向蝙蝠学来的本领

在第一次世界大战期间，出现了军用飞机。一些科学家开始想方设法，希望研制一种远距离寻找飞机的仪器。

蝙蝠回声定位的精确性和抗干扰能力，对于人们研究提高雷达的灵敏度和抗干扰能力，有重要的参考价值。

靠回声测距和定位的蝙蝠只发出一个简单的声音信号，这种信号通常是由一个或两个音素按一定规律反复地出现而组成。当蝙蝠在飞行时，发出的信号被物体弹回，形成了根据物体性质不同而有不同声音特征的回声。然后蝙蝠在分析回声的频率、音调和声音间隔等声音特征后，决定物体的性质和位置。

1887年，德国科学家赫兹，证实电磁波的存在，并且发现电磁波在传播的过程中遇到金属物会被反射回来，就好像用镜子可以反射光一样。但在当时，赫兹并没有想到利用这一原理来进行无线电通讯试验，通讯就中断了。几分钟后，又恢复了正常。这种现象连续出现几次。起初，他以为是机器出现了故障，后经检查，一切正常。于是，他观察了外部的情况，发现一艘轮船正通过两艘军舰之间，等船驶过后，两舰之间的通讯又恢复了正常。他凭着自己敏锐的感觉，立刻意识到，就是这只船在经过两舰之间时挡住了无线电波。他由此想到，如果在海上、航线上设置无线电通讯设备，就可以利用电波探测到海上目标。但令人遗憾的是，他没有将此想法付诸实践。直到1922年，美国科学家根据这个设想，在海上航道两侧安装了电磁波发射机和接收机。当有船只经过时，通过电波马上就可以测出。这就等于在海上设置了一道看不见的警戒线。不过，这种装置仍然不能算是严格意义上的雷达。

图62　雷达

1935年，英国著名的物理学家，沃特森•瓦特在此基础上发明了一种既能发射无线电波，又能接收反射波的装置，它能在很远的距离就探测到飞机的行动，这就是世界上第一台雷达。

这台雷达能发出1．5厘米的微波，因为微波比中波、短波的方向性都要好，遇到障碍后反射回来的能量大，所以探测空中飞行的飞机性能好。为了安全和方便，当时称这种雷达为CH系统。经过几次改进后，1938年，CH系统才正式安装在泰晤士河口附近。这个200公里长的雷达网，在第二次世界大战中给希特勒造成极大的威胁。

随后，英国海军又将雷达安装在军舰上，这些雷达在海战中也发挥了重要作用。雷达不仅运用在军事上，还可用来探测天气，查找地下20米深处的古墓、空洞、蚁穴等。随着科学技术的进步，雷达的运用也越来越广泛。

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雷达的工作原理

雷达所起的作用和眼睛相似，当然，它不再是大自然的杰作，同时，它的信息载体是无线电波。事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，传播的速度都是光速C，差别在于它们各自占据的波段不同。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息（目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等）。

测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。

测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。

测量速度是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应原理。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。