弹道导弹预警系统通常由预警卫星监视系统和地面雷达系统组成。地面雷达系统又分为洲际导弹预警雷达网和潜地导弹预警雷达网(图1)。根据来袭导弹在不同飞行阶段的物理现象，可以采取不同的探测手段进行监测。工作波长从可见光、红外一直到微波波段。
①预警卫星监视系统：主要用于判定来袭导弹的发射位置，记录发射时间并粗测导弹的速度矢量和弹道射面。这个系统由多颗同步卫星组成。卫星上装载有可见光和红外波段扫描探测器，能探测导弹主动段飞行时的发动机喷焰和核爆炸。用长波红外技术还可探测刚熄火的运载火箭和弹头。这种系统发现目标早，不受地面曲率的限制，但虚警率高。为了提高测量精度和降低虚警率，正在发展低轨道预警卫星。
②洲际导弹预警雷达网：由多部地面雷达组成的雷达网，能覆盖导弹可能来袭方向的全部视界。它能为对付来袭洲际导弹提供15～25分钟的预警时间。雷达网通常选用早期预警雷达和目标截获和识别雷达，作用距离在2500～5000公里的范围内。图2为位于阿拉斯加州的导弹预警系统中的雷达站。
③潜地导弹预警雷达网:也由多部地面雷达组成，雷达网覆盖海岸线以外潜艇可能发射的阵位，在方位上的搜索空域很宽，通常选用多阵面全固态相控阵体制（见相控阵雷达）对付来袭潜地导弹，能提供2.5～20分钟的预警时间。潜地导弹的发射阵位经常变换，来袭的方向不定，因此还可以采用空中机载或卫星装载的专用预警系统。
④超视距雷达：也是一种探测手段，但由于电离层不稳定和高纬度区的极光干扰，虚警率较高。
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