正文
（七）偵查衛星
古人說登高望遠，一點也不錯，爬山者的樂趣就在最後站在頂峰上俯瞰遼闊的大地。現代的探測器也是一樣，飛得越高看到的地麵和海麵也就越廣。海洋的麵積佔地球麵積的四分之三，如此大麵積的搜索是非常困難的事，要看得又廣又遠就要升得夠高。
航空母艦上麵的作戰飛機都有一定的作戰半徑，以美國海軍的主力戰機F/A-18為例，空戰的作戰半徑是740公裏，對地和對海攻擊的作戰半徑是1065公裏，所以絕大部分的時間航空母艦距離敵人的領土都在一千公裏以外，這是一個安全距離，隻有在發動攻擊時才會接近目標區。
我們需要瞭解的是，航空母艦距離攻擊的目標越近則艦載機滯留目標上空的時間就越久，這對攻擊的效果是至關重要的，所以在發動攻擊的時候航空母艦會盡量靠近攻擊地區。至於航空母艦會多靠近目標區，那就要看對手的空軍力量有多強。由於艦載機的性能一般不如陸基戰機（艦載機結構重），在麵對強國時，美國航空母艦多半在對方陸基戰機的攻擊距離以外。當然如果攻擊的對象是弱國，美國航空母艦就可以非常靠近攻擊區，譬如80年代美國轟炸利比亞，美國航空母艦就在距離利比亞海岸隻有幾公裏處巡弋。利比亞的軍事力量太弱了，一般而言，即使在進行攻擊任務的時候，航空母艦距離攻擊目標至少也在五百公裏以外。
航空母艦的攻擊能力全在艦載機，所以如果能夠阻止敵人的航空母艦在領海範圍的一千公裏以外，那麽敵人航空母艦的威脅力就幾乎消失了。當然，如果要把威脅完全消除，艦載機攜帶的製導武器的射程就要加進去，譬如空對艦或空對地的導彈射程，所以至少還要加上五百公裏。除此之外，YST 認為還需要加上五百公裏的安全係數（safety margin）。總結上麵所有的考慮，對係統設計的工程師而言，阻止敵人的航空母艦在國家領土兩千公裏以外是必須的，在這個距離之外的航空母艦就純粹是一種擺設了。
防禦航空母艦的攻擊是相當困難的，難就難在你不知道敵人的航空母艦在哪裏。所以防禦航空母艦的首要任務就是在茫茫大海中先找到它，而航空母艦最重要的工作就是隱密，不讓你找到。這是一個貓和老鼠的遊戲。
一架偵察機飛在一萬兩千公尺的高空，它的視界極限最遠也隻能達到四百公裏，所以對偵察航空母艦來說偵察機必須進入敵人艦載機的攻擊範圍之內才有可能發現航空母艦，在這種情形下偵察機生存的機會微乎其微。這還不是所有的問題。遙測感應器的覆蓋角度通常30度左右，所以飛行在一萬兩千公尺的高度，偵察機搜索海麵的寬度不到50公裏，要覆蓋一個特定的海洋區域，譬如東海，需要很久的時間才能完成一次搜索，航空母艦很可能從搜索區中尚未搜索的部份進入偵察機已完成搜索的部分而未被發覺，甚至航空母艦早就駛離搜索區了。所以偵查機麵對浩瀚的海洋遠遠不能滿足搜索大型海麵船隻的需要。
加快偵查機的飛行速度來實現快速的海洋搜索是不實際的，偵查機的最高航速比巡航速度快不了多少（不到50％），更何況有些遙測係統是有速度限製的，譬如雷達成像。
要滿足快速搜索海麵船隻的要求更有效的方式是增加飛行高度。但是還有什麽比飛機飛得更高呢？
比飛機飛得更高的人造物體就隻剩下人造衛星了，是的，海洋的大麵積搜索非衛星莫辦。人造衛星的搜索寬度至少有四、五百公裏，航空母艦的最高航速為每小時55公裏，所以如果能安排衛星執行每四小時觀察一次就可以達到無縫覆蓋，這是可以做到的。
本篇文章就是介紹偵察衛星的功能與相關原理。
甲。 物理現象
在敘述衛星前，讓我們溫習小時候學過的一些物理現象。
凱普勒定律（Kepler\'s law）：
十六世紀德國數學家和天文學家凱普勒（Johannes Kepler，1571~1630）在觀察太陽係的行星時發現一個非常有趣的規律：
a。任何行星圍繞著太陽運行形成一個通過太陽中心的平麵，行星運行的軌道在這個平麵上一定是 一個橢圓（注意，圓是 當橢圓長軸與短軸相等的一種特殊情況）；
b。如果你連接行星和太陽的中心就會形成一條直線，這條直線當行星運行的時候就會形成一個扇形的麵積，雖然行星與太陽的距離隨時都在改變，但是它在單位時間內所覆蓋的扇形麵積不會改變而是一個常數（constant）。
上麵敘述的a與b就是天文學上非常有名和非常重要的凱普勒定律。
乙。 衛星的軌道
讀者必須瞭解衛星的應用與它的運行軌道是分不開的，不同的應用需要不同的軌道，譬如偵察衛星和通訊衛星的軌道是完全不同的，即使同樣是偵察衛星，攜帶的遙感器不同其設計的軌道也不同，這個軌道錯不得。於是每顆衛星在發射上就需要作出特殊的安排與調整。由於衛星攜帶的感應器發射後就不能改變，所以衛星軌道的精確性和它的應用息息相關，如果發射的軌道錯誤，那麽這顆衛星的應用價值就完全沒有了，形同報廢。
衛星所攜帶的燃料非常有限，推力也很有限，主要用作姿態調整和軌道的維持，萬不得已才做變軌飛行，這是最耗費燃料的。所以把衛星準確地送入預定軌道極為關鍵，衛星的發射任務如果不夠精準，輕則減少衛星的預定壽命，重則導致衛星成為廢物。
衛星的運行與行星的運行道理是一樣的，所以凱普勒定律可以直接應用在衛星軌道的計算上，得出衛星運行的性質。
衛星在環繞地球的飛行中循著一定的軌道並且有下列幾個重要性質：
a。 這個軌道可以是圓，圓心是地球的中心，衛星運行的高度不變；
b。 衛星的軌道也可以是橢圓，這時候衛星飛行的高度隨時間而改變，但有規律可尋，那就是凱普勒定律，最重要的性質就是衛星距離地球越近其飛行的速度越快；
c。 衛星運行形成的平麵和地球赤道形成的平麵有一個夾角，這個夾角科學家稱為「傾角」（inclination angle）。「傾角」在衛星的應用上是非常、非常重要的參數，因為不同的傾角衛星的觀察就覆蓋不同的地球表麵。
d。 衛星運行的高度越高，運行的週期越長。
譬如高度隻有一百公裏的極低空衛星，86分鍾就繞地球一周；
美國的太空梭通常運行在六百公裏的高度，97分鍾就繞地球一周；
衛星運行高度上升到一千公裏（美國太空梭的極限），106分鍾繞地球一周；
衛星運行高度上升到一萬公裏，348分鍾繞地球一周；
衛星運行高度上升到兩萬公裏（大約美國GPS導航衛星的高度），711分鍾繞地球一周；
衛星運行高度上升到35，786公裏（地球同步衛星的高度），1436。07分鍾繞地球一周。
丙。 衛星的發射場
前麵說過，衛星運行的傾角決定衛星觀察時覆蓋地麵的區域，我們有必要對傾角作進一步的論述。
一個非常重要的物理現象是衛星發射場的緯度決定「傾角」，譬如一個發射場位於北緯38度，它發射的衛星傾角就是38度。下麵我們把全球重要的衛星發射場的緯度列舉如下：
發射場 緯度
法國南美洲圭亞那庫魯發射場 北緯 5。0度
美國甘迺迪航天中心 北緯28。5度
日本種子島航天中心 北緯30。4度
俄羅斯拜科努爾航天中心 北緯45。6度
中國酒泉衛星發射中心 北緯40。6度
