海上雷达气象探测能力发展分析

邱卫新

(海军驻南京地区雷达系统军事代表室，南京 210003)

海上雷达气象探测能力发展分析

邱卫新

(海军驻南京地区雷达系统军事代表室，南京 210003)

摘要：分析了现代海战对气象信息的需求及美国海军气象探测能力发展现状及趋势，提出了海上编队雷达气象探测技术的发展建议。

关键词：雷达；气象探测；探测能力；气象产品；发展现状及趋势

0引言

气象信息自古以来就是战争决胜不可或缺的保障信息。“趋天气之利、避天气之害”是古今中外军事行动的一条基本原则。第一次世界大战初期，为充分发挥火炮的作战效能，法、德等国先后成立了专业的气象保障分队。现代战争呈现大范围、立体性，各种先进武器的应用对气象保障愈加依赖。世界各军事强国对气象信息的获取、处理、应用也愈加重视。雷达作为气象信息获取的新型装备，因其作用距离远、探测精度高、信息元素多而逐渐成为气象探测的主要装备[1-2]。

1海上气象信息的作用与意义

气象环境对海上活动和军事行动有着近乎全过程的影响。海上舰船、舰载机及其武器装备等设计和使用都离不开一定的气象条件。武器系统的作战效能也受具体气象条件的影响，气象环境对其的影响主要在如下方面：通行条件、观察条件、精度条件和安全条件[3]。

(1) 通行条件

通行条件是指影响舰船、舰载机及其人员运动的气象环境特性。舰船在海上航行、舰载机和无人机遂行任务都必须在满足一定要求的气象环境下进行。为保证舰船和舰载机的航行安全，必须要实时掌握舰船和飞机航行范围内的风向、风速、浪场、切边风场、云、雨、雾等气象信息，精确掌握上述信息项在遂行任务期间的变化趋势，同时还要掌握气象灾害信息，便于部队进行作战决策和战术方案拟定。

(2) 观察条件

观察条件是影响雷达、光电等探测设备探测效能的气象环境特性。云、雨、雾等气象因素影响了光电和红外探测设备的探测效能，对较高频率的雷达也有较大影响。电磁波传输的大气折射率是气压、温度和水汽压等的函数，见式(1)。

(1)

式中，N为大气折射指数；T为空气温度(K)；P为大气压(hPa)；e为水气压(hPa)；D为干空气的介电常数，约77.6；E为水汽偶极矩常数，约4810。大气折射率影响了雷达对目标高度或俯仰角探测的精度。为获得较高精度的目标高度或俯仰角参数，需利用气象参数推演大气折射率，以此进行折射率修正。常用的修正方法有等效地球半径模式法、改进等效地球半径模式法和指数模式法等。当出现陷获折射(即大气波导)现象时，会出现部分雷达电磁波陷获于大气波导中，使得雷达能主动发现处于超视距位置的远程的海面目标，同时在波导的上界层将出现探测盲区(或弱区)。通过气象信息的获取处理，实时掌握观察条件诸要素，并合理利用观察条件，提高发现敌目标的能力，同时规避本平台被敌方发现、跟踪，是现代海上战争的战术基本策略之一。

(3) 精度条件

精度条件是影响武器打击精度的气象环境特性。常规武器、导弹以及战略武器等射击精度和打击效果都受气象条件的影响，风、气温、大气密度及湿度是影响打击精度的主要因素。对于制导武器，云、雨、雾和风等都对制导精度产生影响，从而影响武器系统的打击精度。只有准确掌握影响武器系统打击精度的气象参数，对武器系统的射击诸元修正，才能保障武器系统的打击效能。

(4) 安全条件

安全条件是影响平台和作战人员安全的气象环境特征。对于海上环境，主要是舰船及舰载设备的安全条件、舰载机的飞行安全条件和气象灾害条件，如积冰、雷暴、飓风、风切变、下击暴流、涌浪等。

掌握对作战影响的气象环境信息，利用有利气象条件，规避不利气象条件保障作战胜利，是军事气象保障的主要目的。采用人工影响天气手段影响局部气象环境，增强或形成作战能力，达到某种作战企图，也是重要的气象保障手段。为此，海上编队对气象保障的需求主要有：

(1) 基本气象信息

由气象观测(含天气雷达)、天气分析预报、气候分析和水文分析直接得到的反映天气、气候、水文状况及其变化的产品，主要有天气及水文实况、天气水文分析预报、灾害预报等。

(2) 战术气象产品

主要包括与海上编队战术行动相关的气象要素和其他相关要素、战术辅助决策的气象资料等。例如，战场大气环境评估、空中和海上航线状况、电磁波的大气折射指数和大气衰减指数、大气波导预测、飞机结冰度，舰载机(无人机)着舰范围内的风切变等。

2海上雷达气象探测能力和技术发展现状

美国海军各型具有航空能力的舰船，如航母和两栖攻击舰，其作战能力都受到天气状况的影响。上至打击任务，下至舰载机起降，都需要知道当前及未来的天气条件，以避免事故的发生，并尽可能为部队提供先发制人的机会。

世界各地的机场周围都有专用气象雷达，飞行员和空中交通管制人员利用这些雷达数据规划航线。但是，美国的水面舰艇在过去的几十年中并没有安装和使用这种专用的气象雷达系统。不过，近年来通过一些“基于传感器”的数据收集和演示试验证实，大多数现代舰艇所使用的对空监视雷达可以作为气象雷达使用。

