رادار فوق الأفق
تكنولوجيا

ينتقل تردد موجات الراديو التي تستخدمها معظم الرادارات، على شكل موجات ميكروية، في خطوط مستقيمة. يحد هذا من نطاق اكتشاف أنظمة الرادار للأشياء الموجودة في أفقها (يشار إليه عمومًا باسم «خط الرؤية» حيث يجب أن تكون الطائرة على الأقل مرئية من الناحية النظرية للشخص في موقع جهاز إرسال الرادار وارتفاعه) بسبب انحناء الأرض. على سبيل المثال، رادار مُركب فوق 10 متر (33 قدم) سيكون له مدى يصل إلى الأفق في حوالي 13 كيلومتر (8.1 ميل) ، مع مراعاة تأثيرات الانكسار في الغلاف الجوي. إذا كان الهدف فوق السطح، فسيزيد نطاق الرادار بناءً على ذلك، فهدف على ارتفاع 10 متر (33 قدم) سيمكن اكتشافة بواسطة نفس الرادار من بعد26 كيلومتر (16 ميل) . يمكن أن يؤدي وضع الهوائي على جبل عالٍ إلى زيادة النطاق إلى حد ما؛ ولكن، بشكل عام، من غير العملي بناء أنظمة رادار ذات مدى خط رؤية يتجاوز بضع مئات من الكيلومترات.
تستخدم رادارات فوق الأفق تقنيات مختلفة لرؤية ما وراء هذا الحد. يتم استخدام طريقتين الأكثر شيوعًا؛ أنظمة الموجات القصيرة التي تنكسر إشاراتها على الغلاف الأيوني لكشف بعيد المدى للغاية،  وأنظمة الموجات السطحية، التي تستخدم موجات راديو منخفضة التردد  والتي، بسبب الحيود، تتبع انحناء الأرض لتصل إلى ما وراء الأفق. تحقق هذه الأنظمة نطاقات كشف تصل إلى مئات الكيلومترات مقارنة بمنشآت الرادار التقليدية الصغيرة.
يستخدم النوع الأكثر شيوعًا من رادارات فوق الأفق (OTH) الموجات السماوية أو «التخطي»، حيث تنكسر الموجات الراديوية القصيرة علىالطبقة الأيوني في الغلاف الجوي للأرض، الغلاف المتأين. ونظرًا لظروف معينة في الغلاف الجوي، فإن الإشارات الراديوية المرسلة بزاوية محددة في السماء سوف تنكسر باتجاه الأرض بواسطة الطبقة الأيونية، مما يسمح لها بالعودة إلى الأرض وراء الأفق. سترتد كمية صغيرة من هذه الإشارة عن الأهداف المحدد في اتجاه السماء، وتنكسر على الطبقة الايونية مرة أخرى، وتعود إلى هوائي الاستقبال بنفس المسار. يُظهر نطاق واحد فقط من الترددات الراديوية هذا السلوك بانتظام: التردد العالي (HF) أو جزء الموجة القصيرة من الطيف من 3 إلى 30 ميغا هيرتز. يعتمد أفضل تردد للاستخدام على الظروف الحالية للغلاف الجوي ودورة البقع الشمسية. لهذه الأسباب، تعمل الأنظمة التي تستخدم الموجات السماوية عادةً على مراقبة مستمرة لاستقبال الإشارات المرتدة من أجل ضبط تردد الإشارة باستمرار.
تعتمد دقة أي رادار على عرض الشعاع ومدى الهدف. على سبيل المثال؛ رادار ذو نطاق بث بدرجة واحدة والهدف عند 120 كيلومتر (75 ميل) النطاق سيظهر الهدف على أنه بسعة 2 كيلومتر (1.2 ميل) . لإنتاج شعاع بدرجة واحدة على الترددات الأكثر شيوعًا، هوائي بسعة 1.5 كيلومتر (0.93 ميل) سيكون مطلوبًا. نظرًا لفيزياء عملية الانكسار، تكون الدقة الفعلية أقل، مع ان رادار ذو وضوح نطاق يتراوح بين 20 إلى 40 كيلومتر (12-25 ميل) ودقة توجية بين 2 إلى 4 كيلومتر يكون مقترحًا. فحتى ذو دقة تصل إلى 2 كيلومتر سيكون مفيد للإنذار المبكر فقط، وليس لاستخدام وتوجية الأسلحة.