中國太原衛星發射中心 北緯37。5度
中國西昌衛星發射中心 北緯28。1度
中國海南文昌航天中心（興建中） 北緯19。0度
讀者一定會問：如果一個發射場要發射與它的緯度不同的傾角的衛星，那要怎麽辦呢？
答桉是：首先發射衛星進入軌道運行，這時候傾角等於發射場的緯度，然後由控製中心指揮再進行變軌運作改變傾角。
無論改變衛星運行的高度或是傾角都稱為變軌運作，由衛星上的火箭發動機提供所需動力，這些都是迫不得已而不得不為的操作，尤其改變傾角的變軌飛行非常耗費燃料，一旦燃料耗盡這個衛星的壽命就終結了，這些都必須在衛星設計者的考慮中。燃料計算非常重要，它直接決定衛星的壽命，通常衛星管理工程師必須預留部分燃料作為衛星在壽命終結前脫離軌道之用（英文稱做de-orbit），把寶貴的特定軌道留給後來者。
衛星都是向東發射的，因為地球的自轉是從西向東，我們要利用地球自轉的水平速度將衛星送入軌道。地球自轉在赤道上形成的水平速度最大，緯度越高所得到的水平速度就越小，到了南北極地球自轉的水平速度就是0了，所以高緯度的國家發射地球同步衛星是吃大虧的，必須用更大推力的火箭來彌補。這就是為什麽每個國家都把衛星發射場盡量設在國土最靠近赤道的地方。
也就是這個原因中國大陸決定在海南島的文昌建一個規模宏大的航天中心，主要考慮的因素有下列幾點：
a。 海南文昌是中國國土緯度最低的地方，在海南文昌發射比在四川西昌發射以現有的火箭而言相當於推力提升10~15％。想想看，同樣的火箭搬到文昌，衛星上的酬載可以增加多少，10~15％的推力提升是不得了的效益。
b。 如果發射的是同步衛星，根據大陸專家的報導在海南文昌發射要比在四川西昌發射衛星變軌運作進入同步軌道所耗費的燃料要節省100公斤，相當於延長兩年以上的壽命。
c。 酒泉與西昌都深處內陸，交通不便，全靠火車運輸，所以衛星與運載火箭在體積和重量上都受到鐵路的限製，譬如火箭的直徑不能超過3。35米。文昌在海邊，用船運輸非常方便，體積和重量都不成問題。
d。 火箭發射後，分離的火箭殘骸掉到海裏，回收容易，也不會傷人。
e。 中國當初把發射場設在甘肅、山西和四川主要是基於國防考慮，擔心如果打起仗來基地會不保或遭到破壞，現在的國防力量已足夠強大自然沒有這種顧慮。
新華社在2007年09月23日報導，建設海南文昌發射場是為了我國航天事業可持續發展的戰略，滿足新一代無毒、無汙染運載火箭和新型航天器發射的任務需求。海南文昌的航天發射基地佔地20平方公裏，包括航天發射港、太空主題公園、火箭組裝廠以及指揮中心等一係列項目。
文昌航天基地規模宏大，設備先進，建成後將成為中國同步衛星、探月飛船和永久性太空站的發射場。
文昌航天基地的各種優勢已經引起美、俄、法的擔憂，他們在商業衛星發射上的生意可能會被搶走。
丁。 衛星的酬載
衛星的應用全靠上麵裝置的各種光學和電子設備，這些設備隨應用的不同而改變，譬如偵察衛星有紅外線探測器、高解析度照相機、雷達、光學感應器，通訊衛星有轉發器、導航衛星有特殊的發射器和極精確的原子鍾、科學衛星有各種不同的科學儀器．．．．等等，這些衛星上的儀器與設備統稱為酬載（payload）。
由於衛星上的空間、重量、電力都非常有限，不可能帶太多的儀器，有的偵察衛星隻有照相機，有的衛星隻有紅外線成像儀，有的衛星隻有雷達，當然隻要各種條件許可也有衛星攜帶多種探測器。不論是哪一種衛星酬載的選擇非常重要，一個衛星的能力全在酬載性能的高低。
戊。 偵察衛星的酬載
偵查衛星攜帶的感應器無非是下列四種：
a。 光學儀器：
光學儀器包括電視和照相機，後者可以是數字照相機，也可以是傳統的膠卷照相機。
光學儀器最大的缺點是隻能在白天使用。
b。 紅外線成像儀：
不同的物體在空間的溫度不同，紅外線成像儀就是感應溫度的差別而成像，所以又稱為「熱成像儀」，在「漫談坦克」的係列文章中我們曾詳細解說。
紅外線成像儀的優點是可以日夜使用、解析度高而且探測距離非常遠。
紅外線成像儀的缺點是無法穿透雲霧，其次的缺點是隻能定方向而不能定距離，不過對海麵船隻測定距離不是問題。
c。 雷達：
雷達是發射電波訊號然後接受反射回來的電波來測定目標的方位和距離，是二十世紀人類發明的最偉大的遙測儀器。
雷達的優點是全天候工作，無論白天還是晚上、天氣清朗還是有風雨雲霧都照常工作，而且精確地測定目標的方向、距離和速度。
雷達的缺點是設備重、耗能大、目標辨別能力差。
d。 無線電：
軍艦航行是很難保持無線電靜默的，從收聽到的無線電訊號加以分析來判斷海麵目標在哪裏和它們的型號。
己。 偵察衛星的應用
偵察衛星無論是用那一種感應器都存在一定的角度，隻有在這個角度內才能感應到前麵的目標。我們可以想像偵察衛星的感應器就像一隻手電筒射出一道圓錐形的光芒照射到地麵上，隻有在這道光照到的範圍內才能看到地球表麵的物體。
a。 大麵積搜索
所以當衛星飛過地球表麵的時候，我們就可以想像衛星感應器掃過一條等寬的帶子，衛星飛得越高則這條帶子就越寬，通常至少都有數百公裏。更進一步說，雖然衛星的軌道不變，但是地球是會自轉的，所以第二圈飛過的地方跟第一圈不一樣，第三圈飛過的地方跟第二圈也不一樣，這樣經過幾次掃瞄就可以覆蓋廣大的海洋了。
不過衛星掃瞄地麵不是想像中這麽簡單，如何達到無縫隙的掃瞄需要在運行軌道的傾角與高度和感應器的視角做出精細的設計和安排。
b。 衛星變軌
另外值得一提的是衛星感應器的解析度（resolution）都是以角度為單位的，所以目標成像的解析度就跟衛星的高度成反比了。也就是說，衛星飛得越高雖然觀察的麵積越大但是解析度就越低，因此對目標的判斷就會越困難，特別是使用照相機的偵察衛星。
高解析度的照相機是偵察衛星非常重要的選擇，由於相片的解析度和拍攝的距離成反比，也就是說距離越近解析度越高，所以通常這種衛星都採用非常橢圓的軌道，所謂非常橢圓就是近地點（隻有一、兩百公裏）和遠地點（高達數千公裏）差別很大。偵察衛星軌道的設計就是在近地點的時候進行拍照。
根據凱普勒定律，單位時間內衛星運行所覆蓋的扇形麵積是一個常數，所以衛星在近地點的時候飛行速度比遠地點快很多，衛星飛快地拍完照片後便上升到安全的高度，避免受到敵人的攻擊，特別是激光照射。有時候為了得到更清楚的照片，衛星會特別（在遠地點減速）進行變軌使近地點非常低（低於一百公裏）。這種情況在拍照完成後必須升高近地點（在遠地點加速），否則每次空氣的摩擦會逐漸降低衛星的高度最後導致衛星跌落大氣層而燒毀。
c。 小衛星
戰爭不會無故發生，都有跡象可尋。當情勢緊張時相關國家通常都會臨時發射多枚小衛星對熱點進行密集觀察，這些小衛星重量都很輕，100~500公斤，可以一次發射多個來縮短觀察週期。由於小衛星攜帶的燃料很少，所以小衛星的壽命不長，通常隻有幾個月，不過對戰爭的準備已經足夠了。
