雷达技术的发展 [复制链接]

第7版()
专栏：

雷达技术的发展 尚志祥
雷达技术又称无线电定位术，是第二次世界大战期间发展起来的一门技术科学。十几年来，雷达技术以惊人的速度发展着，和它同时，许多新的科学技术部门也发展起来，比如侦察和干扰技术、射电天文学、远距离操纵技术、红外线测向技术、电子计算技术等，使无线电电子学这个大家庭的面貌为之一新，成员大大增多，内容异常丰富，以致在整个自然科学领域中，无线电电子学已经居于极其重要的地位。
无线电电子学的老伙伴通信，它先是有线通信，随后是无线通信。无线电通信为电真空技术、电子线路和无线电波的理论打下了坚实的基础。第二次世界大战期间，由于航空技术的迅速发展，作战双方都极力研究防空的良好办法，在许多科学技术人员的共同努力下，雷达终于问世了。那时候的雷达，是一种最有效果的防空武器。
目前应用最多的是脉冲雷达。脉冲雷达能把高频脉冲电磁波用方向性很尖锐的天线集成一束，然后发射出去。这发射的电磁波遇到目标以后有一部分反射回来，利用灵敏度很高的接收机就可以把反射波放大，并在显示器上显示出来。回来的脉冲和发射的脉冲在时间上相差电磁波行走两倍目标距离所需要的时间，因此，只要利用电子线路的技术测量出这时间差，目标的距离也就确定了，而目标的方向就是定向天线的方向，这样目标的位置就完全被测量出来了；所以雷达技术就是利用无线电波来探测目标位置的一种技术，又称为无线电定位术。从这里可以看出，雷达技术就是微波技术（只有微波才能产生方向性很尖锐的波束）、脉冲技术、显示技术以及自动控制技术（控制天线和目标距离）的合同应用，反过来雷达技术又大大地促进了这些技术的发展。
雷达技术向微波电子学提出了一系列的要求。它要求高频脉冲振荡功率大，可以看得远；要求高频振荡的频率范围宽，利于反干扰；要求振荡的频率更高，以便占领新波段。因此微波电子学大踏步地进展着，继大功率的三极管脉冲振荡管之后，出现了塔形管、磁控管、调速管、行波管、返波管、电子注管，等等，波长从几米到几毫米，功率从几毫瓦到几兆瓦（脉冲功率）。磁控管和调速管是目前用得最多的两种微波电子管，磁控管用作发射振荡器，调速管用作本地振荡器。行波管和返波管是最新的微波电子管，小功率的行波管由于它有放大的本领，噪音等已经降低，目前已经被采用于新生产的雷达机中。大功率行波管或返波管由于它的频率范围宽，比磁控管优越。由于上述微波电子管的制造和研究，电子运动的理论以及电磁场的理论在实践的验证下都有了发展。
雷达技术向微波技术提出了一系列的要求。它要求天线增益高、体积轻、扫瞄快并且能产生一定形状的波束；要求传输线损耗小、波带宽、又能耐大的脉冲功率；要求空间传播的损耗小，并且能掌握地面反射所产生的影响；要求寻找某一种特殊的材料，能够吸收微波能量而反射则极少。于是出现了形形色色的天线，有抛物体反射面天线、喇叭天线、波导天线、透镜天线、介质天线以及螺旋形天线等，最尖锐的天线波柱已经可以达到零点五度。输送线方面除了同轴线以外，波导的发明具有重大的意义，波导是微波的良好传输线，它的发展前途还很大，有被利用来作为长距离传输微波能量的趋势。最近有人研究了新的波导——带状波导和条状波导，为波导的发展指出了新的方向。在理论方面，电磁波在导体中的传输理论、空腔谐振器理论、天线辐射理论、不同波长的电磁波在大气中以及电离层中的传播理论，都有了新的发展。此外，愈来愈令人注意的是电磁波在磁性材料中的传输特性，这一方面的研究已经为雷达技术提供了新的途径。譬如有一种名叫铁淦氧的磁性材料，在特定的工作条件下，只允许电磁波向一个方向传输，减缩它反方向的传输，利用它作为稳定频率的元件，代替目前所使用的性能不很稳定的而又是相当复杂的频率自动控制线路是有很大前途的。
