雷達
4.1.1 美國空軍OTH—B雷達(FPS—118)
超視距後向散射雷達(OTH—B雷達)主要用來監視和跟蹤進攻北美的轟炸機和巡航飛彈，滿足對進攻北美的轟炸機、空對地飛彈早期預警的要求。OTH—B雷達能夠監視超音速飛行的轟炸機和裝有核彈頭的巡航飛彈、空對地飛彈。系統能對遠距離大範圍所有高度的目標進行預警。它能夠監視和跟蹤926.5～3335.4千米(500～1800海里)範圍內的飛行目標。OTH—B為防禦部隊提供了預警時間，為最高指揮機關提供了決策時間，大大加強了防禦力量和重新布防的能力。OTH—B雷達提供了北美東、西和南方位的預警覆蓋區。
4.1.2 美國海軍的WARF—OTH
WARF是Wide Aperture Rescarch Facility(寬口徑研究設備)的縮寫。這是一部後向散射超視距雷達，由美國海軍研究室和斯坦福研究所聯合研製，主要用來探測飛機、飛彈和海上艦船以及海洋狀況。WARF—OTH建成於1970年，發射機設在加利福尼亞州洛斯特希爾斯市附近，接收站設在加利福尼亞州洛斯巴諾斯市附近，兩部相距185km。發射天線有兩個陣列，第一個陣列覆蓋雷達東測以270°N(N以正北為零度的意思)為中心的64°扇區(亦即太平洋的東北洋面)；第二個陣列覆蓋西側，以90°N為中心的64°扇區。接收天線陣列的波束可通過開關轉換，既可覆蓋東側，又可覆蓋西側。發射天線的第一個陣列由18個垂直極化對數周期天線單元組成；第二個陣列由18個“折迭三角形單極子”單元組成。接收天線的陣列由256對間隔10m的5.5m垂直鞭狀天線組成；每對鞭狀天線產生帶零值的心臟形波瓣，可抑制背瓣。
4.1.3 美國海軍的ROTHR(AN/TPS—71)
TN/TPS－71是由美國雷聲公司從1984年4月開始研製，到1989年4月完成鑑定的海軍可遷移的超視距雷達(ROTHR)，每部雷達估價為7500萬美元。在1989年12月，雷聲公司得到一項生產契約，一共要生產三部可遷移的超視距雷達。其中，一部將部署在維吉尼亞州用於對加勒比海域提供預警監視，第二部將部署在太平洋地區的關島，第三部還沒有確定將部署在何處。最終，美國海軍將部署9部ROTHR系統。
ROTHR是一部高頻戰術陸基雙基地天波後向散射超視距雷達系統。該系統可在其覆蓋區域內對飛機和艦船進行全面監視和跟蹤。通過局部照射某一區域來對付感興趣的目標或評估進攻部隊的規模。
該雷達系統的工作頻率為5～28MHz，作用距離為500～1800km，覆蓋範圍大於60°扇區，發射功率為200kW，僅為AN/FPS—118的六分之一，掃描面積可達560萬平方千米。這一面積相當於地球表面的1.1%，它需要12架預警機(AWACS)才能覆蓋。
美國海軍的ROTHR雷達，其作用距離可達2700km。這是一個全固態、高可靠、易維護的系統，一套發射機總功率為200kW，僅為空軍OTH—B的十分之一。每部造價約為7000萬美元，比空軍OTH—B的4億美元要少的多。建在阿拉斯加和維吉尼亞的ROTHR已運行，德克薩斯州的正在建造。戰時ROTHR僅有戰術任務，平時ROTHR的能力正擴展或提供全天候反毒品監視。
4.1.4 美國先進超視距雷達計畫(AOTH)
美國空軍人士稱“超視距後向散射雷達系統(OTH—B)探測任何大氣層威脅能力可能維持到2015年”。美國國防部非常看中OTH—B在對付低可觀測性或隱身戰略和戰術威脅目標時的突出優點，在提交美國國會武裝部隊委員會的報告“關鍵技術計畫”所列的20項關鍵技術之一“高靈敏度雷達”中提出研製先進超視距雷達(AOTH—B)和在“武器系統環境”中提出電離層調整技術研究的計畫。
需要指出的是，AOTH—B的研製關鍵是研究改善電離層的影響以及先進的信號處理技術。電離層的電磁擾動降低了OTH—B雷達的作用距離和方位性能，特別是在夜間降低了探測難觀察目標的能力。所謂調整電離層是建立增強的電離層區域，以全面提高OTH—B雷達的全天候探測能力，可能監視和捕獲較近距離的目標(可能是戰術目標)，能夠高分辨地探測和跟蹤雷達目標截面很小的目標。
