1月8日上午，2018年度國家科學技術獎勵大會隆重召開。哈爾濱工業大學劉永坦院士、中國人民解放軍陸軍工程大學錢七虎院士獲2018年度國家最高科學技術獎。這其中，劉永坦院士負責研究的“新體制雷達與系統試驗”取得了重大突破，並建成了中國第一個新體制雷達站。在雷達研究中，他發展了運動補償理論，並針對大帶寬信號與系統提出了新的補償理論。
在央視的報道中，對這種“新體制雷達”有不少關於其用途以及我國在這一領域的科研進展精確到具體年份的時間節點，甚至連位於威海的雷達試驗站的相關畫面也都予以公開了，但對於這種雷達究竟是怎麼個“新體制”，央視新聞不知出於什麼原因卻諱莫如深。
▲ 雷達站的畫面，根據介紹，這個雷達站應該就位於威海
不過在《文匯報》有關劉永坦的報道中，對這種“對航天、航海、漁業、沿海石油開發、海洋氣候預報、海岸經濟區發展等領域也都有重要作用”的雷達的身份則有了明白的介紹——高頻地波超視距雷達。
▲ 央視報道中的雷達畫面表明這臺雷達主要觀測的就是渤海內部的情況
雷達作為當代戰爭中的重要探測手段，在對空和對海探測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海和對空雷達網絡無疑是對中國沿海情況進行掌控的一個重要手段。不過傳統的雷達都有一個問題，那就是受制於地球曲率的影響，普通陸基和海基雷達對海平面高度的目標（包括水面艦艇和超低空飛行的飛機）的探測距離往往很難超過40公里。對空搜索雷達受此影響，對於遠距離低空超低空目標的探測效果往往不佳，而對海雷達則會因此無法探測遠距離目標。
▲ 經過比對，可以確定這套雷達試驗站就位於威海北部的金海灘邊
一般情況下，將雷達天線的位置佈置到高處就能起到“登高望遠”的作用。在艦船上的搜索雷達為此需要在艦上佔據高位（通常是桅杆頂部，或者至少是艦橋高處），陸基雷達則要麼使用高塔架高，要麼乾脆佈置在沿海的高山之上（這就是所謂的“高山雷達站”的由來）。這種“登高”的高級階段，就是乾脆將雷達搬到飛機上，以預警機的形式進行搜索。
▲ 高山雷達站是延長普通雷達探測距離的一個手段
除此之外，另外的形式就利用其它的雷達探測原理，研製探測距離超越地平線的“超視距雷達”。超視距雷達裡比較有名，原理上也較容易理解的是所謂的“天波超視距雷達”，其主要原理是利用電磁波在電離層與地面之間的折射，從而將雷達波投射到地平線以遠的距離上，在理想條件下實現對最遠5000公里距離上的目標進行探測。
▲ 三種雷達波，分別是天波、微波和地波
不過一方面天波雷達由於體制原因，需要龐大的雷達天線和巨大的雷達佔地面積，且造價極為高昂，另一方面，由於雷達的探測依靠電離層的折射，導致其最小探測距離也要數百公里，在近距離上存在盲區；加上電離層在一年之內的不同季度甚至一天的不同時間裡都是不同的，因此一方面需要專門的電離層探測系統配合天波雷達使用，一方面雷達的探測精度和範圍也要受其影響。
▲ 天波雷達造價高昂，卻是超視距探測中距離比較遠的產品
相比之下，地波超視距雷達的原理則並不相同，它是利用高頻電磁波在導電海洋表面傳播時衰減較小的特點，使用2-30MHz波段垂直計劃天線輻射電磁波，使電磁波沿著地球曲面繞射傳播，從而超越視距地探測和跟蹤在海平面和視線以下的艦艇、飛機和導彈（包括低空飛行的反艦和對陸攻擊巡航導彈）。
▲ 地波的原理也很簡單，就是沿著地球曲面傳播
作為一種探測低空目標的技術，地波超視距雷達的探測距離可以達到200-400公里，且由於傳播穩定、工作波長較長，因而對現有的隱身技術不敏感，具有抗隱身、抗反輻射導彈的能力。加上該型雷達的造價一般來說比預警機便宜的多，且能夠實現24小時不間斷的預警探測，因此是一種有不錯效費比的探測手段。
▲ 預警機也能起到類似的作用，但是成本要高得多
這種技術的相關原理早在1955年就被發現，但地波超視距雷達實現起來困難頗多。工作在高頻段的地波超視距雷達的探測距離主要受自由空間傳播損耗、發射功率隨距離而增大的地波損耗和接收機受其他高頻用戶干擾的影響。在探測過程中, 噪聲干擾和雜波會淹沒目標回波, 除雷達內部產生的熱噪聲外, 高頻帶的接收性能還會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、晝夜、頻率和地理位置的不同而變化。在市區和工業區附近人為噪聲成為主要噪聲。地波超視距雷達運轉時需考慮的, 除為了有效發射地波必須靠近海岸線設置雷達站外,另一個重要問題是來自擁擠的高頻段通信、廣播和其他工業射頻噪聲造成的干擾問題, 為了使地波雷達正常工作, 需要預先實時估計傳輸信道。
▲ 所以一般在試驗階段，這種雷達都會選擇干擾較小的地方
正因如此，即使發達國家真正造出試驗用的雷達系統都是20世紀80年代以後的事情。我國的地波超視距雷達研製起點也差不多就在這一時期。1986年，劉永坦開始主持“新體制雷達研究”，建設新體制雷達實驗站。按照科研團隊在“威海一個偏僻的小漁村”進行雷達研製的描述和央視新聞中威海雷達試驗站的照片，我們很快就能將這套雷達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隊研製的國內第一套高頻地波超視距雷達。
▲ 衛星照片上顯示的威海的地波雷達試驗站
有關劉永坦及其科研團隊研製的高頻地波超視距雷達，相關材料介紹得很清楚了：1990年4月3日，團隊首次完成了中國對海面艦船目標的遠距離探測實驗，標誌著中國新體制雷達技術實現了對海探測技術的重大突破。1991年，該項目榮獲國家科技進步獎一等獎。1997年，劉永坦牽頭開始研製實用型的新體制雷達。2011年，具有全天時、全天候、遠距離探測能力的新體制雷達研製成功。2015年，團隊再次獲得國家科技進步獎一等獎。
▲ 劉永坦介紹新體制雷達研製情況
在用作岸基雷達的時候，高頻地波超視距雷達作為一款價格相對低廉的雷達系統，能夠在沿海部署，作為不間斷監視領海和200海里專屬經濟區的重要產品；其400公里左右且能探測水面和低空目標的能力則讓其能夠與最小探測距離數百甚至上千公里的天波雷達配合，形成無縫的雷達探測網絡。加上其整體結構簡單，成本相對較低，可以通過多輛機動車輛各自運載一組發射天線的形式，將地波雷達做成機動雷達進行快速部署。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，用於在遠距離上搜索、跟蹤反艦巡航導彈和其他超低空目標。
▲ 超低空、反隱身、巡航導彈……好像有關係……
在官方材料中，“與國際最先進同類雷達相比，劉永坦研製的新體制雷達系統規模更小、作用距離更遠、精度更高、造價更低，總體性能達到國際先進水平，核心技術處於國際領先地位”這樣的介紹，已經毫無疑問介紹了中國在高頻地波超視距雷達領域的技術實力，而在不遠的將來，使用這一原理的高頻地波超視距雷達將不再神秘，成為中國龐大雷達家族中的重要一支。
▲ 劉永坦視察基地情況
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