无线电波——航行的向导者

🏠 首页 《无线电》杂志 1957年 🔗 第8期 🔗 第5页 分类:短讯 🔗 切斯特诺夫 🔗

每天有几百架飞机升到空中,把货物和旅客运送到各个地方去;有几千艘船航行在广阔无边的海洋上。领航员的职责是光荣而重大的,他们应能保证自己的船只或飞机按照正确的航线航行。而在领航员所使用的整套完备的导航仪器中,利用雷达原理的仪器,是占有重要地位的。

无线电视觉

“雷达”向空中发出狭窄的波束,就好象它能“照亮”周围的物体,并且能“看到”它们似的。雷达能在黑夜穿过云雾进行观察。无线电波在途中遇到某个目标就会反射回来。在雷达机内阴极射线管的萤光屏上可以看到一条由很细的电子束绘出的代表时间的“基线”。在这条线上有几个“闪光点”,它们就标示着无线电波的起始点和终了点。从它们之间的距离,就可以确定产生电波反射的障碍物的距离。

如果使天线沿垂直轴和水平轴转动,就可以“观察”到空间的任何一个角落,找到所需要找的目标。知道了目标所在的方向和距离,就能确定它在空间的位置。

但是接收无线电回波不是一件容易的事情。因为这种回波有时小到被干扰杂声所压倒的程度。

无线电工程师们与外来的,以及无线电接收装置本身所产生的接收干扰杂声,进行了不倦的斗争。这一斗争扩大了雷达的有效距离。

增加雷达设备的输出功率,也可以增大它的有效距离,但是很困难。例如把功率增加到15倍,才能把距离增大一倍。

另外还有一种方法:在目标上先装好一个小收发装置(叫做回答器),它能回答雷达站的询问。回答器功率虽不大,但它所发出的信号比一般回波要强得多,这样,可以发现距离较远的目标。

让回答只能回答密码的询问,并且能将回答信号自动译为密码发出去。每秒发出的无线电脉冲数的长短和间隔时间,就可以作为“密码”。这样,就很容易把回答器发出信号,和其他其他信号区分开来。

为了能够发现装有回答器的目标,询问器和回答器之间的“无线电呼叫”可以用不同的波长。这样,一般的反射用一个波长,而回答信号则是用另一个波长。询问器接收机专收回答器的信号,因此不受由其他目标反射回来的电波干扰。

无线电回答器实际上就是它所在地点的一个无线电标记。例如可以作船只或飞机的标记,以便雷达机能辨识他们。

无线电给舰船和飞机导航

在舰船和飞机面前展开的许多条道路中,领航员只选择一条最短而又最安全的航路。但是要正确地选择航路,首先必须知道自己所在的位置。

最适合于完成这种任务的,首先要算固定回答器的工作系统。它们的位置是事先已经知道了的。利用船上的无线电询问器,领航员可以对某一个地面的固定回答器发问,然后根据无线电波往返的时间来确定这个回答器的距离。

如果对两个固定的回答器进行呼叫,领航员就能获得到达这两个已知点的距离。这时他不难在地图上画一个简单的图来确定自己的位置:以被询问过回答器的位置为圆心,把测得的距离做半径画两个圆,这两个圆相交于两点。询问器就位于其中一点。确定自己的位置在那一点上是不难的,因为这个交点间的距离通常很大,而带有问询器的舰船和飞机的大致位置一般是已知的。

这样的测位方法具有高度的精确性。但因为这套装置都是用超短波进行工作的,所以它的工作距离就受到了限制:对舰船约为一百公里,对高飞的飞机约为四百公里。

为舰船和飞机远航服务的,还有一种“双曲线航行制”的导航系统,而它是用长波进行工作的。因为长波善于环绕大地传播。在海上用长波工作时其有效距离可达四千公里。

电子地图

图1
图1 🔍原图 (615×561)

环视雷达(有时称为景象雷达)的发明是雷达技术上的一大成就。在这种雷达的荧光屏上所见到的不仅是某个目标的距离和方向,而且还有所有目标的相互位置。雷达的天线环绕垂直转旋转,把脉冲波幅射到各个方向上。在飞机上,这种雷达的天线是装在机身下面,而向地面发射无线电波束。地面上的各种物件所反射的无线电波是不同的:有的强些,有的弱些。因此,各种不同目标被无线电波“照射”以后,就向雷达反射强度不同的反射脉冲波。这些脉冲波控制着接收机内阴极射线管电子束的强度,并在荧光屏的代表时间的基线上显出明暗不同的光点。而这条“基线”是和天线用相同的角速度旋转着,形成一个圆面的“电子圆形”。

由于地面各种目标和飞机的距离不同,反射波反射回来的时间也就不同。因此,较近的目标在距圆心较近的地方出现。

天线在一分钟内旋转几十转。每转一周在荧光屏上画出一张雷达所照射到的全部地形的略图,因此工作时看到的是一张不间断的很象地形图的全景图。

因为飞机是移动着的,所以新的地段不断进入照射区,因此荧光屏上的“景物”也随着更换。如果飞机飞到有舰船航行的海面,荧光屏将现出代表舰船的白色光点和代表海面的黑色底面。在陆地上空飞行时,飞行员可以在荧光屏上看到湖沼和居民点,显黑色的河流,显白色小条的铁路线,显明亮线条的过河大铁桥,有时甚至可以看出较大建筑物的轮廓。如果把环视雷达装在船上,它的天线就能“照射”水面。船长在任何能见度条件下都可以对周围半径数十公里内的情况进行视察。