雷达技术向脉冲技术也提出了一系列的要求。那就是高压脉冲技术、精确的放电开关管、快速的电子扫掠电路、各种刻度波的技术，等等。为了使测量距离更精确并提高雷达的分辨能力，脉冲技术已经从微秒技术推进到毫微秒技术。毫微秒技术加上毫米波技术，就有可能使雷达出现新的面貌——从雷达显示器上看到的不再是代表性的脉冲波，而是能够观察出目标的粗略轮廓，也就是说，接近于电视了，这就可以使测量更为精确。
雷达技术向显示技术提出的课题是：制造长余辉的阴极射线管、研究各种显示方法。阴极射线管的制造进一步发展了电子光学，各种型式的显示器已经不下几十种。目前又有一种新的阴极射线管，它能在很长时间内保留画像不消失，叫作储能管，也叫蓄像管；还有一种奇异的阴极射线管，它显示出来的不是图像而是数字或文字，可以利用它作标记用，称为数字管。新的雷达显示器也有立体的、有色的、综合扩大的、只显示活动目标的。总之它的发展面也异常广阔。
雷达技术向自动控制技术提出的课题是：能用很小的力量灵活地控制相当庞大的天线，而且很迅速、很精确、很稳定。供炮火瞄准用的雷达，要求天线能够自动地在方向上跟踪目标，要求测距准线能够自动地在距离上追踪目标；这样，不用人的操纵，目标的座标就能够自动地连续不断地记录下来，因此自动控制的理论和技术在雷达中也是非常重要的。
雷达也同其他无线电设备一样，要求减小体积、减轻重量、增加坚固性，因此半导体和印刷线路在雷达技术中有着广阔的前途。目前看来，雷达中的定时线路、影频部分和中频部分中的电子管完全可以用晶体三极管或多极管来代替；一部分整流管可以用大功率晶体二极管来代替；日光电池的进一步发展，也有可能用作雷达的电源；已经设计出的一种小型微波雷达接收机，只有钢盔那样大，就是很好的例子。
上述各种技术的迅速发展，使得雷达技术愈来愈完善，雷达的最大作用距离已经不受雷达本身的限制，而是受地球曲率的限制。如果雷达机架设得很高，譬如在一万公尺高的飞机上，那末观察四百公里远的地面目标和观察八百公里远同样高度的飞机是能够做到的。雷达的精确度也是很高了，代表性的距离误差只是十到二十公尺，角度误差只是零点一度左右。雷达机的种类也已经不胜枚举，如飞机上的测暴风雨雷达、导航雷达、大地测量雷达，船舰上的导航雷达，飞机场的降落指挥雷达，气象站的测气候雷达，等等。雷达在军事上的用途更是广泛。警戒雷达日夜不断地监视着领空，不让敌机有丝毫的空隙可以偷袭进来；指挥雷达能够正确地引导我机以有利的地位攻击敌机，还能用于鉴别敌我；炮火瞄准雷达能够自动地跟踪敌机或敌舰，以达到精确的命中；探照灯雷达能够先把敌机找到以后再开灯，避免没有照中时暴露目标；飞机上还有盲目轰炸雷达、机尾警戒雷达；地面上还有观察坦克、汽车和测量迫击炮位的雷达以及控制导弹的雷达，等等。
在雷达技术的发展基础上，新的科学技术部门生长出来了。侦察、干扰和反干扰技术就有了迅速的发展，因为雷达的致命弱点是被干扰。因此要极力想法干扰敌人的雷达使它失去效用，同时又要力求防止敌人的干扰使自己的雷达仍能正常工作，于是雷达和干扰、干扰和反干扰之间的战术上以及技术上的斗争发展得非常尖锐，同时又非常重要。第二次世界大战中德国有两艘军舰被英国包围以后，就是靠施放干扰迷惑英国的雷达才得在大雾中逃脱的。目前侦察技术已经很发展了，强功率的杂波干扰技术也已经可以做到，而反干扰技术还没有彻底完善地解决。为了解决这一问题，全面地研究干扰的性质、信息的容量以及反干扰的方法等，成为集中研究的问题。
