由于天波超视距雷达是靠电波在电离层折射的方法观测目标的，因而其性能取决于电离层的性质（电离层中电子集聚的密度）、雷达频率以及雷达方程中的标准参数。电离层一般包含三个折射区，最高的折射区称为F11区，它的高度为230千米～400千米，这个区域折射时单次折射距离最远，对应于高频段最高的工作频率（频率越高折射能力越弱，穿过的深度越深）；第二个折射区称为F区，它的高度为180千米～240千米，F1区只在白天出现，而且夏季比冬季更显著；第三个折射区是E区，其高度为100千米～140千米，在这个高度上有时会产生高密度电离斑点，称为散射E层。如果利用E层折射，散射E层会影响传播稳定性。由于多折射区的存在，同一目标的反射回波经过不同的途径反射回来，就有不同的延迟时间，从而产生了多路径效应，使雷达性能变坏。为了减小多路径效应的影响，应适当地选择雷达频率且采用比较窄的仰角波束，从而使只有一个途径的信号能量可达到目标。
（天波）超视距雷达
超视距雷达主要用于早期预警和战术警戒，是对地地导弹（特别是低弹道的洲际导弹和潜地导弹）、部分轨道武器（包括低轨道卫星）和战略轰炸机的早期预警手段。
一、概况
天波超视距雷达发展史第一阶段（20世纪50至60年代）就是用来探测洲际弹道导弹主动段（发射段）信息。当时美国OTHR（超视距雷达的英文宿写）型号有Teepee、Madre与AN/FPS-95，前苏联在白俄罗斯与西伯利亚也部署了两部。OTHR（型号为H-17），由他们对美洲大陆发射的弹道导弹基地进行监视，60年代中后期又在乌克兰建造了第三部天波超视距雷达。
二、近期发展
天波超视距雷达发展史的第二阶段：探测远距离低空飞机与海面舰船目标阶段（20世纪70～90年代），这个时期，天波超视距雷达技术发展迅速，美国相继研制出三部不同水平的装备，WARF（70年代）、AN/FPS-118（80年代）、AN/TPS-71（90年代）。据报道，特别是为美海军研制的AN/TPS-71可搬迁重建式RO?/?HR雷达能在海杂波背景中检测和跟踪舰船目标，且具有较高的目标定位精度，是一种战术型双站警戒雷达系统，平时它用于缉毒，监视和跟踪毒品走私飞机和船只的动向，直接指挥美国海岸警卫队对非法目标进行拦截。在这期间，澳大利亚的天波超视距雷达Jindalee与俄罗斯第四部天波超视距雷达LADOGA均为海军建造，监视和探测该海域的舰船目标，探测距离范围为900～2500千米。
法国的ValensleOTHR系统从1960年开始进行电离层探测以及海态探测实验。目前，法国航空空间研究院（ONERA）正在研制一部名为Nostradamus的OTHR系统，该OTHR为单站系统，具有二维天线阵，能够同时在方位和仰角上实现波束形成，以提高对多模和多径回波的区分能力和对电离层信息的反演精度。
三、超视距雷达的优点与工作类型
天波超视距雷达最突出的优点有两条：一是作用距离远（“一跳”可达到900～5000千米），覆盖范围大（对于300～3000千米、6°扇形区的覆盖域，其面积为4×106平方千米）；二是工作频率处于高频频段（2～60兆赫），这是区别于其他体制雷达的本质特征。在该频段，大部分飞行器的散射波都处在瑞利区和谐振区。在瑞利区，目标散射面积（RCS）同形状无关（或影响甚小），而同其体积有关。在谐振区，则RCS明显增强，因此任何形状的飞行器设计都会在这个波段产生某种谐振。另一方面，隐身用的吸收材料对较长波长（相对于物体外形尺寸）是无效或效能较低的，加上由于超视距雷达的波束经电离层反射，因而入射波自上而下照射目标，这也是隐身飞行器设计的弱点，因此它将可望成为探测隐身飞行器的一种手段。当然，在高频频段工作会带来天线规模庞大等问题，欲形成较窄的水平波束，天线阵面口径需1～2千米。因此，为了节省造价，通常采用收、发分置的天线系统，发射天线可小于接收天线，而在接收端常采用多路并行接收通道设计来形成等效的窄波束。
另外，在超视距雷达中，确定目标的高度比较困难，主要原因是电波在电离层中的轨道是曲线，而且轨道的形状又受电离层参数变化的影响。因此，在目标参数测量中，超视距雷达的精度较常规视距雷达为低。
