揭秘雷達工作原理 靠異頻辨識或助尋獲失聯(lián)飛機

空中交通管制員主要使用次級雷達追蹤商業(yè)飛機的方位，只有在沒(méi)有安裝異頻雷達收發(fā)機，關(guān)閉或者破損情況下才會(huì )使用真正的雷達

　　對失去聯(lián)系的馬來(lái)西亞航空公司370航班的搜索工作引起了公眾對有關(guān)如何追蹤飛機的諸多疑問(wèn)，追蹤飛機方位的一個(gè)重要手段就是借助雷達。悉尼大學(xué)航空航天、機械與機電一體化工程學(xué)院的格雷厄姆-布魯克博士表示，雷達在第二次世界大戰前問(wèn)世，問(wèn)世后一直不斷進(jìn)化，性能逐漸提升。不過(guò)，雷達的探測能力受到很多因素限制，例如距離、天氣以及飛機的具體情況。

　　雷達的英文名稱(chēng)“Radar”是無(wú)線(xiàn)電探測和測距的英文首字母縮寫(xiě)。布魯克波士稱(chēng)最簡(jiǎn)單的雷達由發(fā)射機和接收器構成，發(fā)射機天線(xiàn)朝著(zhù)一個(gè)特定的方向發(fā)射無(wú)線(xiàn)電信號，接收器負責探測信號行進(jìn)途中遇到的物體反射的“回聲”。發(fā)射機的電子電路以一個(gè)特定的頻率振蕩，頻率通常高于電臺或者電視廣播的頻率。這種信號借助天線(xiàn)以短電磁能脈沖的形式發(fā)送，被稱(chēng)之為“脈沖”，天線(xiàn)產(chǎn)生一個(gè)窄射束，就像火炬一樣。布魯克說(shuō)：“基于天線(xiàn)的朝向，雷達能夠確定一個(gè)物體——通常被稱(chēng)之為‘目標’——的方向?！迸c目標之間的距離根據發(fā)射脈沖和接收回波之間的時(shí)間確定。因為雷達信號一直以光速移動(dòng)，因此能夠準確測算出距離。

　　空中交通管制雷達的射束形狀為扇形，水平方向較窄，垂直方向較寬，以對應高空飛行的飛機。這種射束每隔2秒或者3秒掃描一圈，回波顯示在圓形顯示屏上，被稱(chēng)之為“平面位置指示器”?？罩薪煌ü苤茊T或者電腦能夠追蹤到回波或者說(shuō)根據屏幕上的光點(diǎn)確定飛機的飛行方向。這種雷達被稱(chēng)之為“初級雷達”。布魯克指出：“初級雷達很少單獨使用，因為空中的飛機實(shí)在是太多了?，F在，我們還會(huì )使用次級雷達。次級雷達的編碼脈沖序列發(fā)送給飛機，飛機上的異頻雷達收發(fā)機產(chǎn)生一個(gè)編碼回應信號，信號中含有與飛機有關(guān)的大量信息。這些信息用于進(jìn)行敵我識別?！?/P>

　　空中交通管制員主要使用次級雷達追蹤商業(yè)飛機的方位，只有在沒(méi)有安裝異頻雷達收發(fā)機，收發(fā)機關(guān)閉或者破損情況下才會(huì )使用真正的雷達。布魯克表示：“幾十年前，一名年輕男子駕駛一輛輕型飛機在美國空中飛行，由于空中交通管制員沒(méi)有關(guān)閉初級雷達或者認為只是一群鳥(niǎo)，他們并沒(méi)有發(fā)現這架飛機?！?/P>

　　如果飛機上的異頻雷達收發(fā)機被人切斷，便很難判斷空中交通控制中心的初級雷達屏幕上的光點(diǎn)究竟哪一個(gè)才是目標飛機。布魯克說(shuō)：“這可能就是為什么370航班的異頻雷達收發(fā)機在管制責任從一個(gè)空中交通管制中心移交給另一個(gè)中心時(shí)關(guān)閉?！?/P>

　　布魯克表示：“絕大多數人可能聽(tīng)過(guò)‘不在雷達范圍內’這句話(huà)。這種現象由雷達射束與地面的交互作用所致，導致雷達射束處在地平線(xiàn)上方。如果飛機的飛行高度足夠低，射束很難照射到飛機，雷達的探測范圍受限?！?/P>

　　此外，雷達還受到距離的限制。雷達進(jìn)行遠距離探測時(shí)面臨的主要問(wèn)題是發(fā)射和接收信號耗費的電量取決于與飛機之間的距離，距離較遠時(shí)可達到正常情況下的四次方。布魯克說(shuō)：“如果希望將雷達對飛機的探測范圍提高一倍，發(fā)射和接收信號耗費的電量必須增加16倍?！?/P>

　　通常情況下，用于追蹤100公里以上范圍內的飛機的雷達耗電量達到數兆瓦特。不過(guò)，發(fā)射的脈沖較短，通常在1微秒左右，每秒只能發(fā)射幾百次，平均功率很低。在進(jìn)行遠距離探測時(shí)，雷達發(fā)射脈沖所能達到的峰值功率達到令人難以接受的程度。這一問(wèn)題促使科學(xué)家進(jìn)行一系列革新，例如研制相控天線(xiàn)陣。相控天線(xiàn)陣由大量較小的發(fā)射機和接收器構成，部署在一個(gè)平面上，協(xié)同工作并對脈沖進(jìn)行壓縮，允許在產(chǎn)生距離更遠功率更大的編碼脈沖的同時(shí)仍保持較大的探測范圍和精確性。

　　遠程雷達發(fā)射的信號在大氣中穿行時(shí)不斷減弱，即便在天氣晴朗時(shí)也是如此，遇到雨天時(shí)更嚴重。信號的波長(cháng)越大，在大氣中穿行時(shí)減弱的程度越小，因此，遠程雷達都在低頻時(shí)工作。

　　布魯克表示電磁波會(huì )從導電物體上反彈，因此使用木料和帆布制造的老式飛機并不會(huì )產(chǎn)生很大的雷達回波。使用碳纖維合成材料制造的現代飛機也是這種情況。鋁皮飛機是最容易被雷達探測的目標之一。布魯克說(shuō)：“飛機的外形也是一個(gè)重要因素，使用平板材料制造的金屬飛機尖角和邊緣通常產(chǎn)生強烈的回波。如果你希望制造一架隱形飛機，你需要采用平板或者小面排列的方式，讓接收器接收不到雷達信號。F-117隱形攻擊機就是這種隱形技術(shù)的典范?！?/P>

　　飛機外形的另一種選擇是放棄直角，讓機翼與機身融合在一起，消除外部明顯特征。布魯克表示飛機的外皮使用可吸收雷達信號的材料也是將回波降至最小的一種方式。他說(shuō)：“B-2隱形轟炸機非常先進(jìn)，采用了絕大多數隱形技術(shù)，所形成的回波只相當于一只大黃蜂?！?/P>