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1月8日上午,2018年度国家科学技术奖励大会隆重召开。哈尔滨工业大学刘永坦院士、中国人民解放军陆军工程大学钱七虎院士获2018年度国家最高科学技术奖。这其中,刘永坦院士负责研究的“新体制雷达与系统试验”取得了重大突破,并建成了中国第一个新体制雷达站。在雷达研究中,他发展了运动补偿理论,并针对大带宽信号与系统提出了新的补偿理论。

刘永坦院士的“新体制雷达”究竟是什么?
在央视的报道中,对这种“新体制雷达”有不少关于其用途以及我国在这一领域的科研进展精确到具体年份的时间节点,甚至连位于威海的雷达试验站的相关画面也都予以公开了,但对于这种雷达究竟是怎么个“新体制”,央视新闻不知出于什么原因却讳莫如深。

刘永坦院士的“新体制雷达”究竟是什么?
▲ 雷达站的画面,根据介绍,这个雷达站应该就位于威海

不过在《文汇报》有关刘永坦的报道中,对这种“对航天、航海、渔业、沿海石油开发、海洋气候预报、海岸经济区发展等领域也都有重要作用”的雷达的身份则有了明白的介绍——高频地波超视距雷达。

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▲ 央视报道中的雷达画面表明这台雷达主要观测的就是渤海内部的情况

雷达作为当代最新博彩送彩金68中的重要探测手段,在对空和对海探测上都起着极为重要的作用,像中国这样拥有漫长海防线的国家,建立覆盖本国海岸线的对海和对空雷达网络无疑是对中国沿海情况进行掌控的一个重要手段。不过传统的雷达都有一个问题,那就是受制于地球曲率的影响,普通陆基和海基雷达对海平面高度的目标(包括水面舰艇和超低空飞行的飞机)的探测距离往往很难超过40公里。对空搜索雷达受此影响,对于远距离低空超低空目标的探测效果往往不佳,而对海雷达则会因此无法探测远距离目标。

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刘永坦院士的“新体制雷达”究竟是什么?
▲ 经过比对,可以确定这套雷达试验站就位于威海北部的金海滩边

一般情况下,将雷达天线的位置布置到高处就能起到“登高望远”的作用。在舰船上的搜索雷达为此需要在舰上占据高位(通常是桅杆顶部,或者至少是舰桥高处),陆基雷达则要么使用高塔架高,要么干脆布置在沿海的高山之上(这就是所谓的“高山雷达站”的由来)。这种“登高”的高级阶段,就是干脆将雷达搬到飞机上,以预警机的形式进行搜索。

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▲ 高山雷达站是延长普通雷达探测距离的一个手段

除此之外,另外的形式就利用其它的雷达探测原理,研制探测距离超越地平线的“超视距雷达”。超视距雷达里比较有名,原理上也较容易理解的是所谓的“天波超视距雷达”,其主要原理是利用电磁波在电离层与地面之间的折射,从而将雷达波投射到地平线以远的距离上,在理想条件下实现对最远5000公里距离上的目标进行探测。

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▲ 三种雷达波,分别是天波、微波和地波

不过一方面天波雷达由于体制原因,需要庞大的雷达天线和巨大的雷达占地面积,且造价极为高昂,另一方面,由于雷达的探测依靠电离层的折射,导致其最小探测距离也要数百公里,在近距离上存在盲区;加上电离层在一年之内的不同季度甚至一天的不同时间里都是不同的,因此一方面需要专门的电离层探测系统配合天波雷达使用,一方面雷达的探测精度和范围也要受其影响。

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▲ 天波雷达造价高昂,却是超视距探测中距离比较远的产品

相比之下,地波超视距雷达的原理则并不相同,它是利用高频电磁波在导电海洋表面传播时衰减较小的特点,使用2-30MHz波段垂直计划天线辐射电磁波,使电磁波沿着地球曲面绕射传播,从而超越视距地探测和跟踪在海平面和视线以下的舰艇、飞机和导弹(包括低空飞行的反舰和对陆攻击巡航导弹)。