必须指出，尽管超视距雷达可以为防空系统提供更多的预警时间，但仅能探测导弹弹道的初段，却无法探测在电离层之上的中段弹道，而且它不能确定导弹的飞行轨道，测量的精度有限，因此超视距雷达还必须和其他警戒、跟踪雷达相配合，才能组成完整的预警系统。
天波超视距雷达分为两种基本类型：前向散射超视距雷达和后向散射超视距雷达。
前向散射超视距雷达按“双基地”方式工作，即发射机和接收机分设在相距很远的两地，一般相隔为1万千米左右。电波自发射机发射后在电离层与地面之间跳跃传播，当遇到地平线以下目标后，目标前向散射的电波为另一地点的接收机所接收，从而可发现目标。这种雷达的优点是比较简单，可由一般的雷达设备改装而成，但性能有限，只能判断来袭导弹的大致方向，不能用来测定目标的距离和其他参数。
后向散射超视距雷达的例子是美国20世纪80年代出产的AN?/?FPS-118雷达，它是一部双基地调频连续波雷达，其收/发功能完全由计算机控制，收/发间通信由宽/窄带对流层散射无线电通信和光纤链路实现。151
后向散射超视距雷达的发射机和接收机放在同一地点或较近的地点，电波自友射机反射后，就在电离层和地面之间跳跃传播，在遇到目标时，便由目标向后散射的电波经电离层反射回到同一地点，为接收机接收。这种雷达的性能比较优越，它不仅能指出目标的存在及其方位，而且可以测量发射信号到接收回波信号之间的时间，获得目标的距离。后向散射超视距雷达的缺点是设备比较复杂，但因其性能好，所以目前主要研制和使用这种超视距雷达。
前苏联研制的后向散射超视距雷达（OTHR），发射波形为强功率脉冲串，即每秒10.5个脉冲串，每个脉冲串内含有20个不同的方波脉冲，宽度不足2米。工作频率为4～30兆赫，作用距离为800～3000千米，可覆盖西欧、北大西洋、斯堪的纳维亚和地中海区域的大部分。
由于超视距雷达的工作在很大程度上取决于电离层的状态，而电离层的状态又在时刻变化中，所以给超视距雷达带来了下列一些特殊的技术问题：
（1）要求超视距雷达具有电离层实时预测设备，并能自动选择工作频率和电波入射角；
（2）要求有很大的输出功率并能快速跳频的发射机。由于超视距雷达作用距离远，电波传播途中衰减很大，因此，要求发射机的输出功率很大，同时发射频率要随计算机的控制信号而变化。
（3）应具备在噪声电平中提取微弱信号的能力。由于电波能量经电离层和地面传播衰减很大，且有大气噪声、地物干扰、天电干扰、电台干扰等存在，通常地球表面的后向散射要比希望检测到的运动目标回波的幅度大许多量级，因此高频超视距雷达必须采用某种多普勒信号处理的形式，以便从杂波背景中提取希望检测到的目标信号。
（4）要求超视距雷达的大型天线阵列能在宽带内扫描。超视距雷达由于工作在短波波段，天线阵列一般十分庞大，天线有10层楼那么高，这样的天线阵列只能用电扫描来完成波束的灵活指向。152
可重定位短波超视距雷达
一般雷达几乎不用甚高频以下的频率。其理由是无法选用宽的频带,很难得到窄的天线波束,大气噪声电平较高,该频段用户已十分拥齐等等。尽管如此,如果运用得当,高频波段具有一个经常为军事雷达专家所重视的非常重要的性质—可以超视距探测,这是极端吸引人的。因此,近年出现了一代新体制雷达—短波天波超视距雷达。
一、简述
可重定位超视距雷达（ROTH）AN/TPS-7l原是雷声公司专为美国海军研制用来为美国舰队提供大范围的警戒，以防止海上和空中目标的袭击，如今的ROTHR主要用于缉毒。AN/TPS-71几乎网罗了当代雷达领域最先进的技术设备，它的发射功率只有200千瓦，为AN/TPS-118的六分之一，作用距离达3300千瓦，覆盖面积为550万平方公里。由于其动力设备要求较小，所以便于卸载重装。该ROTHR系统对水面目标距离分辨力为6千米，方位分辨率约为15千米。根据实时扫频电高层探测术，其频率是可变和可选择的。下面我们简要介绍R07HR的系统组成及基本性能。
超视距雷达一般是固定式的，一旦建立便无法再移动。雷声公司为美国海军研制的可重定位超视距雷达却可以从一个地方挪动到另一个地方。然而，ROTHR并不是一个真正意义上的“可移动的机动系统”。据雷声公司称，它的可搬移性仅限于能把弗吉尼亚的电子设备如发射机、接收机和工作控制中心通过陆地、海洋和空中搬运到阿拉斯加重建，其收/发天线是不搬迁的，阿拉斯加还需另建一座新的天线阵，不过这种天线阵可以设计成可拆卸重装式。153