靠雷达我们得到一种完全新式的地图。这是一张活动的地图。它把当时雷达周围的实际情况显示出来。

当船航行将到终点接近港口时,领航员在雷达的荧光屏上可以见到海岸线,因而可以选择正确的进港路线,绕过途中的危险地段。

为了保证航海的安全,广泛地采用很大的金属浮标。它们被装设在一定地点,并下锚加以固定。浮标可以标出浅滩,指示航路和其他的目的物。

图2
图2 🔍原图 (849×757)

天气好的时候,这种浮标是很容易发现的。但是在雾中和雨中,这种浮标就不能起领航作用,保证船只的安全了。但是雷达在这种情况下同样还能利用浮标。

如果在浮标顶上装置一个特殊的金属无线电波反射器,那么在距雷达十公里以内在景象雷达的荧光屏上就能看到它们。在接近两旁设有带反射器的浮标的航路时,领航员就能在荧光屏上看到两排光点,船只就应在他们中间通过。

有时为了观察在船只很多的热闹港口内船只的行动,在岸上装设环视雷达。调度员视察着雷达上港湾的图形,在任何能见度条件下他都能知道所有船只的准确位置,并可随时用无线电给任何一个船长下达指示。无线电波也能从浮游的、对船只来说是很危险的冰山上反射。如果在船上有环视雷达,就可以在很远的地方发现冰山,及时变更航速或航线以免和冰山碰撞。

图3
图3 🔍原图 (837×488)

在飞机导航中景象雷达也起很重要的作用。在雾里,夜里或云里,飞行员看不见地面,这时装在飞机上的景象雷达会给他非常宝贵的帮助。

电子地图和导航地图还可以配合使用。先把就要通过的地区的地图制成透明胶片,照片上的图和雷达所显示的图,可以用光学仪器投影到特制的银幕上。把两张图相互对照,领航员就能准确地断定出自己的位置,选择正确的航线。

飞机上的电视机

雷达技术在极大程度上是随着飞机导航任务的发展而发展的。

在现代飞机上我们可以看到各式各样的雷达仪器。它们帮助飞行员避免和别的飞机相撞,在飞行困难的条件下制定方位,测量飞机的高度,确定飞机的速度并指示对飞行危险的、有雷电的乌云的位置。

当飞机接近目的地的时候,在着陆困难的条件下,机场调度员利用雷达能给飞行员很大帮助。当用雷达向空中“了望”的时候,机场调度员能发现远在数十公里以外飞向机场的飞机。调度员用无线电话和飞行员联系,并注意飞机的飞行情况。飞行员接到地面的指示就开始降落。现代雷达非常精确,它能把飞机一直引导到跑道上,而保证它安全着陆。

有一种雷达和电视结合的装置可能用来指挥飞机的飞行。在这种场合下,要沿着航线设置许多雷达电站。每一个站有两种无线电装置:雷达和电视发射机。雷达观察着周围的天空,电视发射机再把由雷达荧光屏上显示出来的图象发向天空。在飞机上装置一部接收这种信号的电视接收机和一个回答器。

图4
图4 🔍原图 (852×660)

当地面雷达台向四周进行视察时,回答器就回答它。如果飞机在不同高度上飞行,那么回答器的回答信号也应不同。要给每一个不同高度规定一种信号,以便雷达分别观察所有不同高度的飞机。为了接收回答信号,每座电台都装有几个环视指示器——一个高度层一个。在这些指示器的荧光屏上显示不同的图象。在每一个图象上都不能看到所有的飞机,仅仅能看到飞行在进行观察的指示器高度层中的飞机。

电视发射机电视发射管的数目与雷达荧光屏的数目一致。每个电视发射管对准一个荧光屏,并把雷达在屏上描绘的图象传送出去。

这样,在飞机的电视接收机上出现的就正是地面雷达所观察到的。就好象电视发射机把雷达的萤光屏由地面直接搬到飞机上一祥。飞行员就看到他所感到兴趣的图象,即和他大致在同一高度飞行的飞机的符号,其中一个白色的好象带尾巴的小光点,就是他自己的飞机。飞行员好象从侧面观察空中的全部情况。而这一点是非常重要的,因为他可由此校正自己的飞行。

当飞机接近机场,进入机场电视雷达的有效区域时,在荧光屏上就出现机场附近的地形图和地面障碍物(如高大的楼房)以及降落的路线等等。

在能见度不良,而飞机进入降落地带时,飞行员可以利用另一种叫做着陆雷达帮助着陆。这种雷达比其他雷达更为精确,飞行员在自己的荧光屏上可以看见跑道的图形。在跑道图形上有一条由上而下的直线。这条线就是飞行员着陆时应当保持的平面方向指标。

但是为了更有把握更安全地着陆,须要注意飞机高度。这项工作则由与第一条线垂直相交的第二条线来担任。

飞行员知道,如果光点离开了垂直线,那么就应该纠正航向。如果光线跑到水平线的上面或下面,这就是说飞机的高度不合适,或是过高,或是过低。这时候他要扳动升降舵或是方向舵使飞机的图形正好落在这两条线的交点上,这样就能保持飞机准确地按照指定的降落线降落。飞行员可以毫不担心地将飞机向下滑翔,轻稳地着陆。

航海的发展,尤其是航空的飞跃发展对导航仪器和导航的方法提出了日新月异的要求。因此毫无疑问,雷达提供给我们的定位工具将很快地发展,而舰船和飞机的导航将更准确可靠。((苏联)切斯特诺夫)

范世民节译自苏联“青年技术”