但是運載火箭的生產、運輸與發射前的準備可不是一件簡單的事，真正的困難就在是否能夠及時發射，所以快速發射衛星的能力對任何大國都非常重要。
附帶要說的是，中國大陸快速發射衛星的能力相當出色，這個能力已經被美國發覺，美國一度曾經考慮想與大陸政府商量在太空站有緊急情況時大陸能出手相助，後來也隻是說說而已，不了了之。美國對中國心存嚴重的忌憚，當初成立太空站時廣邀數十個國家參加，這是一種大國炫耀的姿態，有政治利益，也有經濟利益，因為參加國是要負擔部分經費而絕大多數的國家不會得到技術，尤其不可能得到關鍵技術。但是美國的邀請就特別排除中國。現在美國雖然承認中國能對太空站做出實際的、重大又無可替代的貢獻，YST 個人認為美國還是不會邀中國參加，道理很簡單，美國始終把中國當成戰略對手，對於科技資料防範非常嚴，美國如果要求中國擔負緊急狀況下的救難任務就必須提供太空站一些敏感的資料，美國是不肯的。
普通雷達不能滿足反航空母艦的基本要求
我們再想想看，大陸沿海並沒有一萬英尺的高山，更何況航空母艦即使發動攻擊也通常巡弋在攻擊目標的300海裏以外，所以無論是陸地上的雷達或是海麵上的艦艇雷達都無法在航空母艦的攻擊距離外發現它。要知道航空母艦戰機的作戰半徑大約是400海浬（F/A-18E/F），如果連這個最基本的探測距離都不能克服，那麽反航母是沒有任何希望的，就隻能挨打，不要說先下手為強了，連挨打後回手反擊航母都不可能，因為你不知道它在那裏。
現在很清楚了，反航空母艦的第一件事就是研發一種探測和追蹤距離遠大於400海裏（740公裏）的感應器。普通雷達完全沒有這個能力。
（九）超視距（超越地平線）雷達
問題：有沒有一種雷達它的觀測距離能夠超越地平線呢？
答桉：有的，而且有兩種，它們是「天波雷達」與「地波雷達」。
這個世界有很多物理現象是很奇妙的，其中有兩個現象可以用來發展超視距雷達。此處我們說的「視距」不是指人的眼睛的視力距離而是指觀察物體的直線距離（line of sight），所以這裏所謂的「超視距」就是超越地平線的距離。
人類利用兩種特殊物理現象，離子層與繞射，發展出兩種超視距雷達，也稱作「超越地平線雷達」（英文名稱為 Over The Horizon radar，簡稱 OTH radar）。
本篇的主要目的就是對這兩個物理現象和經由這兩個現象所發展出來的特殊雷達做一個簡單扼要的敘述。
「超越地平線雷達」對偵查遠距離的海麵船隻產生革命性的影響。
甲。 天波雷達（OTH-B）
地球的大氣層高度在80公裏以上就進入離子層（ionosphere），離子層有一個特性就是隻反射頻率在30兆赫茲（30MHz，每秒振動三千萬次）以下的電波，它們的波長在10米以上。
於是科學家就利用頻率在3~30MHz這個波段的電磁波設計雷達，就是所謂的「天波雷達」。
3~30 MHz這個波段雷達科學家給它取了一個代號叫做HF波段，HF是 High Frequency 的縮寫，意思就是高頻波段。這個波段的波長是10~100米。
科學家在HF這個波段發射電磁波，電波被大氣層中的離子層反射照射到海麵，海麵上如果有船隻就把電波反彈回到大氣層，再經過電離層反射回地麵被地麵上的接收器收到，經過一番計算和判定就能偵察出海麵上這些船隻的位址與速度。這種雷達的探測距離可以遠達六千公裏。
由於電波是透過天上離子層的折射，從天而降，所以取名「天波雷達」。
由於探測的距離超過地平線，這種雷達又名「超越地平線的折射雷達」（英文代號為 OTH-B），此處 B 代表 backscatter，意思就是折射。
比較這兩個名稱，YST 個人更喜歡「天波雷達」，它比較傳神。
「天波雷達」有下麵幾個特性：
a。 天波雷達的理論探測距離是 800~6000公裏。
b。 800 公裏以內的目標無法探測，這是天波雷達的盲區。
c。 由於離子層的電子密度隨著日光的照射不同，所以白天與晚上有差異，不同的季節也會產生差異，更會隨著太陽黑子的活動而發生變化。除此之外，離子層的高度也會有變化。所以計算離子層的折射是非常複雜的，非一般人想像的容易。
d。 由於離子層的折射計算複雜，天波雷達的定位精度很差，大約是20~30公裏。不過透過特殊的算法精度可以改進一個數量級達到2~3公裏，這對搜索大型海麵船隻的初步定位已經足夠了。
e。 天波雷達雖然定位精度不高，但是測量速度的精度卻很高，這就有助於目標識別。商船的最高航速通常是20節，不可能超過25節，而航空母艦的航速超過30節，有些更達到35節所以利用速度很快就可以區分航空母艦與大型商船。除此之外，如果偵察到的這個水麵目標附近還有很多每小時三百公裏以上的高速目標，那麽這個水麵目標肯定是航空母艦。所以指揮中心用這種方式就可以初步判定航空母艦的存在和地點。
f。 天波雷達的天線非常巨大，通常高數10米，長一、兩千米，見下圖：
圖03：美國的天波雷達
乙。 地波雷達（OTH-SW）
小時候 YST不聽話，母親生氣時總是說：「媽說話，你左耳進，右耳出，一點記性都沒有」。其實母親教訓 YST的話不是真的，她無論在那個方向對我說話，我兩個耳朵都聽得非常清楚，沒有任何一隻耳朵漏掉。為什麽呢？這是有科學依據的。
在波的傳送中有一種物理現象叫作「繞射」（diffraction）。「繞射」是指當波在傳送時如果遇到阻礙物有一部分能量會彎曲繞過阻礙物到達它的後方，也就是說，任何阻礙物不會形成百分之百的“陰影”。
「繞射」的現象在聲波上非常明顯，我們可以很容易用實驗証明聲波的繞射。在一個非常空曠的空間，你把左邊的耳朵塞住，然後在左耳旁邊敲擊物體，你的右耳可以聽到敲擊聲，這個敲擊聲不會被頭顱完全擋住。所以如果母親的聲音是從左方來，不但左邊的耳朵能聽到，右邊的耳朵也能夠聽到，這是因為一部分聲波繞過聽者的頭顱傳達到了右耳。
電波的繞射和聲波是類似的，科學家不但証明電波有繞射的現象，而且測量出波長越長的電磁波「繞射」的現象越顯著。
哇，這是何等有趣和有用的現象，你想想，好事的科學家會放過它嗎？
由於高頻波段的波長是最長的，聰明的科學家就利用這個波段「繞射」最強的現象設計雷達來偵查地平線以外的目標，科學家用這個方法取得相當程度的成功。由於偵測電波是沿著地球表麵傳送的，所以稱之為「地波雷達」。
地波雷達探測的距離超過地平線，所以也稱為「超越地平線的地波雷達」（英文縮寫為OTH-SW），此處SW代表 Surface Wave，意思就是地波。
圖04：地波雷達工作原理的示意圖。
上圖示意建立在山上的雷達站可以在距離R1的範圍內偵測到海麵上的軍艦，但是偵測不到距離R2的軍艦，因為它已經在地平線以下了。