مشكلة أخرى هي أن عملية الانكسار تعتمد بشكل كبير على الزاوية بين الإشارة والغلاف الأيوني، وتقتصر عمومًا على حوالي 2-4 درجات من الأفق المحلي. يتطلب صنع شعاع في هذه الزاوية بشكل عام صفوف هوائيات هائلة وأرضية عاكسة للغاية على طول المسار الذي يتم إرسال الإشارة منه، وغالبًا ما يتم تعزيزها عن طريق تركيب حصائر شبكية سلكية تمتد حتى 3 كيلومتر (1.9 ميل) أمام الهوائي.  وبالتالي فإن بناء أنظمة رادارات فوق الافق باهظ الثمن وغير متحرك في الأساس.
بالنظر إلى التشتت في كل انكسار، فإن عائدات الإشارة صغيرة للغاية، وهذا أحد الأسباب التي جعلت رادارات فوق الافق (OTH) غير عملية حتى الستينيات، عندما تم تصميم مضخمات منخفضة الضوضاء لأول مرة. نظرًا لأن الإشارة المنكسرة من الأرض أو البحر ستكون كبيرة جدًا مقارنة بالإشارة المنكسرة من «الهدف»، يجب استخدام بعض الأنظمة لتمييز الأهداف عن ضوضاء الخلفية. أسهل طريقة للقيام بذلك هي استخدام تأثير دوبلر، والذي يستخدم إزاحة التردد الناتجة عن تحرك الأجسام لقياس سرعتها. من خلال تصفية جميع الإشارات العائدة القريبة من التردد الأصلي المرسل، تصبح الأهداف المتحركة مرئية. يمكن رؤية أي قدر ضئيل من الحركة باستخدام هذه العملية، بسرعات منخفضة تصل إلى 1.5 عقدة (2.8 كم/س) .
يستخدم هذا المفهوم الأساسي في جميع الرادارات الحديثة تقريبًا، ولكن في حالة أنظمة OTH يصبح أكثر تعقيدًا بسبب التأثيرات المماثلة الناتجة عن حركة الغلاف الأيوني. استخدمت معظم الأنظمة جهاز إرسال ثانٍ يبث مباشرة في الغلاف الأيوني لقياس حركته وضبط عوائد الرادار الرئيسي آنيًا. يتطلب القيام بذلك استخدام أجهزة الكمبيوتر، وهو سبب آخر جعل أنظمة OTH غير عملية حقًا حتى الستينيات، مع إدخال أنظمة الحالة الصلبة عالية الأداء.
يستخدم النوع الثاني من رادارات فوق الأفق ترددات أقل بكثير في نطاق الموجات الطويلة. يمكن لموجات الراديو عند هذه الترددات أن تنحرف حول العوائق وتتبع انحناء الأرض، وتنتقل إلى ما وراء الأفق. ينعكس الصدى على الهدف ويتبع نفس المسار إلى موقع المرسل. هذه الموجات الأرضية لها أطول مدى فوق البحار. مثل أنظمة الموجات السماوية عالية التردد، فإن الإشارة المستقبلة من أنظمة الموجات الأرضية منخفضة للغاية وتتطلب إلكترونيات شديدة الحساسية. نظرًا لأن هذه الإشارات تنتقل بالقرب من السطح، وتنتج دقة أقل، تُستخدم أنظمة التردد المنخفض عمومًا لتتبع السفن بدلاً من الطائرات. ومع ذلك، فإن استخدام التقنيات الثنائية ومعالجة الكمبيوتر ممكن أن تنتج دقة أعلى، وقد تم استخدامها في بداية التسعينيات.