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▲ 地波的原理也很简单,就是沿着地球曲面传播

作为一种探测低空目标的技术,地波超视距雷达的探测距离可以达到200-400公里,且由于传播稳定、工作波长较长,因而对现有的隐身技术不敏感,具有抗隐身、抗反辐射导弹的能力。加上该型雷达的造价一般来说比预警机便宜的多,且能够实现24小时不间断的预警探测,因此是一种有不错效费比的探测手段。

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▲ 预警机也能起到类似的作用,但是成本要高得多

这种技术的相关原理早在1955年就被发现,但地波超视距雷达实现起来困难颇多。工作在高频段的地波超视距雷达的探测距离主要受自由空间传播损耗、发射功率随距离而增大的地波损耗和接收机受其他高频用户干扰的影响。在探测过程中, 噪声干扰和杂波会淹没目标回波, 除雷达内部产生的热噪声外, 高频带的接收性能还会受到外部噪声的更大影响, 外部噪声分成自然噪声和人为噪声, 而自然噪声主要是大气噪声和宇宙噪声, 大气噪声又随季节、昼夜、频率和地理位置的不同而变化。在市区和工业区附近人为噪声成为主要噪声。地波超视距雷达运转时需考虑的, 除为了有效发射地波必须靠近海岸线设置雷达站外,另一个重要问题是来自拥挤的高频段通信、广播和其他工业射频噪声造成的干扰问题, 为了使地波雷达正常工作, 需要预先实时估计传输信道。

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▲ 所以一般在试验阶段,这种雷达都会选择干扰较小的地方

正因如此,即使发达国家真正造出试验用的雷达系统都是20世纪80年代以后的事情。我国的地波超视距雷达研制起点也差不多就在这一时期。1986年,刘永坦开始主持“新体制雷达研究”,建设新体制雷达实验站。按照科研团队在“威海一个偏僻的小渔村”进行雷达研制的描述和央视新闻中威海雷达试验站的照片,我们很快就能将这套雷达定位到威海北部一处名为“金海滩”的海岸边,而这也就是刘永坦及其科研团队研制的国内第一套高频地波超视距雷达。

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▲ 卫星照片上显示的威海的地波雷达试验站

有关刘永坦及其科研团队研制的高频地波超视距雷达,相关材料介绍得很清楚了:1990年4月3日,团队首次完成了中国对海面舰船目标的远距离探测实验,标志着中国新体制雷达技术实现了对海探测技术的重大突破。1991年,该项目荣获国家科技进步奖一等奖。1997年,刘永坦牵头开始研制实用型的新体制雷达。2011年,具有全天时、全天候、远距离探测能力的新体制雷达研制成功。2015年,团队再次获得国家科技进步奖一等奖。

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▲ 刘永坦介绍新体制雷达研制情况

在用作岸基雷达的时候,高频地波超视距雷达作为一款价格相对低廉的雷达系统,能够在沿海部署,作为不间断监视领海和200海里专属经济区的重要产品;其400公里左右且能探测水面和低空目标的能力则让其能够与最小探测距离数百甚至上千公里的天波雷达配合,形成无缝的雷达探测网络。加上其整体结构简单,成本相对较低,可以通过多辆机动车辆各自运载一组发射天线的形式,将地波雷达做成机动雷达进行快速部署。此外,中国和一些西方国家一样,也正和美国、英国和俄罗斯一样,在研究在水面舰艇上部署的高频地波超视距雷达,用于在远距离上搜索、跟踪反舰巡航导弹和其他超低空目标。

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▲ 超低空、反隐身、巡航导弹……好像有关系……

在官方材料中,“与国际最先进同类雷达相比,刘永坦研制的新体制雷达系统规模更小、作用距离更远、精度更高、造价更低,总体性能达到国际先进水平,核心技术处于国际领先地位”这样的介绍,已经毫无疑问介绍了中国在高频地波超视距雷达领域的技术实力,而在不远的将来,使用这一原理的高频地波超视距雷达将不再神秘,成为中国庞大雷达家族中的重要一支。

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▲ 刘永坦视察基地情况

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