美国海军水面舰艇利用现有的对空监视雷达得到气象雷达数据(Weather Radar Through-the-Sensor，简称WRTTS)。利用现有传感器提供气象雷达数据的好处包括:无需更换现有设备，能极大降低新系统开发、安装和维护费用，并满足相关附加机械结构和电子设备的使用要求[4]。

基于传感器数据收集概念的一个重要条件，是在搜集日常气象数据的同时不改变或阻碍战术传感器的正常工作。战术雷达的任务是探测并追踪空中和水面目标，这对船员及整个舰队的安全至关重要。中断一次搜索扫描或者改变运行参数，都会降低雷达探测和追踪潜在敌对目标的能力，进而大大降低舰队防御敌方武器的能力。

(1) SPY-1系列[5]

在1996年美国海军发现杂波回波影响AN/SPY-1雷达的探测性能，而天气现象的回波是杂波的主要来源。为了精确跟踪目标需要把杂波滤除，因此就收集大量的天气回波资料，然后进行处理，并和NEXRAD的探测相比较，结果非常一致。之后，美国海军在SPY-1雷达上配置了作战环境处理器(Tactical Environmental processor，简称 TEP),即附加了一个天气处理器。

(2) SPS-48系列

灾害性天气探测及显示(Hazardous Weather Detection and Display Capability，简称HWDDC) 系统是为舰艇提供实时气象信息的重要工具。它通过附加的气象雷达数据处理器和基于网页的服务器，能提供舰载SPS-48E 雷达的实时监测数据和图像。灾害性天气探测及显示系统首先提取SPS-48E 雷达回波，将其转化成气象雷达可以读取的气象测量数据，然后利用简单的网页显示技术，通过舰载网络向用户提供雷达显示的图像。

(3) 构建网络

在收集到气象数据后，需要以一种便于解读的格式向舰上和舰下的用户分配和提供气象数据。美国只有少数舰船 (如航母) 上有专业的气象学家，大多数没有气象学家的舰船上的舰员也需要使用气象雷达提供信息。因此，数据质量和信息的显示方式非常重要。如果作战人员不能快速有效地理解这些数据，WRTTS系统对于作战人员的作用就会很小。

舰队数字气象与海洋中心(The Fleet Numerical Meteorology and Oceanography Center，简称FNMOC)通过卫星链路(海军舰载机密局域网SIPRNET)得到TEP和HWDDC的气象探测数据，进行气象数值预报分析。航行在大洋上的舰船通过气象数据提取计算机服务器提供的网页显示和界面服务访问SIPRNET，得到雷达的实时显示和气象预报结果。

3海上雷达气象探测能力发展趋势

(1) 充分利用舰载雷达资源，构建海上编队网络化气象探测体系

由于舰艇平台空间、载荷、稳性及供能的制约，限制了雷达布设的数量，因此作战舰艇难以配置专用的气象探测雷达。充分利用舰载雷达资源，开展多种形式的气象探测，以专用方式和兼容方式实现强度模式、速度模式、风廓线测量等多种气象探测模式，是舰艇雷达气象发展的必需。同时，还应研究海上编队气象探测组网技术，构建海上编队网络化气象探测体系，多传感器、多频率、多探测手段组合，提高气象探测的能力范围、准确度、精细度。

(2) 加强气象信息分析与应用研究，完善气象产品谱系

现代海战对气象信息保障的多方面需求，特别是探测装备、远程打击武器、舰载飞行器等新装备为发挥其效能，对气象信息保障的产品种类、信息质量提出了更高的要求。应针对战术使用，加强气象信息的获取、分析和处理技术研究，丰富、完善气象产品品种及其衍生产品。

(3) 开展气象数据挖掘研究，实现常规任务探测下的气象信息获取

不管是专用气象探测方式还是兼容气象探测方式，都必须有一定的时间能量资源专门用于气象探测。这将对情报探测产生影响，降低情报信息质量。而低密度的气象探测也使气象信息质量难以提高。应开展利用情报探测的信息分析获取气象信息的技术研究，通过数据挖掘和数据变换、补偿获取较高质量的气象信息，实现情报探测和气象探测的完全兼容。

参考文献：

[1]龚瑞卿.海事气象信息保障系统建设方案研究[J].中国水运，2008(12).

[2]李庆伟，马恒.综合气象保障系统研制[J].气象水文海洋仪器,2008(3).

[3]唐万年，谢在永.高技术局部战争气象保障概论[J].气象，2000(3).

[4]刘伟.美英的军事气象保障[J].现代军事，2000(8).

[5]Jane′s Radar and Electronic Warfare Systems, 2012.

Analysis on development of weather detection capability

for marine radars

QIU Wei-xin

(Military Representative Office of Radar System of the PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003)

Abstract：The requirements of the weather information for modern naval battles and the status quo and development trends of the weather detection capability of the U.S. Navy are analyzed, and the development suggestions of the weather detection technology for marine formation radars are made.

Keywords:radar; weather detection; detection capability; weather product; status quo and development trends

中图分类号：TN957.51

文献标志码：A

文章编号：1009-0401(2015)04-0018-03

作者简介:邱卫新(1962-)，男，高级工程师，研究方向：雷达总体技术。

收稿日期：2015-10-12