電子科技大學(xué) 格拉斯哥學(xué)院 2017級(jí)顏必行

?2000多年前古羅馬哲學(xué)家西塞羅曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“誰(shuí)掌握了海洋，誰(shuí)就掌握了世界”，而在航海技術(shù)和全球貿(mào)易飛速發(fā)展的今天，遠(yuǎn)洋貿(mào)易已然成為溝通國(guó)與國(guó)經(jīng)濟(jì)文化的重要渠道。然而，對(duì)于船員來(lái)講，這從來(lái)都不是一份低風(fēng)險(xiǎn)的工作。海嘯、海盜、長(zhǎng)時(shí)間的海上生活都對(duì)船員的身心健康甚至生命安全造成巨大影響。但是通過(guò)人力進(jìn)行航運(yùn)也有其優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)對(duì)船只交匯時(shí)，人類的靈活性即可發(fā)揮重要作用。如果可以解決相應(yīng)問(wèn)題，那么進(jìn)行無(wú)人航運(yùn)可以大大減輕成本。借鑒汽車領(lǐng)域以GPS為基礎(chǔ)的V2V技術(shù)，也許通過(guò)天地波超視距雷達(dá)群可以進(jìn)行一定程度上的無(wú)人遠(yuǎn)洋航運(yùn)。

?一. 適合遠(yuǎn)洋無(wú)人航運(yùn)的雷達(dá)類型

?雷達(dá)的工作頻率越低，越易受電離層(可反射短波頻段的電波)影響；雷達(dá)的工作頻率越高(波長(zhǎng)越短)，越易受氣象條件影響。雷達(dá)的覆蓋范圍與工作頻率成反比，分辨率和準(zhǔn)確度與工作頻率成正比(頻率越高，波長(zhǎng)越短，可探測(cè)的最小物體長(zhǎng)度越小)。常規(guī)微波雷達(dá)的探測(cè)距離由下式?jīng)Q定： D是雷達(dá)探測(cè)距離，h1是雷達(dá)安裝高度，h2是目標(biāo)高度。常規(guī)微波雷達(dá)發(fā)射的無(wú)線電波在傳播中不僅會(huì)被山脈等遮蔽，還會(huì)受到地球曲率的限制。一般來(lái)說(shuō)建立直視距離超過(guò)幾百公里的雷達(dá)系統(tǒng)是不切實(shí)際的。常規(guī)視距雷達(dá)對(duì)在地球曲率之下的低空目標(biāo)無(wú)法進(jìn)行早期預(yù)警。為克服視距對(duì)常規(guī)微波雷達(dá)的限制，人們發(fā)明了短波超視距(Over-The—Horizon，OTH)雷達(dá)。與常規(guī)微波雷達(dá)相比，短波超視距雷達(dá)具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、監(jiān)測(cè)范圍廣和反隱身能力等特點(diǎn)。短波超視距雷達(dá)具有規(guī)模龐大的發(fā)射及接收天線陣，發(fā)射天線長(zhǎng)達(dá)幾百上千米，接收天線更是長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米。無(wú)線電波朝海面發(fā)射時(shí)，在海水表面會(huì)存在一種電磁波傳播模式，稱為地波。中／短波頻段的無(wú)線電波在海水表面的地波傳播衰減很小，且在一定程度上會(huì)沿著彎曲的地球表面?zhèn)鞑?繞射)，彎曲覆蓋到達(dá)地平線以下很遠(yuǎn)的地方，實(shí)現(xiàn)超視距傳播。

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二. 對(duì)雷達(dá)進(jìn)行綜合運(yùn)用加以改進(jìn)