4.2 前蘇聯OTH—B雷達
蘇聯對超視距雷達保密甚嚴，據稱，蘇聯很早以前就開始利用業餘無線電波段進行試驗。事實上，蘇聯從1976年就研製出了OTH雷達，主要作用是作為第二層戰略預警系統(預警衛星為第一層戰略預警系統)。
前蘇聯超視距雷達的工作頻率為4～30MHz(一說為5～22MHz)，其發射波形為大功率脈衝串，脈衝重複頻率為10.5Hz，脈衝寬度小於2ms，發射功率為20～40mW。據稱，前蘇聯的OTH雷達可能採用了多站技術。
俄羅斯的OTH—B系統採用了天波—地波聯合工作體制。
4.3 澳大利亞超視距雷達
澳大利亞的Jindalee系統與美國AN/FPS—118的原理相同，它從70年代開始研製，1978年完成第一階段方案研製，1979年開始第二階段研製，1984年2月開始驗證試驗樣機，1986年10月開始實用系統的試驗工作，1987～1989年對各類飛機、環境條件和電離層條件作進一步測試，取得成功。
Jindalee系統工作於HF波段，探測目標(如飛機、艦船)的距離達1000～4000km，目標的距離解析度約為20～40km。?
JORN是一個防禦網路，共三部OTH—B雷達：一個在澳洲中部阿里斯斯普林斯；一個在東部昆士蘭州的郎里奇(Longreach)，一個在西澳大利亞的拉弗頓(Laverton)。組網的目的在於提高OTH—B雷達的性能、精度和解析度，克服盲速問題。澳大利亞OTH系統主要用來監視北部和西部海空域。那裡是澳與周邊國家有爭議的地區，此處有豐富的油氣和漁業資源。
4.4 日本OTH—B雷達?
曾有報導稱，日本政府在1986～1990財年花費1.85億美元從美國進口了一部OTH—B雷達系統。該系統建在西南群島(位於九州以南)，作用距離約3000km，探測範圍包括俄羅斯的西伯利亞西部、中國的東北、華北、中原大部地區。日本計畫將該雷達與阿留申群島、關島的雷達站及其他站組成整個OTH—B雷達網，可以覆蓋西太平洋和東亞地區的關鍵地帶。
4.5 法國OTH—B雷達的研製情況
法國在獨立研製監測北海的OTH—B雷達。它已在瓦倫索斯(Vatensone)建立了實驗站，進展情況不詳。?
4.6 英國OTH雷達的研製情況
英國與美國聯合在內斯奧福特計畫建造OTH—B雷達，以監視東歐及前蘇聯邊界。英國的OTH—B在國內主要由伯明罕大學和雷瑟福研究所負責研製。發站在彭布羅克，收站在威爾特。
此外，英國的GEC－馬可尼公司已開發出自己的中程超視距雷達“監督員(Overseer)”(主要用於監視專屬經濟區)。該公司稱，它將把該系統出售給一未透露名字的國家。“監督員”系統是以該公司的S124高頻表面波雷達為基礎而開發的，工作頻寬為20kHz(5～10MHz頻帶內)。S124能夠在120°的掃描範圍和約500km(面積超過7萬平方千米)的探測距離內跟蹤200個空中和500個海上目標。GEC－馬可尼公司宣稱，“監督員”的距離精度為4km，方位精度為1.5°。
4.7 中國OTH—B雷達的研製情況
解放軍長期以來秘密研製的超地平線雷達技術(OTH)可能已經取得重大突破，具備了探測3000公里以外大型艦船目標的能力。文章稱，解放軍一旦將該雷達系統安裝在東風-21彈道飛彈上，將對美軍的航空母艦造成巨大威脅，而美軍也會採取相應措施進行反制。
未來發展
OTH雷達是一種多功能雷達，它能夠探測各種飛機、飛彈和海面艦船。由於其獨特的性能，使其在國土防禦體系中占有重要的地位。OTH雷達融合了現代相控陣雷達技術、雙/多基地雷達技術、連續波雷達技術、短波電離層探測技術等。美國、俄羅斯等國都在不斷改進原有設備，並加強新技術的開發和研究，這充分說明了OTH雷達在其防禦體系中的重要地位。從國外超視距雷達的發展狀況來看，要監視一個龐大的海域和空域，超視距雷達系統不失為一種行之有效且費用相對較低的手段。