但是如果山上的雷達站是地波雷達，有一部分電波透過繞射現象可以照射到地平線下遠距離R2的軍艦，它反射的回波同樣經過繞射再被雷達站接收到，經過計算就可以得出R2軍艦的位置和速度。
電波的「繞射」是一種非常微弱的現象，通常使用的雷達波段幾乎不存在，即使波長最長的高頻波段它的繞射能量也很小，所以對海麵船艦的探測距離不大，可以確定能夠達到三百公裏，沒有聽過超過五百公裏的，要想覆蓋天波雷達八百公裏的盲區恐怕非常困難，除非加大發射功率和使用極長的天線陣列，這些都是極費錢的，有實際的上限。
地波雷達因為沒有離子層複雜和不穩定的物理現象，所以定位容易多了，也比較精確，隻是探測距離短太多了，對反航空母艦作戰來說性能不足，屬於次要的手段，但是對於其他的大型水麵船隻還是很有用的。地波雷達相對便宜，尤其對於不寬的海麵，譬如台灣海峽和黃海，非常有用。
讀者一定會問：地波雷達能探測三百公裏可以裝在船上呀？
回答：是的，的確有某些國家這麽做過。但是地波雷達的天線排列長達50米以上，在軍艦上狹窄又寶貴的空間使用非常不方便，所以非常少見。
丙。 幾個簡單的注解
a。 高頻（High Frequency，簡寫為HF）是有一點誤導的，因為這個波段其實是雷達所用的電磁波中頻率最低的。
一般而言，頻率越高雷達的精度就越高，同時體積也越小，所發射的能量也越小。所以軍用雷達，尤其是火控雷達（一種指揮炮火發射的雷達，英文稱為 Fire Control Radar）要求高精度，選用波段的頻率都非常高，甚至超過 30 GHz。
譬如戰鬥機上的火控雷達都是X波段，頻率在10GHz左右，是高頻波段的300倍到3000倍，波長是3公分左右。
坦克測距使用激光雷達頻率高達100，000，000兆赫茲，是高頻波段的三百萬到三千萬倍，所以測得的距離非常準確。
警察抓超速使用的測速器也是激光雷達，使用頻率高達300，000，000兆赫茲，達到雷達使用頻率的最高階段，因此雷達非常小巧（可以拿在手上）、功率非常小（通常隻有數瓦特），應用距離很短，頂多幾百米，但是非常精確。這種精確度都不是高頻雷達能夠得到的。
b。 「天波雷達」與「地波雷達」都是使用高頻波段來探測地平線以外的物體，經過大氣離子層折射的叫天波雷達（OTH-B），沿著地表傳達的叫地波雷達（OTH-SW），天波與地波的區分和取名非常傳神。
c。 超視距雷達除了探測的距離非常遠之外，它還有一樣好處，那就是可以探測到雷達隱身的目標，譬如美國的隱形戰機B-2與F-22。
這是因為所有雷達隱形物體所用的塗料主要是對付波長很短的雷達波，譬如X波段，目的是要躲避火控雷達的追蹤，這對逃避飛機和導彈的火控雷達固然特別有效，但是對波長較長的L波段搜索雷達就差很多了，對高頻波段的超視距雷達隱身效果就更差了。
除此以外隱形飛機的雷達截麵（Radar Cross Section，簡稱 RCS）都設計成正前方極小化（這就像坦克的裝甲在正前方最厚是一樣的道理，因為正前方是攻擊時遭遇敵人最可能的方向），下方也不錯（躲避地麵雷達），但是上方的雷達截麵就大非常多了，所以無法規避天波雷達的照射與發現。
丁。 中國大陸的天波雷達
大陸在超地平線雷達的研究很早就開始，1970年就完成一座試驗型的天波雷達，天線排列長達2300米。
根據【簡氏防務週刊】的報導，中國已經在2001年研製出一套天波雷達（OTH-B），探測距離為800~3000公裏，覆蓋角度為60度。該係統發射與接收的地點是分開的，位置相隔100公裏，天線陣列尺寸為60x1100米。這座雷達的作用覆蓋麵見下圖：
圖05：中國大陸天波雷達的覆蓋範圍。
YST 個人的評論：
a。 圖05箭頭所指之處就是雷達的接收站的位置，也就是巨大的天線陣列安放的地方。
b。 這座天波雷達的接收站位於武漢與西安之間某處，相當內陸，不設在靠近海邊的原因一方麵是避開盲區，另一方麵是避免容易遭受空襲。
c。 圖中暗紅色的地區就是天波雷達覆蓋的偵察範圍，這是美國航空母艦進入台灣地區的主要方向。我們看到美國的航空母艦和大型水麵船隻隻要進入距離台灣兩千公裏的海麵就會被這座天波雷達偵測到。
d。 800~3000公裏的探測距離是英國【簡氏防務週刊】的報導，不知來源為何，也不知是真是假。YST 認為這個探測距離雖然勉強夠用，但不夠安全。如果 YST是係統工程師一定將探測距離至少達到四千公裏，而且照射角度會稍微偏北一點務必覆蓋包括東京灣與關島在內的水域，這個要求非常、非常重要而且並不難辦到。
e。 這座天波雷達的位置選擇非常適中，完全覆蓋從東部海麵接近中國的任何航道。美國航空母艦如果企圖從日本海經對馬海峽進入黃海不被發現和追蹤是不可能的，唯一剩下的可能途徑是繞過菲律賓的南端或是經麻六甲海峽進入南海，然後由南海接近中國大陸。
f。 南海相對東海不但非常狹窄而且到處都有島礁，偵測航空母艦容易得多，黃海就更容易了。黃海基本上一架預警機就可以搞定，南海則麻煩一點，對預警機續航力的要求也高很多，如果單靠預警機至少需要多架。
戊。 中國大陸的地波雷達
大陸在地波雷達也做了相當成功的研發，並且至少已經在浙江瑞安市以東八公裏處的海岸線上部署了一套地波雷達（OTH-SW）係統。這套係統也採用了發射地點與接收地點分離的設計，兩處相隔2。65公裏。
外界對中國大陸的地波雷達瞭解很少，隻知道覆蓋角度為90度，探測距離大概是三百公裏，見下圖。有關它的性能數據都是猜測，無法做進一步的討論。
雷達數據都是高度機密，外麵的人隻能知道大概，不可能得到精確的數據。
圖06：中國大陸地波雷達的覆蓋範圍。圖中箭頭所指之處就是瑞安地波雷達接收站的位置。
上麵這個地波雷達站完全無縫地覆蓋台灣海峽北端的出入口，可惜覆蓋不了釣魚台，更無法探測到琉球群島。
己。 一些個人見解
a。 一般而言雷達使用的頻率越低，雷達的體積就越大，發射的功率也越高，像超視距雷達這樣的頻率發射功率都在數百萬瓦以上，非常耗費能量。
b。 南海海域不是很寬，遍布島礁，50~100米長的天線陣列建在島礁上也不成問題，如果能源供應的問題能夠解決，解放軍在南海的西沙、中沙與南沙的島礁上各建一座地波雷達站，再配上一、兩架預警機填補空隙就可以無縫監視所有在南海主航道上來往的船隻。但是能源供應是一個大問題，島礁上蓋一個幾百萬瓦的發電廠幾乎是不可能的，也容易受到破壞。
c。 比 b 更簡單、也更安全的方法是在湖南南部的山區建一座天波雷達，不但覆蓋整個南海，也覆蓋越南、馬來西亞、新加坡、文萊、菲律賓和麻六甲海峽。
d。 YST個人認為天波雷達是反航空母艦艦隊最重要的探測手段，也許單憑天波雷達就足夠完成搜索、發現與長時間連續跟蹤等一係列的任務，其他的偵察手段不過是輔助而已。
在後麵論述反艦彈道導彈的操作時，YST 將對 d 項做進一步的說明。
