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第3章 蝙蝠之子—认识雷达

1.什么是雷达

雷达是人们根据蝙蝠利用超声波“回声定位”的原理发明的,属于一个仿生学的范畴。蝙蝠的这种利用超声波定位测距的身体结构,是自然界中最完美的生物声呐。而雷达则模拟了蝙蝠的“回声定位”方法,只是不像蝙蝠那样用声波来定位和测距,而是改用传播速度最快(声波速度=340米/秒,电磁波速度=30万千米/秒)的电磁波来进行定位和测距。可以说,蝙蝠就是现在雷达的最初“原型”。

雷达这个概念最早形成于20世纪初。中文的“雷达”是英文“radar”的音译,意思是无线电检测和测距。

雷达是利用电磁波来探测目标和物体位置的一种无线电设备。电磁波同声波一样,一旦遇到障碍物就要发生反射,我们所用的雷达就是利用电磁波的这个特性来进行全天候工作的,而声呐则是利用声波在水下进行工作。

雷达所起的作用和眼睛十分相似,都是为了能够迅速“看见”远处不容易发现的物体。它的信息载体就是无线电波。事实上,不论是可见光还是无线电波,它们在本质上都是同一种东西—电磁波,而且它们都以光速传播,差别只在于它们的波长不同而已。电磁波的波长越短,它传播的直线性就越好,并且反射性能也越强,因此,雷达大多采用那种波长最短的电磁波—微波。

雷达的天线像一个竖起来的巨大锅底。它能通过雷达设备上的一种发射机向一定的方向有规律地发射出一种不连续的无线电波。每次发射持续的时间约为百万分之一秒,而两次发射的时间间隔大约是万分之一秒,后者是前者的100倍。这样,发射出去的无线电波只要遇上了障碍物,它就可以在这个时间间隔内被反射回来,而这个像锅底似的雷达天线就能接收这个反射波。雷达天线把接收到波立刻反射送往接特殊的收设备迅速进行处理,我们通过处理结果,就能知道有关目标物体的某些信息(如:目标物体和雷达间的距离、距离变化率或径向速度、方位、高度等)。然后我们就可以从雷达上的指示仪器准确无误地判别出前面有无飞行器或舰艇以及其它一切障碍物,这就是我们人类制造出来的雷达的工作原理和基本功能了。

2.玩转雷达

自从人类发明出雷达后,它就夜以继日地代替人类,注视着这个世界空域内的每个角落。雷达具有很多的优越性,当代雷达的主要特点有以下九个方面:

(1)现代雷达可以同时运行多种不同功能和任务,如:搜索、探测、识别、跟踪、照射目标和跟踪、制导导弹等多种功能。

(2)现代雷达与感受信息变化的传感器有极强的融合性,把它们结合在一起能形成极其强大的功能。

(3)现代雷达具有高度的灵敏度,它是伸向天空中灵敏的触角,能极其细腻地感受出目标物体的运动状态,让任何隐形目标无所遁形。

(4)现代雷达有很好的隐身功能,在它的外形和材料上,通过一系列的特殊的处理后,它就如同穿上了隐身衣一般,不容易被探测到。

(5)现代雷达具备反隐身能力,它是空中入侵者的克星。

(6)现代雷达具有电子反干扰、干扰性能,能迅速排除一切杂波信号的干扰。

(7)能自动识别目标,不用进行繁杂的人工操作。

(8)具有战场敌我识别能力,雷达上装备有一种特别的敌我识别系统,这个系统由装在雷达上的询问机和装在各种飞机、舰艇、坦克上的应答机组成。一旦雷达发现了可疑目标,控制询问机就会立刻发出信号,如果那是己方的目标,目标上的应答机就会自动发出回答信号,然后询问机接收信号并解码后,传达给雷达显示器,这样就可以准确无误地判定目标的敌我属性。

(9)具有很高的可靠性,雷达就是一个千里眼,若是没有雷达,我们根本就难以发现视线外的情况。另一方面,如果雷达不可靠,则又不能及时地把握视线远处瞬息万变的情况。

种类各异的雷达,它们各自的具体用途和结构也不尽相同,但都有一个共同点,那就是基本都有发射机和接收机两大部分。雷达最基本的五个部分包括:发射机、发射天线、接收机、接收天线以及显示器。此外,当然还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。

3.把触角伸向海陆空

在军事上,雷达可以探测出极远处的飞机、舰艇、导弹以及其他军事目标,是战场上至关重要的一种军事设施。除了在军事领域里一展身手以外,雷达还可以在交通运输上为飞机、船只导航。装在高高的机场控制塔里的雷达,能方便地知道它附近的每一航班飞机的高度、距离和方位,“引导”飞行员有秩序地操纵飞机在机场安全着陆;而轮船上的舵手则可通过雷达,在黑夜和浓雾中避开每一块礁石、每一片岛屿、每一个浮标,测出附近所有船只的精确距离、航向和航速,乘风破浪,最终安全顺利地到达目的地。

此外,雷达在天文和航天上,还可以用来研究宇宙中遥远的星体,监测轨道上人造卫星的运行;在气象上,它可以用来探测即将到来的台风、暴雨、龙卷风……

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