نگاهی گذرا بر رادارهای فرا افق (Over The Horizon)

رادار‌های فرا افق OTH

به بیان دیگر، رادار‌های معمول و متدوال امواج و سیگنال‌های راداری فرکانس بالا که به امواج مایکرو ویو (محدوده فرکانسی بین ۳۰۰ مگا هرتز تا ۳۰۰ گیگا هرتز ) نیز معروف هستند را در جهت مستقیم ( خط راست) منتشر میکنند ، منتشر کردن امواج در یک خط مستقیم باعث می‌شود که اگر هر سطح یا سطوح اضافه‌ای مانند مناطق کوهستانی بر سر راه این امواج باشد، عملا امواج نتوانند از میانه کوه عبور کرده و اهداف مورد نظر را کشف و رهگیری کنند ، در نتیجه امواج رفلکت یا منعکس می‌شوند.

همچنین با افزایش برد ارسال و انتشار امواج ، بعلت کروی بودن و انحنای سطح زمین و همچنین محدودیت رادار‌های متدوال در انتشار امواج در یک خط مستقیم بصری (Optical Horizon ) یا محدود به خط دید مستقیم ( Line of Sight)، و همچنین با در نظر گرفتن این مسئله که طبق یک قاعده کلی«مسیر حرکت امواج الکترومغناطیسی رادار مستقیم است» هرچقدر که امواج مسافت بیشتری را طی کنند ، فاصله امواج از سطح زمین بیشتر می‌شود (با توجه به انحنای سطح زمین) و هر چقدر که فاصله انتشار امواج با سطح زمین بیشتر شود نقاط کور راداری ( Dead Zone ) بیشتری به وجود می آید .

در نتیجه راداری که ارتفاع نصب المان‌ها و ارتفاع نصب پیکره اصلی آن متعارف باشد نمی‌تواند هدفی که در برد ۴۰ کیلومتر قرار دارد را کشف و رهگیری کند و عملا اهدافی که در خارج از خط دید و خط انتشار مستقیم امواج ساطع شده و یا در نقطه کور راداری قرار گرفته باشند ، در صفحه نمایش رادار نشان داده نمیشوند و پرنده‌های متخاصم میتوانند خارج از محدوده شعاع کشف و پوشش راداری ، اقدام به انجام عملیات شناسایی و رزمی از محدوده مورد نظر کنند . بعنوان مثال برای کشف یک هدف که در فاصله ۳۰۰ کیلومتری قرار دارد ، باید آنتن مورد نظر در ارتفاع ۵ کیلومتری از سطح زمین نصب شود .

به بیان ساده تر، برد کشف و رهگیری رادار‌های متدوال و مرسوم ، بستگی به عواملی فیزیکی دارد که در سر راه آنها قرار میگیرد . امواج در این نوع از رادار بصورت یک خط کش در امتداد خط راست منتشر میشوند به همین خاطر توانایی کشف اهدافی که در دور دست ها و در عمق انحنای زمین قرار گرفته اند را ندارد و این امر باعث می‌شود که هدفی مانند هواپیما برای اینکه توسط این نوع از رادار ها کشف شود ، باید حتی الامکان به لحظ بصری توسط فرد و یا در مسیر فرستنده‌های راداری سایت راداری قرار بگیرد ، در غیر اینصورت عملیات کشف و رهگیری هدف با شکست مواجه می‌شود.

اما در مورد رادار‌های OTH قضیه کاملا برعکس و متفاوت خواهد بود . (در ادامه مقاله در مورد تاکتیک‌های مختلف انتشار امواج و کشف اهداف توسط این گونه از رادار ها توضیحات کامل داده خواهد شد).

به لحاظ تاریخی ، اولین رادار‌های OTH که به عنوان بخشی از رادار‌های پیش اخطار (early warning radar ) ایفای نقش می‌کردند، در دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ میلادی وارد خدمت شدند . در ان زمان هدف از ساخت چنین رادارهایی کشف دقیق اهداف در ماورای افق بود که با توجه به تعاریف امروزی از رادار‌های پیش اخطار که صرفا این رادار ها ، ابزاری برای جلوگیری از غافلگیر شدن سایت‌های راداری و پدافندی مستقر شده در جغرافیای خاکی – آبی هستند و توانایی کشف دقیق اهداف را ندارند ، درآن زمان بخاطر محدودیت‌های فناورانه و تفکر غلط در باره این نوع از رادار ها ، رادار‌های OTH خیلی زود از خدمت خارج و جای خود را به آواکس ها دادند .

بعد ها و با پایان جنگ سرد و تغییر نگرش کارشناسان و محافل نظامی در مورد این ننوع از رادار ها و کم اهمیت تر شدن کشف دقیق اهداف توسط رادار‌های پیش اخطار ، رادار‌های OTH مجددا وارد خدمت شدند .

انواع روش ها و تکنیک‌های مورد استفاده در رادار‌های OTH :

رادار‌های فرا افق نگر (امواج آسمان گرد)

رادار‌های فرا افق نگر سطحی

۱ – در رادار‌های فرا افق نگر (Sky waves یا امواج اسمان گرد):

فرستنده‌های راداری با ارسال امواج فرکانس کوتاه (محدوده فرکانسی ۳ تا ۳۰ مگاهرتز ) و یا امواج فرکانس بلند (HF) به لایه یونیزه شده یونسفر ( ارتفاع ۸۵ تا ۶۰۰ کیلومتری) و شکست و بازگشت این امواج به سطح زمین، عملا گستره وسیعی از مساحت زمین را پوشش میدهند و معمولا برای برد‌های ۵۰۰ تا ۴۰۰۰ کیلومتر کاربرد دارند.