古人說登高望遠，一點也不錯，爬山者的樂趣就在最後站在頂峰上俯瞰遼闊的大地。現代的探測器也是一樣，飛得越高看到的地麵和海麵也就越廣。海洋的麵積佔地球麵積的四分之三，如此大麵積的搜索是非常困難的事，要看得又廣又遠就要升得夠高。
航空母艦上麵的作戰飛機都有一定的作戰半徑，以美國海軍的主力戰機F/A-18為例，空戰的作戰半徑是740公裏，對地和對海攻擊的作戰半徑是1065公裏，所以絕大部分的時間航空母艦距離敵人的領土都在一千公裏以外，這是一個安全距離，隻有在發動攻擊時才會接近目標區。
我們需要瞭解的是，航空母艦距離攻擊的目標越近則艦載機滯留目標上空的時間就越久，這對攻擊的效果是至關重要的，所以在發動攻擊的時候航空母艦會盡量靠近攻擊地區。至於航空母艦會多靠近目標區，那就要看對手的空軍力量有多強。由於艦載機的性能一般不如陸基戰機（艦載機結構重），在麵對強國時，美國航空母艦多半在對方陸基戰機的攻擊距離以外。當然如果攻擊的對象是弱國，美國航空母艦就可以非常靠近攻擊區，譬如80年代美國轟炸利比亞，美國航空母艦就在距離利比亞海岸隻有幾公裏處巡弋。利比亞的軍事力量太弱了，一般而言，即使在進行攻擊任務的時候，航空母艦距離攻擊目標至少也在五百公裏以外。
航空母艦的攻擊能力全在艦載機，所以如果能夠阻止敵人的航空母艦在領海範圍的一千公裏以外，那麽敵人航空母艦的威脅力就幾乎消失了。當然，如果要把威脅完全消除，艦載機攜帶的製導武器的射程就要加進去，譬如空對艦或空對地的導彈射程，所以至少還要加上五百公裏。除此之外，YST 認為還需要加上五百公裏的安全係數（safety margin）。總結上麵所有的考慮，對係統設計的工程師而言，阻止敵人的航空母艦在國家領土兩千公裏以外是必須的，在這個距離之外的航空母艦就純粹是一種擺設了。
防禦航空母艦的攻擊是相當困難的，難就難在你不知道敵人的航空母艦在哪裏。所以防禦航空母艦的首要任務就是在茫茫大海中先找到它，而航空母艦最重要的工作就是隱密，不讓你找到。這是一個貓和老鼠的遊戲。
一架偵察機飛在一萬兩千公尺的高空，它的視界極限最遠也隻能達到四百公裏，所以對偵察航空母艦來說偵察機必須進入敵人艦載機的攻擊範圍之內才有可能發現航空母艦，在這種情形下偵察機生存的機會微乎其微。這還不是所有的問題。遙測感應器的覆蓋角度通常30度左右，所以飛行在一萬兩千公尺的高度，偵察機搜索海麵的寬度不到50公裏，要覆蓋一個特定的海洋區域，譬如東海，需要很久的時間才能完成一次搜索，航空母艦很可能從搜索區中尚未搜索的部份進入偵察機已完成搜索的部分而未被發覺，甚至航空母艦早就駛離搜索區了。所以偵查機麵對浩瀚的海洋遠遠不能滿足搜索大型海麵船隻的需要。
加快偵查機的飛行速度來實現快速的海洋搜索是不實際的，偵查機的最高航速比巡航速度快不了多少（不到50％），更何況有些遙測係統是有速度限製的，譬如雷達成像。
要滿足快速搜索海麵船隻的要求更有效的方式是增加飛行高度。但是還有什麽比飛機飛得更高呢？
比飛機飛得更高的人造物體就隻剩下人造衛星了，是的，海洋的大麵積搜索非衛星莫辦。人造衛星的搜索寬度至少有四、五百公裏，航空母艦的最高航速為每小時55公裏，所以如果能安排衛星執行每四小時觀察一次就可以達到無縫覆蓋，這是可以做到的。
本篇文章就是介紹偵察衛星的功能與相關原理。
甲。 物理現象
在敘述衛星前，讓我們溫習小時候學過的一些物理現象。
凱普勒定律（Kepler\'s law）：
十六世紀德國數學家和天文學家凱普勒（Johannes Kepler，1571~1630）在觀察太陽係的行星時發現一個非常有趣的規律：
a。任何行星圍繞著太陽運行形成一個通過太陽中心的平麵，行星運行的軌道在這個平麵上一定是 一個橢圓（注意，圓是 當橢圓長軸與短軸相等的一種特殊情況）；
b。如果你連接行星和太陽的中心就會形成一條直線，這條直線當行星運行的時候就會形成一個扇形的麵積，雖然行星與太陽的距離隨時都在改變，但是它在單位時間內所覆蓋的扇形麵積不會改變而是一個常數（constant）。
上麵敘述的a與b就是天文學上非常有名和非常重要的凱普勒定律。
乙。 衛星的軌道
讀者必須瞭解衛星的應用與它的運行軌道是分不開的，不同的應用需要不同的軌道，譬如偵察衛星和通訊衛星的軌道是完全不同的，即使同樣是偵察衛星，攜帶的遙感器不同其設計的軌道也不同，這個軌道錯不得。於是每顆衛星在發射上就需要作出特殊的安排與調整。由於衛星攜帶的感應器發射後就不能改變，所以衛星軌道的精確性和它的應用息息相關，如果發射的軌道錯誤，那麽這顆衛星的應用價值就完全沒有了，形同報廢。
衛星所攜帶的燃料非常有限，推力也很有限，主要用作姿態調整和軌道的維持，萬不得已才做變軌飛行，這是最耗費燃料的。所以把衛星準確地送入預定軌道極為關鍵，衛星的發射任務如果不夠精準，輕則減少衛星的預定壽命，重則導致衛星成為廢物。
衛星的運行與行星的運行道理是一樣的，所以凱普勒定律可以直接應用在衛星軌道的計算上，得出衛星運行的性質。
衛星在環繞地球的飛行中循著一定的軌道並且有下列幾個重要性質：
a。 這個軌道可以是圓，圓心是地球的中心，衛星運行的高度不變；
b。 衛星的軌道也可以是橢圓，這時候衛星飛行的高度隨時間而改變，但有規律可尋，那就是凱普勒定律，最重要的性質就是衛星距離地球越近其飛行的速度越快；
c。 衛星運行形成的平麵和地球赤道形成的平麵有一個夾角，這個夾角科學家稱為「傾角」（inclination angle）。「傾角」在衛星的應用上是非常、非常重要的參數，因為不同的傾角衛星的觀察就覆蓋不同的地球表麵。
d。 衛星運行的高度越高，運行的週期越長。
譬如高度隻有一百公裏的極低空衛星，86分鍾就繞地球一周；
美國的太空梭通常運行在六百公裏的高度，97分鍾就繞地球一周；
衛星運行高度上升到一千公裏（美國太空梭的極限），106分鍾繞地球一周；
衛星運行高度上升到一萬公裏，348分鍾繞地球一周；
衛星運行高度上升到兩萬公裏（大約美國GPS導航衛星的高度），711分鍾繞地球一周；
衛星運行高度上升到35，786公裏（地球同步衛星的高度），1436。07分鍾繞地球一周。
丙。 衛星的發射場
前麵說過，衛星運行的傾角決定衛星觀察時覆蓋地麵的區域，我們有必要對傾角作進一步的論述。
一個非常重要的物理現象是衛星發射場的緯度決定「傾角」，譬如一個發射場位於北緯38度，它發射的衛星傾角就是38度。下麵我們把全球重要的衛星發射場的緯度列舉如下：
發射場 緯度
法國南美洲圭亞那庫魯發射場 北緯 5。0度
美國甘迺迪航天中心 北緯28。5度
日本種子島航天中心 北緯30。4度
俄羅斯拜科努爾航天中心 北緯45。6度
中國酒泉衛星發射中心 北緯40。6度
中國太原衛星發射中心 北緯37。5度
中國西昌衛星發射中心 北緯28。1度
