第1章 雷達的誕生與發展(1)(1 / 3)

雷達的應用

雷達所起的作用和眼睛和耳朵相似,當然,它不再是大自然的傑作,同時,它的信息載體是無線電波。事實上,不論是可見光或是無線電波,在本質上是同一種東西,都是電磁波,傳播的速度都是光速C,雷達差別在於它們各自占據的頻率和波長不同。

一、早期的雷達

雷達作為一種軍事裝備服務於人類是20世紀30年代的事,但雷達原理的發現和探討,還要追溯到19世紀的末期。

1864年,麥克斯韋提出了電磁理論,預見到電磁波的存在。1886年,赫茲進行了用人工方法產生電磁波的實驗,通過實踐證明了“無線電”的存在,驗證了電磁波的發生、接收和散射。1903年,德國人威爾斯姆耶探測到了從船上反射回來的電磁波。到1922年,馬可尼主張用短波無線電來探測物體。他說:“電磁波是能夠被導體所反射的,可以在船舶上設置一種裝置,向任何所需要的方向發射電磁波,若碰到導電物體,它就會反射到發射電磁波的船上,由一個與發射機相隔離的接收機接收,以此表明另一船舶是存在的,並進而可以確定其具體位置。”這是最早比較完整地描述雷達概念的語句。

20世紀30年代,很多國家最先進行的是雙基地連續波雷達的研究。當時,這種雷達的發射機與接收機彼此間分置於相隔較遠的距離,當飛機穿越接收機站與發射機站之間時,接收機站就可檢測到由發射機直接傳輸到接收機的信號和發射信號受目標散射後傳輸到接收機的信號二者之間的多普勒差拍,從而發現目標。這種雙基地雷達的效果受到很多因素的限製,所以雖然法國和前蘇聯的軍隊早在第二次世界大戰前就裝備了雙基地連續波雷達,但並未使得用無線電波探測目標成為軍事上的重要手段。直到單基地的脈衝雷達開發成功後,才確立了雷達在軍事上的重要地位。

20世紀30年代中期,很多國家都幾乎同時開始而且獨立地開發現代形式的脈衝雷達,所以難以確定其精確的誕生日期,而隻能列舉一些重要的事例。

二、第一部雷達的誕生

從軍事應用上來說,雷達被比喻成戰爭的千裏眼。千裏眼的第一次睜開,是在1935年,當時正值第二次世界大戰前。經曆過第一次世界大戰以後,作為飛機之一的轟炸機,在這場戰爭中已經扮演了重要的角色。為了發現入侵的轟炸機,光學(如探照燈)或聲學這種方法對付老牛般的舊式飛機還勉強可以,如果對付速度較快的新式轟炸機,提供的預警時間太短,不能滿足防空需要。1934年7月,英國皇家空軍進行了一次演習,轟炸機躲開了戰鬥機的攔截,順利“轟炸”了英國空軍總部。

為了緩解巨大的,甚至是緩解從早到晚籠罩著的“轟炸機隨時都會飛到頭頂上來”的恐怖,英國空軍開始考慮用新技術來解決防空問題。當時的英國物理學家、國家無線電研究實驗室主管沃森·瓦特(也即是蒸汽機發明人詹姆斯·瓦特的後代)發現,即使使用當時最強功率的無線電波,也不會像探照燈那樣對飛行員或飛機造成任何損傷,但是無線電波照射到飛機時會被反射回來,這種現象或許可以用來探測飛機;並且認為,這種探測方法,不僅可以測出飛機與雷達的距離,甚至還可以測出飛機的方位和高度。

1935年2月,為了爭取經費支持,沃森·瓦特準備了一套演示係統,用無線電接收機接收飛機反射的廣播電台信號。2月26日,當一架“黑福德”轟炸機穿越BBC廣播電台所發射的無線電波時,接收機輸出的信號明顯增強。當年6月,沃森·瓦特領導的團隊趕製出了世界上第一部雷達。多座高塔是這部雷達的最顯著特征,高塔之間掛列著平行放置的發射天線,而接收天線則放置在另外的高塔上。7月,這部雷達探測到海上的飛機。1936年5月,英國空軍決定在本土大規模部署這種雷達,稱為“本土鏈”,到1937年4月,本土鏈雷達工作狀態趨於穩定,能夠探測到160千米以外的飛機;到了8月,已經有3個本土鏈雷達站部署完畢。而到了1939年年初,已有20個雷達站投入使用,形成了南至樸茨茅斯附近的溫特諾、北至奧尼克郡尼德巴頓的無線電波防線。

值得一提的是,雷達投入使用後,皇家空軍很快開始思考如何有效發揮其效能,也就是研究雷達的作戰使用問題。皇家空軍接收本土鏈雷達後,就把雷達網與地麵觀察哨網結合,試圖組成戰鬥機引導網。1938年年初,皇家空軍在世界上第一次演練了用雷達探測到的情報引導戰鬥機攔截民航機,雖然效果不盡如人意,但是,這是一個偉大的開端,它把情報和指揮結合起來了。後來的不列顛空戰也證明,對於雷達作戰使用的研究,這是一次偉大的嚐試。

在德軍入侵波蘭後,英國對德國宣戰。1940年6月10日,德國空軍開始大規模轟炸英國,不列顛空戰宣告開始。盡管在1939年下半年,又增加了30個本土鏈雷達,但威力仍然有限,特別是隻能測定敵機的距離,不能準確地測定敵機的方位和高度。探測範圍也隻覆蓋了英國東部和南部沿海,一旦敵機穿越了這道電波屏障,就隻能靠地麵觀察哨網跟蹤,通過早期的作戰使用研究,英國意識到必須要有一個專門處理雷達情報的係統,否則僅靠雷達自身發揮不了多少作用。皇家空軍研究了如何把雷達網和地麵觀察哨網的情報結合起來並且將綜合後的結果以人們習慣的方式顯示出來,研究的結果就是設立專門的情報室來處理多渠道的空中情報,這可能是世界上最早開展通過情報綜合以形成統一作戰態勢圖的工作。由於經過綜合處理後的情報能夠直觀地顯示戰場態勢,皇家空軍變得耳聰目明,極大地節約了兵力,稍微平衡了德國空軍在數量上的優勢。到1940年8月初,皇家空軍擊落德機270架,損失145架。直到這時,德軍才開始意識到那些高大的塔群可能隱藏著一些奧秘,所以在8月12日轟炸了其中的6部。但他們並沒有真正理解雷達對英國防空的重要性,轟炸也就不是很猛烈,而且英軍不但修複很快,還緊急部署了機動性的本土鏈雷達,把天線塔換成了便於機動的桅杆。