高频地波雷达的发展历史

雷达的前身是电离层高度计。上世纪初，为了解释马考尼成功的跨大西洋无线电通信，肯尼迪和亥维赛德提出地球大气中存在导电层——1902。肯尼迪猜测，无线电波在大约80公里的高空通过导电层反射。同年，奥利弗·亥维赛，一位“聪明、愤世嫉俗和自学成才的数学家和工程师”，在为大英百科全书撰写的一篇文章中独立提出了类似的观点。现在，当然，我们知道它是电离层。当时，科学家和工程师称之为“肯涅利-亥维赛层”，但对于该层是否存在仍有不同意见。随后，二极管、三极管、正反馈、超外差接收机等无线电技术如雨后春笋般出现，为验证电离层的存在准备了必要的技术条件。到1925，Breit和Tuve设计了一种无线电脉冲发射和接收装置。通过向天空发射无线电脉冲并接收回波，可以证实电离层的存在，并且可以通过发送和接收脉冲之间的时间间隔来计算电离层的高度。这个装置是电离层高度计。

个人认为Breit和Tuve发明的电离层高度计其实就是雷达，也就是说雷达是1925年发明的，而不是二战前几年英国人发明的。只是Breit和Tuve的工作不够“军事”和“传奇”，不足以体现雷达这个词的神秘。

上世纪四五十年代，人们发现在海岸从事探测和预警任务的雷达总是受到来自海面的不明原因的“干扰”。从65438年到0955年，克龙比关注了这一现象并进行了实验研究，发现“几十米波长的电磁波与海洋表面相互作用会产生布拉格衍射现象”。原来，那些干扰是波长等于无线电波波长一半，传播方向平行(靠近或远离)雷达发射波束方向的波和无线电波“共振”散射产生的回波。克龙比的研究揭示了上述“干扰”的物理来源，并使地波雷达探测视线以外的海面状态成为可能。

冷战时期，美苏部署了大量超视距雷达探测对方的军事动态，客观上为科学家研究无线电波与粗糙海洋表面的相互作用提供了良好的实验条件。

从1968到1972，在NOAA工作的D.E.Barrick定量地解释了海面对无线电波一阶和二阶散射的形成机制，为高频雷达探测海洋表面状态奠定了坚实的理论基础。经过十多年的理论和实验研究，巴里克和美国国家海洋与大气管理局(NOAA)无线电传播实验室(EPL)于20世纪60年代末+0970年代成功研制出用于探测海洋表面状态的CODAR(海岸海洋动力学应用雷达)系统，并于1983成立了CODAR公司，实现了高频地波雷达的商业化。与军用高频超视距雷达的天线阵列不同，巴里克创造性地使用了一套交叉环/单极天线(三个接收通道)来获取大面积电流的分布信息。这项技术确实是非常天才的发明，他的成果获得了美国商务部65438到0979的金奖。他在论文中声称，这种基本不占地的接收天线目前的探测性能“相当于百米阵列接收天线的性能”。当然，这种“等价”只是某种意义上的近似等价。从探测理论和信号处理的角度来看，在探测精度、空间分辨率和时间分辨率上都无法与“百米阵列天线”的性能相比，无法提供大面积风场、波场的探测信息。然而，巴里克对高频雷达海洋探测的贡献在任何方面都是无与伦比的。他的理论奠定了高频雷达海洋探测的基础，他的紧凑型雷达天线技术大大降低了地波雷达的购置和安装成本，直接导致了高频地波雷达的大规模推广应用，为海洋学家和沿海防灾减灾和环境保护提供了新的观测手段。