中國海南文昌航天中心（興建中） 北緯19。0度
讀者一定會問：如果一個發射場要發射與它的緯度不同的傾角的衛星，那要怎麽辦呢？
答桉是：首先發射衛星進入軌道運行，這時候傾角等於發射場的緯度，然後由控製中心指揮再進行變軌運作改變傾角。
無論改變衛星運行的高度或是傾角都稱為變軌運作，由衛星上的火箭發動機提供所需動力，這些都是迫不得已而不得不為的操作，尤其改變傾角的變軌飛行非常耗費燃料，一旦燃料耗盡這個衛星的壽命就終結了，這些都必須在衛星設計者的考慮中。燃料計算非常重要，它直接決定衛星的壽命，通常衛星管理工程師必須預留部分燃料作為衛星在壽命終結前脫離軌道之用（英文稱做de-orbit），把寶貴的特定軌道留給後來者。
衛星都是向東發射的，因為地球的自轉是從西向東，我們要利用地球自轉的水平速度將衛星送入軌道。地球自轉在赤道上形成的水平速度最大，緯度越高所得到的水平速度就越小，到了南北極地球自轉的水平速度就是0了，所以高緯度的國家發射地球同步衛星是吃大虧的，必須用更大推力的火箭來彌補。這就是為什麽每個國家都把衛星發射場盡量設在國土最靠近赤道的地方。
也就是這個原因中國大陸決定在海南島的文昌建一個規模宏大的航天中心，主要考慮的因素有下列幾點：
a。 海南文昌是中國國土緯度最低的地方，在海南文昌發射比在四川西昌發射以現有的火箭而言相當於推力提升10~15％。想想看，同樣的火箭搬到文昌，衛星上的酬載可以增加多少，10~15％的推力提升是不得了的效益。
b。 如果發射的是同步衛星，根據大陸專家的報導在海南文昌發射要比在四川西昌發射衛星變軌運作進入同步軌道所耗費的燃料要節省100公斤，相當於延長兩年以上的壽命。
c。 酒泉與西昌都深處內陸，交通不便，全靠火車運輸，所以衛星與運載火箭在體積和重量上都受到鐵路的限製，譬如火箭的直徑不能超過3。35米。文昌在海邊，用船運輸非常方便，體積和重量都不成問題。
d。 火箭發射後，分離的火箭殘骸掉到海裏，回收容易，也不會傷人。
e。 中國當初把發射場設在甘肅、山西和四川主要是基於國防考慮，擔心如果打起仗來基地會不保或遭到破壞，現在的國防力量已足夠強大自然沒有這種顧慮。
新華社在2007年09月23日報導，建設海南文昌發射場是為了我國航天事業可持續發展的戰略，滿足新一代無毒、無汙染運載火箭和新型航天器發射的任務需求。海南文昌的航天發射基地佔地20平方公裏，包括航天發射港、太空主題公園、火箭組裝廠以及指揮中心等一係列項目。
文昌航天基地規模宏大，設備先進，建成後將成為中國同步衛星、探月飛船和永久性太空站的發射場。
文昌航天基地的各種優勢已經引起美、俄、法的擔憂，他們在商業衛星發射上的生意可能會被搶走。
丁。 衛星的酬載
衛星的應用全靠上麵裝置的各種光學和電子設備，這些設備隨應用的不同而改變，譬如偵察衛星有紅外線探測器、高解析度照相機、雷達、光學感應器，通訊衛星有轉發器、導航衛星有特殊的發射器和極精確的原子鍾、科學衛星有各種不同的科學儀器．．．．等等，這些衛星上的儀器與設備統稱為酬載（payload）。
由於衛星上的空間、重量、電力都非常有限，不可能帶太多的儀器，有的偵察衛星隻有照相機，有的衛星隻有紅外線成像儀，有的衛星隻有雷達，當然隻要各種條件許可也有衛星攜帶多種探測器。不論是哪一種衛星酬載的選擇非常重要，一個衛星的能力全在酬載性能的高低。
戊。 偵察衛星的酬載
偵查衛星攜帶的感應器無非是下列四種：
a。 光學儀器：
光學儀器包括電視和照相機，後者可以是數字照相機，也可以是傳統的膠卷照相機。
光學儀器最大的缺點是隻能在白天使用。
b。 紅外線成像儀：
不同的物體在空間的溫度不同，紅外線成像儀就是感應溫度的差別而成像，所以又稱為「熱成像儀」，在「漫談坦克」的係列文章中我們曾詳細解說。
紅外線成像儀的優點是可以日夜使用、解析度高而且探測距離非常遠。
紅外線成像儀的缺點是無法穿透雲霧，其次的缺點是隻能定方向而不能定距離，不過對海麵船隻測定距離不是問題。
c。 雷達：
雷達是發射電波訊號然後接受反射回來的電波來測定目標的方位和距離，是二十世紀人類發明的最偉大的遙測儀器。
雷達的優點是全天候工作，無論白天還是晚上、天氣清朗還是有風雨雲霧都照常工作，而且精確地測定目標的方向、距離和速度。
雷達的缺點是設備重、耗能大、目標辨別能力差。
d。 無線電：
軍艦航行是很難保持無線電靜默的，從收聽到的無線電訊號加以分析來判斷海麵目標在哪裏和它們的型號。
己。 偵察衛星的應用
偵察衛星無論是用那一種感應器都存在一定的角度，隻有在這個角度內才能感應到前麵的目標。我們可以想像偵察衛星的感應器就像一隻手電筒射出一道圓錐形的光芒照射到地麵上，隻有在這道光照到的範圍內才能看到地球表麵的物體。
a。 大麵積搜索
所以當衛星飛過地球表麵的時候，我們就可以想像衛星感應器掃過一條等寬的帶子，衛星飛得越高則這條帶子就越寬，通常至少都有數百公裏。更進一步說，雖然衛星的軌道不變，但是地球是會自轉的，所以第二圈飛過的地方跟第一圈不一樣，第三圈飛過的地方跟第二圈也不一樣，這樣經過幾次掃瞄就可以覆蓋廣大的海洋了。
不過衛星掃瞄地麵不是想像中這麽簡單，如何達到無縫隙的掃瞄需要在運行軌道的傾角與高度和感應器的視角做出精細的設計和安排。
b。 衛星變軌
另外值得一提的是衛星感應器的解析度（resolution）都是以角度為單位的，所以目標成像的解析度就跟衛星的高度成反比了。也就是說，衛星飛得越高雖然觀察的麵積越大但是解析度就越低，因此對目標的判斷就會越困難，特別是使用照相機的偵察衛星。
高解析度的照相機是偵察衛星非常重要的選擇，由於相片的解析度和拍攝的距離成反比，也就是說距離越近解析度越高，所以通常這種衛星都採用非常橢圓的軌道，所謂非常橢圓就是近地點（隻有一、兩百公裏）和遠地點（高達數千公裏）差別很大。偵察衛星軌道的設計就是在近地點的時候進行拍照。
根據凱普勒定律，單位時間內衛星運行所覆蓋的扇形麵積是一個常數，所以衛星在近地點的時候飛行速度比遠地點快很多，衛星飛快地拍完照片後便上升到安全的高度，避免受到敵人的攻擊，特別是激光照射。有時候為了得到更清楚的照片，衛星會特別（在遠地點減速）進行變軌使近地點非常低（低於一百公裏）。這種情況在拍照完成後必須升高近地點（在遠地點加速），否則每次空氣的摩擦會逐漸降低衛星的高度最後導致衛星跌落大氣層而燒毀。
c。 小衛星
戰爭不會無故發生，都有跡象可尋。當情勢緊張時相關國家通常都會臨時發射多枚小衛星對熱點進行密集觀察，這些小衛星重量都很輕，100~500公斤，可以一次發射多個來縮短觀察週期。由於小衛星攜帶的燃料很少，所以小衛星的壽命不長，通常隻有幾個月，不過對戰爭的準備已經足夠了。