在雷达技术的基础上，新的学科——射电天文学诞生了。它是利用雷达来观察宇宙间星座的一门科学。人们知道地球是被大气层及电离层包围住的，除了可见光、紫外线、红外线能够透过这个包围层观察宇宙的秘密以外，波长从二十公尺到几毫米的电磁波也能透过，同时恰恰有许多星座经常不断地在辐射这种电磁波，因此就可以利用类似雷达的设备去接收它，确定它的存在，从而研究它。这种雷达的天线非常大，直径有的达一百多公尺，因而波柱异常尖锐，又称无线电望远镜。用雷达观察月亮的回波在第二次世界大战期间已经实现了。用雷达观察高空气象，为气象学的研究提供了一个新方法，进而形成了无线电气象技术这个新的学科。
伴随雷达技术的发展，远距离操纵得到了迅速的发展。远距离操纵的内容十分丰富，总的来说可以分为开路操纵和闭路自动控制两大类，这同雷达中的天线控制相比，前者的控制回路更为复杂，有高频、有低频，也有各种计算装置和控制装置。目前远距离操纵最复杂的要算是导弹控制了，许多导弹的控制就是借助于雷达技术的，因此可以这样说，没有雷达技术，就不可能有导弹。自动控制的理论，目前已经发展成为一门独立的科学，它的前途更是无可限量的。
由于雷达技术的启发，红外线测向技术也有了很大的发展。在海洋里，可以利用红外线测向设备寻找军舰的位置；导弹头上如果装有红外线自动测向设备，就能够自动地寻找目标并且精确地命中目标。
雷达和电视，可以说是一兄一弟。雷达的脉冲技术、微波技术、显示技术都是同电视技术的发展有关联的。当然雷达技术也和无线电通信的新领域有共同的地方，那就是微波多路通信。微波技术在通信中的应用使得通信容量大大扩展，每一路微波波道可以同时通几百对之多。脉冲技术在通信中的应用也是非常成功的，脉码调制已经被证明是最良好的调制方法，它的噪音系数小，抗干扰性能好。
脉冲技术还推动了电子计算技术的迅速发展；微波技术推动了微波光谱学和微波电子加速器的发展。这些也都同雷达技术的发展有着紧密的关系。
无线电电子学新领域的迅速发展，同时也大大推动了雷达技术的新发展。最新的雷达体系已经不再是一部部独立工作的雷达机了，而是把各种雷达、侦察干扰机、电子计算机、微波接力站、远距离操纵、电视等有机地联系起来成为一个雷达网，这样的雷达网不再只是防御性质的侦察工具了，而是进攻的有力武器。雷达的军事应用始终是跑在最前头的，未来雷达网的工作情况将是这样：在我们的领土上和领空上布置严密的雷达站，它的情报可以应用微波接力站或电视的办法迅速地传送到指挥中心去；在那里，巨大的电子计算机立刻把各种情报进行选择、分析和鉴别，然后把全部情报显映在一个巨大的显示屏上，指挥员就可以根据情报发布命令，命令也是通过电子计算机变为一种操纵讯号，迅速地操纵某一地区的某一武器自动出击。同样，在和平应用上，雷达网将使飞机和船舶的航行得到最大的安全，将使气候的变化迅速地被人们所掌握，也只有借助于雷达网的日益完善，星际飞行才会有保障。因此雷达技术的迅速发展，对其他新的科学部门、对国民经济以及对国防事业都有极其重要的意义。雷达技术本身以及同雷达技术相关联的各个科学部门，从理论到实践，它的内容是这样的丰富，它的地位是这样的重要，因此我们必须迅速地掌握它、研究它，为接近先进的世界科学水平而努力。