ROTHR是一部高频战术陆基双基地天波后向散射超视距雷达系统。该系统可在其覆盖区域内对飞机和艇船进行全面监视和跟踪，通过局部照射某一区域来对付感兴趣的目标或评估进攻部队的规模。该雷达系统的工作频率为5～28兆赫，作用距离500～1600海里，覆盖范围为64°扇形区发射功率200千瓦，只有通用电气公司为空军研制的OTHHB系统（型号AN/FPS-118）发射功率的六分之一。扫描范围可达163万平方海里，相当于地球表面积的1.1%，需要工2架预警机才能覆盖。ROTHR利用宽口径接收天线阵（长2.5千米）和先进的数字信号处理技术来补偿它相对较小的发射功率，其数字信号处理技术是采用计算机最新技术来实现从噪声中检测出信号，具有比其他雷达更高的自动化。
二、ROTHR系统组成
ROTHR系统一般由以下几部分组成：
1．发射系统
发射系统由两副对数周期天线和10个方舱组成，每副发射天线由16个垂直极化对数周期天线阵元组成。发射天线口径为365米，约为THH-B的发射天线阵的口径（1.1千米）的三分之一。发射机采用许多个5千瓦固态放大器，每个舱内由4个固态放大器进行功率合成输出到一个额定阵元上。天线阵中心单元固态发射机输出功率达20千瓦，10个方舱合成功率为200千瓦，边上的阵元相应要低些，为10千瓦或5千瓦。阵列边沿功率逐步减小可获得低旁辦，从而减小后向散射回波中的杂波以利于目标检测。
ROTHR可以控制送到辐射阵元上的信号相位，通过控制相位，可以把波束最大值调到指定方向。由于ROTHR发射机是全固态的，所以稳定性较好，且较易维护。
2．接收系统
接收天线阵是一个庞大的高增益天线系统，其阵面长度为2.58千米，由372对6米高的单极子组成，与空军新建的OTH-B接收天线阵列长度差不多。每部接收机接一对单元，输入信号由其数字化，信号由光纤线路送到雷声公司开发的信号处理机。信号处理采用数字波束形成技术，以形成18个接收波束。通过对接收波束的多普勒处理，从地杂波中分离出活动目标。一旦数字信号处理机检测到目标，4台DEC二公司的VAX8600的计算机同时进行数据处理以保持跟踪。美海军将改用新的6400数字计算机。ROTHR的数据处理分系统采用的Fortran计算机语言，程序共有42.9万行。154
ROTHR系统具有自动传播管理和诊断功能，因此它不需要依赖外部的探测数据就能判定电离层和选定适当的频率以满足目前的环境要求。这个自动系统采用了一台准垂直入射探测器以测出发射站和接收站附近的电离层高度，并采用一台后向散射仪以测出150～3300千米目标区的电离层高度。从这些探测器输入的实时数据和存储在计算机内的数据进行比较，一旦这些数据与某个电离层模型相匹配，就用这些模型操作ROTHR。这些电离层模型的数据占有200MB的计算机磁盘存储容量。
3．操作控制中心
操作控制中心（OCC）是整个系统的神经中枢，所有复杂的雷达功能在这里都捆绑在一起。这个中心可以远离发射站和接收站，或者与接收站设在一起。通过大型彩色显示器，操作员可以监视雷达覆盖区域内的所有目标，每个目标的位置、航向和速度都有助于操作员判断此目标是否是贩毒工具。
三、ROTHR的基本性能
ROTHR并不能同时覆盖163万平方海里的区域，而是将此区域分成176个扇形区进行监视和跟踪，扇形区的大小视其离发射站的远近而异。该系统采用相控阵波束锐化技术，能在1～49秒内使能量集中到任何一个要求的扇形区。对于飞机目标只需在一个扇形区中停留几秒，若是检测舰船则要在一个扇形区停留35秒或更长一些。但它不能同时在一个扇形区检测飞机和舰船，因为检测飞机和舰船所使用的算法是不相同的。ROTHR可以同时搜索12个扇形区，在其覆盖范围内从左到右形成一道屏障，作用距离500～1600海里。
综上所述，超视距雷达以其覆盖范围广、成本比星载雷达低以及良好的反低空突防、反隐身目标和抗反辐射导弹威胁性能而成为近期各军事大国的重要军用装备。在1991年的美国国防部关键技术计划中超视距雷达已被列入高灵敏度雷达项目中，由此可以看出，超视距雷达仍将作为21世纪的重要防空预警雷达，得以继续发展，并将出现众多可以增强其性能的改善措施，提高超视距雷达的可用性、灵敏度、探测精度和分辨力等，使它能够发挥更为广泛的作用，并具备多种使用价值。