但是運載火箭的生產、運輸與發射前的準備可不是一件簡單的事，真正的困難就在是否能夠及時發射，所以快速發射衛星的能力對任何大國都非常重要。
附帶要說的是，中國大陸快速發射衛星的能力相當出色，這個能力已經被美國發覺，美國一度曾經考慮想與大陸政府商量在太空站有緊急情況時大陸能出手相助，後來也隻是說說而已，不了了之。美國對中國心存嚴重的忌憚，當初成立太空站時廣邀數十個國家參加，這是一種大國炫耀的姿態，有政治利益，也有經濟利益，因為參加國是要負擔部分經費而絕大多數的國家不會得到技術，尤其不可能得到關鍵技術。但是美國的邀請就特別排除中國。現在美國雖然承認中國能對太空站做出實際的、重大又無可替代的貢獻，YST 個人認為美國還是不會邀中國參加，道理很簡單，美國始終把中國當成戰略對手，對於科技資料防範非常嚴，美國如果要求中國擔負緊急狀況下的救難任務就必須提供太空站一些敏感的資料，美國是不肯的。
普通雷達不能滿足反航空母艦的基本要求
我們再想想看，大陸沿海並沒有一萬英尺的高山，更何況航空母艦即使發動攻擊也通常巡弋在攻擊目標的300海裏以外，所以無論是陸地上的雷達或是海麵上的艦艇雷達都無法在航空母艦的攻擊距離外發現它。要知道航空母艦戰機的作戰半徑大約是400海浬（F/A-18E/F），如果連這個最基本的探測距離都不能克服，那麽反航母是沒有任何希望的，就隻能挨打，不要說先下手為強了，連挨打後回手反擊航母都不可能，因為你不知道它在那裏。
現在很清楚了，反航空母艦的第一件事就是研發一種探測和追蹤距離遠大於400海裏（740公裏）的感應器。普通雷達完全沒有這個能力。
（九）超視距（超越地平線）雷達
問題：有沒有一種雷達它的觀測距離能夠超越地平線呢？
答桉：有的，而且有兩種，它們是「天波雷達」與「地波雷達」。
這個世界有很多物理現象是很奇妙的，其中有兩個現象可以用來發展超視距雷達。此處我們說的「視距」不是指人的眼睛的視力距離而是指觀察物體的直線距離（line of sight），所以這裏所謂的「超視距」就是超越地平線的距離。
人類利用兩種特殊物理現象，離子層與繞射，發展出兩種超視距雷達，也稱作「超越地平線雷達」（英文名稱為 Over The Horizon radar，簡稱 OTH radar）。
本篇的主要目的就是對這兩個物理現象和經由這兩個現象所發展出來的特殊雷達做一個簡單扼要的敘述。
「超越地平線雷達」對偵查遠距離的海麵船隻產生革命性的影響。
甲。 天波雷達（OTH-B）
地球的大氣層高度在80公裏以上就進入離子層（ionosphere），離子層有一個特性就是隻反射頻率在30兆赫茲（30MHz，每秒振動三千萬次）以下的電波，它們的波長在10米以上。
於是科學家就利用頻率在3~30MHz這個波段的電磁波設計雷達，就是所謂的「天波雷達」。
3~30 MHz這個波段雷達科學家給它取了一個代號叫做HF波段，HF是 High Frequency 的縮寫，意思就是高頻波段。這個波段的波長是10~100米。
科學家在HF這個波段發射電磁波，電波被大氣層中的離子層反射照射到海麵，海麵上如果有船隻就把電波反彈回到大氣層，再經過電離層反射回地麵被地麵上的接收器收到，經過一番計算和判定就能偵察出海麵上這些船隻的位址與速度。這種雷達的探測距離可以遠達六千公裏。
由於電波是透過天上離子層的折射，從天而降，所以取名「天波雷達」。
由於探測的距離超過地平線，這種雷達又名「超越地平線的折射雷達」（英文代號為 OTH-B），此處 B 代表 backscatter，意思就是折射。
比較這兩個名稱，YST 個人更喜歡「天波雷達」，它比較傳神。
「天波雷達」有下麵幾個特性：
a。 天波雷達的理論探測距離是 800~6000公裏。
b。 800 公裏以內的目標無法探測，這是天波雷達的盲區。
c。 由於離子層的電子密度隨著日光的照射不同，所以白天與晚上有差異，不同的季節也會產生差異，更會隨著太陽黑子的活動而發生變化。除此之外，離子層的高度也會有變化。所以計算離子層的折射是非常複雜的，非一般人想像的容易。
d。 由於離子層的折射計算複雜，天波雷達的定位精度很差，大約是20~30公裏。不過透過特殊的算法精度可以改進一個數量級達到2~3公裏，這對搜索大型海麵船隻的初步定位已經足夠了。
e。 天波雷達雖然定位精度不高，但是測量速度的精度卻很高，這就有助於目標識別。商船的最高航速通常是20節，不可能超過25節，而航空母艦的航速超過30節，有些更達到35節所以利用速度很快就可以區分航空母艦與大型商船。除此之外，如果偵察到的這個水麵目標附近還有很多每小時三百公裏以上的高速目標，那麽這個水麵目標肯定是航空母艦。所以指揮中心用這種方式就可以初步判定航空母艦的存在和地點。
f。 天波雷達的天線非常巨大，通常高數10米，長一、兩千米，見下圖：
圖03：美國的天波雷達
乙。 地波雷達（OTH-SW）
小時候 YST不聽話，母親生氣時總是說：「媽說話，你左耳進，右耳出，一點記性都沒有」。其實母親教訓 YST的話不是真的，她無論在那個方向對我說話，我兩個耳朵都聽得非常清楚，沒有任何一隻耳朵漏掉。為什麽呢？這是有科學依據的。
在波的傳送中有一種物理現象叫作「繞射」（diffraction）。「繞射」是指當波在傳送時如果遇到阻礙物有一部分能量會彎曲繞過阻礙物到達它的後方，也就是說，任何阻礙物不會形成百分之百的“陰影”。
「繞射」的現象在聲波上非常明顯，我們可以很容易用實驗証明聲波的繞射。在一個非常空曠的空間，你把左邊的耳朵塞住，然後在左耳旁邊敲擊物體，你的右耳可以聽到敲擊聲，這個敲擊聲不會被頭顱完全擋住。所以如果母親的聲音是從左方來，不但左邊的耳朵能聽到，右邊的耳朵也能夠聽到，這是因為一部分聲波繞過聽者的頭顱傳達到了右耳。
電波的繞射和聲波是類似的，科學家不但証明電波有繞射的現象，而且測量出波長越長的電磁波「繞射」的現象越顯著。
哇，這是何等有趣和有用的現象，你想想，好事的科學家會放過它嗎？
由於高頻波段的波長是最長的，聰明的科學家就利用這個波段「繞射」最強的現象設計雷達來偵查地平線以外的目標，科學家用這個方法取得相當程度的成功。由於偵測電波是沿著地球表麵傳送的，所以稱之為「地波雷達」。
地波雷達探測的距離超過地平線，所以也稱為「超越地平線的地波雷達」（英文縮寫為OTH-SW），此處SW代表 Surface Wave，意思就是地波。
圖04：地波雷達工作原理的示意圖。
上圖示意建立在山上的雷達站可以在距離R1的範圍內偵測到海麵上的軍艦，但是偵測不到距離R2的軍艦，因為它已經在地平線以下了。
但是如果山上的雷達站是地波雷達，有一部分電波透過繞射現象可以照射到地平線下遠距離R2的軍艦，它反射的回波同樣經過繞射再被雷達站接收到，經過計算就可以得出R2軍艦的位置和速度。