利用地波的超視距傳播特性進(jìn)行探測(cè)的地波雷達(dá)也稱為超視距地波(Over—The—Horizon Surface Wave，OTH-SW)雷達(dá)。OTH-SW雷達(dá)通常使用4MHz～20MHz頻段，采用垂直極化天線，能探測(cè)到海平面視線以下出現(xiàn)的艦船、飛機(jī)、冰山和導(dǎo)彈等運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，其探測(cè)距離根據(jù)發(fā)射功率和頻率的不同可達(dá)到200 km～500km。OTH—SW雷達(dá)作為一種新興的海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)，其超視距、大范圍、全天候以及低成本等優(yōu)點(diǎn)，可以十分鐘的時(shí)間分辨率連續(xù)獲取數(shù)萬(wàn)平方公里海面的海洋狀態(tài)參數(shù)分布，這是任何其他探測(cè)手段無(wú)法做到的。超視距天波雷達(dá)也稱為OTH-B(Over—The—Horizon Backscattering)雷達(dá)。天波雷達(dá)是將無(wú)線電波斜向投射到電離層，電波通過(guò)電離層折射到海面，有一部分電波將沿原來(lái)的路徑再次經(jīng)電離層折射到發(fā)射點(diǎn)，被雷達(dá)接收機(jī)接收，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)８００～３ ５００ ｋｍ 的探測(cè)。雖然天波雷達(dá)具有探測(cè)距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，但由于經(jīng)過(guò)兩次電子濃度不均勻的電離層，探測(cè)精度比較差。

單純利用天波或地波雷達(dá)都有其弊端，隨著地波、天波雷達(dá)技術(shù)發(fā)展日益成熟，基于天波反射／地波繞射傳播模式的天地波高頻雷達(dá)系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)受到人們的重視。天地波超視距雷達(dá)通過(guò)天波發(fā)射模式將高頻段電磁波斜入射到電離層，經(jīng)電離層反射后到達(dá)海面，再經(jīng)海面以表面波形式繞射傳播到接收點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自上而下地照射探測(cè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程探測(cè)。與傳統(tǒng)地波雷達(dá)相比，天地波雷達(dá)只經(jīng)歷單程電波繞射傳播衰減，因此探測(cè)距離比地波雷達(dá)遠(yuǎn)，覆蓋范圍更廣，適合更大范圍海域的監(jiān)視監(jiān)測(cè)。相比于天波雷達(dá)，天地波雷達(dá)經(jīng)過(guò)單次電離層反射，電波傳播受電離層等影響較小，信號(hào)相參性強(qiáng)于天波雷達(dá)，可增加目標(biāo)的相參積累時(shí)間，進(jìn)而提高對(duì)低速目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率。另外，地波接收機(jī)距離探測(cè)目標(biāo)距離近，接收的回波強(qiáng)，探測(cè)可靠性比天波雷達(dá)高。因此，天地波雷達(dá)既具有天波雷達(dá)覆蓋面積大、探測(cè)距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，又具有地波雷達(dá)對(duì)艦船目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率高的特點(diǎn)。此外，天地波雷達(dá)屬于雙基地雷達(dá)，天波發(fā)射站一般部署在內(nèi)陸腹地，地波接收設(shè)備屬無(wú)源接收，具有天然反輻射的抵干擾能力，提高了雷達(dá)的生存能力。而且，配合天地波雷達(dá)的天波發(fā)射系統(tǒng)，可配合岸基接收陣或者艦載平臺(tái)的地波接收，具有很大的靈活性，實(shí)現(xiàn)多基地的高頻超視距雷達(dá)探測(cè)信息網(wǎng)，進(jìn)一步改善超視距雷達(dá)探測(cè)的性能。

三. 結(jié)論

由此可知，使用天地波雷達(dá)，可以對(duì)海洋水文情況以及來(lái)往船只進(jìn)行及時(shí)的勘察反饋而不需要船員進(jìn)行偵查或于每艘船只均配備相關(guān)雷達(dá)系統(tǒng)。加之可以利用天地波雷達(dá)偵測(cè)范圍遠(yuǎn)的特點(diǎn)，在氣象衛(wèi)星的輔助下，提前規(guī)劃好特定航域的船只通行方案，即可大大減輕人工工作壓力，只需對(duì)于雷達(dá)所反饋的情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，又由于海上行船速度較慢，只要及時(shí)反饋，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)間還是比較充裕的。使用天地波雷達(dá)群可以推動(dòng)遠(yuǎn)洋無(wú)人航運(yùn)的發(fā)展，這也需要各國(guó)統(tǒng)一部署加強(qiáng)合作，在區(qū)域性經(jīng)濟(jì)合作組織開(kāi)展海洋貿(mào)易（如海上絲綢之路）的過(guò)程中，可發(fā)揮重大作用。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的天地波超视距雷达在远洋无人航运中的运用的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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