امواج پس از برخورد به هدف و منعکس شدن، برای اینکه امواج بازتاب داده شده توسط گیرنده‌های راداری سایت راداری دریافت شوند، دقیقا مسیر رفت امواج را دنبال کرده ( برخورد به لایه یونسفر و سپس بازگشت به سایت راداری ) و از همان مسیری که انتشار یافته بودند، برگشت داده شده و توسط آنتن‌های گیرنده راداری دریافت میشوند که به این عمل (بازگشت امواج در یک الگوی حرکتی واحد ) Backscattering گفته می‌شود .

نوع فرکانس استفاده شده در رادار‌های OTH بستگی به شرایط جوی و چرخه مغناطیسی خورشیدی دارد که با توجه به تغییرات هرکدام ، میتوان از فرکانس باند به خصوصی جهت انتشار امواج استفاده کرد که همین امر باعث می‌شود راداری که از امواج اسمان گرد ( Sky Waves) استفاده می‌کند ، بتواند بصورت لحظه به لحظه امواج متفرقه دریافتی را که در نتیجه ارسال امواج راداری ، به سمت سایت راداری بک اسکتر شده اند را مدیریت کرده و بطور مداوم دریافت کند.

نکته : تنها امواج HF و امواج فرکانس پایین ( ۳ تا ۳۰ مگاهرتز ) از این الگوی رفتار انتشاری پیروی میکنند (برخورد به لایه یونیزه شده یونسفر و سپس شکست و بازگشت امواج به سطح زمین).

همانطور که می‌دانیم رادار‌های پیش اخطار از دقت و رزولوشون پایینی نسبت به رادارهای فرکانس بالا مثل رادار باند ایکس برخوردارند ! اما چرا ؟ چه عواملی باعث جنین دقت و رزولوشون پایینی می‌شود ؟

۱ – رزولوشون هر سایت راداری بستگی به پهنای پرتوی ارسالی و برد هدف مورد نظر دارد : به عنوان مثال راداری ( ابعاد و اندازه متعارف ) را در نظر بگیرید که دارای پنهای پرتوی ارسال ۱ درجه است و هدف مورد نظر در عمق ۱۲۰ کیلومتری قرار دارد. در این صورت رادار این توانایی را دارد که هدف را با دقت ۲ کیلومتر رصد کند . برای تولید هر ۱ درجه پرتوی راداری در باند‌های فرکانسی رایج ، نیاز به آنتن‌های با عرض ۱.۵ کیلومتر میباشد ! البته با توجه به قوانین فیزیک در رابطه با انعکاس ، دقت ذکر شده ( ۲ تا ۴ کیلومتر در برد ۱۲۰ کیلومتر ) برای برد‌های ۲۰ تا ۴۰ کیلومتر نیز صدق می‌کند و حتی می‌تواند کمتر هم باشد .

۲ – مشکل دیگر این است که روند و پروسه انعکاس سیگنال‌های راداری بشدت وابسته به زاویه بین امواج ارسالی و لایه یونسفر است بطوری که این زاویه به ۲ تا ۴ درجه محدود شده است. ساخت و انعکاس یک پرتوی راداری با همچنین زوایه انعکاسی ، نیاز به ارایه‌ای از انتن ها و فرستنده‌های راداری زمینی با ابعاد بسیار بزرگ دارد که بعلت هزینه بسیار بالا در ساخت همچین سازه‌های عظیمی ، به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمی‌باشد و جزو پروژه‌های کلان ملی قرار گرفته می‌شود .

۳ – مسئله دیگری که می‌توان به ان اشاره کرد این است که ، امواجی که از هدف انعکاس داده می‌شوند در قیاس یا امواجی که از طریق فرستنده‌های راداری زمینی انعکاس داده می‌شوند ، بسیار کوچک تر و کوتاه تر هستند به همین منظور هرچقدر که برد کشف هدف بیشتر باشد ، امواجی که از هدف انعکاس داده می‌شود کمتر و در نتیجه رزولوشن و دقت رادار بسیار کمتر می‌شود .

نکته : رادار‌های OTH بعلت ماهیت شبکه ای و گسترش سامانه‌های خود قابلیت حمل و نقل و جابجایی بالایی ندارند .

۲ – رادار فرا افق نگر سطحی :

در این نمونه از رادار‌های OTH باز هم از باند فرکانسی HF برای پوشش دهی برد‌های ۵۰۰ کیلومتر استفاده می‌شود . در رادارهای فرا افق نگر سطحی همانند رادارهای فرا افق نگر اسمان گرد، الگوی انتشار و بازگشت امواج بصورت یک مسیر منحنی شکل (بدون برخورد به لایه یونسفر ) و درون جو زمین صورت میپذیرد. بعلت ارتفاع بسیار پایین انتشار این نوع از امواج و همچنین کم بودن محسوس امواج راداری دریافتی توسط گیرنده راداری زمینی نسبت به رادار‌های فرا افق نگر اسمان گرد ، به لحاظ رزولوشون نسبت به رادار‌های فرا افق نگر اسمان گرد، دقت و رزولوشون پایین تری دارند و عمدتا برای شناسایی کشتی ها و اهدافی که ارتفاع پروازی پایینی دارند مناسب هستند ( در حالی که در رادار‌های فرا افق نگر اسمان گرد توانایی ترکینگ موشک‌های بالستیک و کروز و جنگنده ها را دارند )

نکته : برد گفته شده ( ۵۰۰ کیلومتر ) برای مناطق خاکی صدق می‌کند و این برد در دریا افزایش میابد .