電波的「繞射」是一種非常微弱的現象，通常使用的雷達波段幾乎不存在，即使波長最長的高頻波段它的繞射能量也很小，所以對海麵船艦的探測距離不大，可以確定能夠達到三百公裏，沒有聽過超過五百公裏的，要想覆蓋天波雷達八百公裏的盲區恐怕非常困難，除非加大發射功率和使用極長的天線陣列，這些都是極費錢的，有實際的上限。
地波雷達因為沒有離子層複雜和不穩定的物理現象，所以定位容易多了，也比較精確，隻是探測距離短太多了，對反航空母艦作戰來說性能不足，屬於次要的手段，但是對於其他的大型水麵船隻還是很有用的。地波雷達相對便宜，尤其對於不寬的海麵，譬如台灣海峽和黃海，非常有用。
讀者一定會問：地波雷達能探測三百公裏可以裝在船上呀？
回答：是的，的確有某些國家這麽做過。但是地波雷達的天線排列長達50米以上，在軍艦上狹窄又寶貴的空間使用非常不方便，所以非常少見。
丙。 幾個簡單的注解
a。 高頻（High Frequency，簡寫為HF）是有一點誤導的，因為這個波段其實是雷達所用的電磁波中頻率最低的。
一般而言，頻率越高雷達的精度就越高，同時體積也越小，所發射的能量也越小。所以軍用雷達，尤其是火控雷達（一種指揮炮火發射的雷達，英文稱為 Fire Control Radar）要求高精度，選用波段的頻率都非常高，甚至超過 30 GHz。
譬如戰鬥機上的火控雷達都是X波段，頻率在10GHz左右，是高頻波段的300倍到3000倍，波長是3公分左右。
坦克測距使用激光雷達頻率高達100，000，000兆赫茲，是高頻波段的三百萬到三千萬倍，所以測得的距離非常準確。
警察抓超速使用的測速器也是激光雷達，使用頻率高達300，000，000兆赫茲，達到雷達使用頻率的最高階段，因此雷達非常小巧（可以拿在手上）、功率非常小（通常隻有數瓦特），應用距離很短，頂多幾百米，但是非常精確。這種精確度都不是高頻雷達能夠得到的。
b。 「天波雷達」與「地波雷達」都是使用高頻波段來探測地平線以外的物體，經過大氣離子層折射的叫天波雷達（OTH-B），沿著地表傳達的叫地波雷達（OTH-SW），天波與地波的區分和取名非常傳神。
c。 超視距雷達除了探測的距離非常遠之外，它還有一樣好處，那就是可以探測到雷達隱身的目標，譬如美國的隱形戰機B-2與F-22。
這是因為所有雷達隱形物體所用的塗料主要是對付波長很短的雷達波，譬如X波段，目的是要躲避火控雷達的追蹤，這對逃避飛機和導彈的火控雷達固然特別有效，但是對波長較長的L波段搜索雷達就差很多了，對高頻波段的超視距雷達隱身效果就更差了。
除此以外隱形飛機的雷達截麵（Radar Cross Section，簡稱 RCS）都設計成正前方極小化（這就像坦克的裝甲在正前方最厚是一樣的道理，因為正前方是攻擊時遭遇敵人最可能的方向），下方也不錯（躲避地麵雷達），但是上方的雷達截麵就大非常多了，所以無法規避天波雷達的照射與發現。
丁。 中國大陸的天波雷達
大陸在超地平線雷達的研究很早就開始，1970年就完成一座試驗型的天波雷達，天線排列長達2300米。
根據【簡氏防務週刊】的報導，中國已經在2001年研製出一套天波雷達（OTH-B），探測距離為800~3000公裏，覆蓋角度為60度。該係統發射與接收的地點是分開的，位置相隔100公裏，天線陣列尺寸為60x1100米。這座雷達的作用覆蓋麵見下圖：
圖05：中國大陸天波雷達的覆蓋範圍。
YST 個人的評論：
a。 圖05箭頭所指之處就是雷達的接收站的位置，也就是巨大的天線陣列安放的地方。
b。 這座天波雷達的接收站位於武漢與西安之間某處，相當內陸，不設在靠近海邊的原因一方麵是避開盲區，另一方麵是避免容易遭受空襲。
c。 圖中暗紅色的地區就是天波雷達覆蓋的偵察範圍，這是美國航空母艦進入台灣地區的主要方向。我們看到美國的航空母艦和大型水麵船隻隻要進入距離台灣兩千公裏的海麵就會被這座天波雷達偵測到。
d。 800~3000公裏的探測距離是英國【簡氏防務週刊】的報導，不知來源為何，也不知是真是假。YST 認為這個探測距離雖然勉強夠用，但不夠安全。如果 YST是係統工程師一定將探測距離至少達到四千公裏，而且照射角度會稍微偏北一點務必覆蓋包括東京灣與關島在內的水域，這個要求非常、非常重要而且並不難辦到。
e。 這座天波雷達的位置選擇非常適中，完全覆蓋從東部海麵接近中國的任何航道。美國航空母艦如果企圖從日本海經對馬海峽進入黃海不被發現和追蹤是不可能的，唯一剩下的可能途徑是繞過菲律賓的南端或是經麻六甲海峽進入南海，然後由南海接近中國大陸。
f。 南海相對東海不但非常狹窄而且到處都有島礁，偵測航空母艦容易得多，黃海就更容易了。黃海基本上一架預警機就可以搞定，南海則麻煩一點，對預警機續航力的要求也高很多，如果單靠預警機至少需要多架。
戊。 中國大陸的地波雷達
大陸在地波雷達也做了相當成功的研發，並且至少已經在浙江瑞安市以東八公裏處的海岸線上部署了一套地波雷達（OTH-SW）係統。這套係統也採用了發射地點與接收地點分離的設計，兩處相隔2。65公裏。
外界對中國大陸的地波雷達瞭解很少，隻知道覆蓋角度為90度，探測距離大概是三百公裏，見下圖。有關它的性能數據都是猜測，無法做進一步的討論。
雷達數據都是高度機密，外麵的人隻能知道大概，不可能得到精確的數據。
圖06：中國大陸地波雷達的覆蓋範圍。圖中箭頭所指之處就是瑞安地波雷達接收站的位置。
上麵這個地波雷達站完全無縫地覆蓋台灣海峽北端的出入口，可惜覆蓋不了釣魚台，更無法探測到琉球群島。
己。 一些個人見解
a。 一般而言雷達使用的頻率越低，雷達的體積就越大，發射的功率也越高，像超視距雷達這樣的頻率發射功率都在數百萬瓦以上，非常耗費能量。
b。 南海海域不是很寬，遍布島礁，50~100米長的天線陣列建在島礁上也不成問題，如果能源供應的問題能夠解決，解放軍在南海的西沙、中沙與南沙的島礁上各建一座地波雷達站，再配上一、兩架預警機填補空隙就可以無縫監視所有在南海主航道上來往的船隻。但是能源供應是一個大問題，島礁上蓋一個幾百萬瓦的發電廠幾乎是不可能的，也容易受到破壞。
c。 比 b 更簡單、也更安全的方法是在湖南南部的山區建一座天波雷達，不但覆蓋整個南海，也覆蓋越南、馬來西亞、新加坡、文萊、菲律賓和麻六甲海峽。
d。 YST個人認為天波雷達是反航空母艦艦隊最重要的探測手段，也許單憑天波雷達就足夠完成搜索、發現與長時間連續跟蹤等一係列的任務，其他的偵察手段不過是輔助而已。
在後麵論述反艦彈道導彈的操作時，YST 將對 d 項做進一步的說明。
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