飞行目标的无线电探测与定位

（以下为R·A·沃森-瓦特1935年2月12日致英国空军大臣H·E·温珀里斯的备忘录）

    1、根据敌机本身发出的各种辐射来对其进行探测与定位显然是不可靠的。敌机上的灯光和无线电发射均不足以作为探测对象；发动机螺旋桨和机体结构所发出的声响不仅可人为地加以减弱，而且还会受到变化莫测的气候因素的影响，有时即使探测到了也无法定位；发动机点火系统发出的电磁辐射很容易加以屏蔽；发动机的红外辐射也会在充满水汽的大气中迅速衰减，因此即使探测到了，其指示器读数也是靠不住的。

2、由地面装置发射光、热、声或无线电波，从理论上讲均可引起“被辐照”的飞机激发二次辐射，但是其中前两种辐射由于大气吸收（特别是在浓云密布的天气）而很难达到目标，故予排除。采用超声波有一定吸引力，但由于声发射器的额定功率有限，加上声波的传播速度太低（比飞机快不了几倍），从而也被排除了。因此，唯一合适的探测和定位手段只有依靠无线电二次辐射。

3、最吸引人的设想就是在飞机必经之路上设置短波无线电“辐照”区，最合理的设想将详加讨论。

4、试设想一架典型的金属翼夜航轰炸机，机体结构紧凑，翼展25米，一级近似翼结构相当于基波波长为50米的线性振子，且阻抗很低。假定地面发射天线与飞机航向垂直，并高出地面18米，从而形成一具简易半波线性振子，那么当一架飞机抵达高度为6公里，水平距离亦为6公里处时，地面发射天线上每安培振荡电流将会在机翼附近感应出14毫伏/米的合成场强，从而在机翼上产生1.5毫安左右的振荡电流，而返回到发射天线附近的二次辐射场强约为20微伏/米。

5、如果对发射天线输入15安培的振荡电流，那么从飞机上二次辐射返回的电磁场在充分考虑各项损耗后尚余0.1毫伏/米的场强，采用脉冲技术可将此数值等效地增强2倍以上而不致引起发射机过载。进一步说，假如能证明此方法可靠，从而可放弃通常的辐照方式而改用一个适当的倾角实行大密度大面积辐照，则在地面站合理的规模和费用下，借助一个合适的波束阵列至少可将场强增加十倍。我们将会看到为该项最新改进所付出的代价是易于估算的。如果只是在飞机被“辐照”的情况下才能看到读数显示，那么这种“辐照”要么是在很大面积上的弱光泛照，要么则是用强烈探照灯光以某一倾角进行“辐照”。

6、为便于识别机种，借助无线电扫频来推算飞机的翼展并非难事。然而若不强调这种可能性，则当发射频率与机翼结构谐振频率不符时，该项简易技术就会在功效上出问题。机翼和机身结构的谐振曲线会很平坦，这将会给扫频测量带来不便，但却有利于距离测量；若不考虑与飞机尺寸相对应的频率变化，二到三个倍频程范围的扫频将不大会影响灵敏度。当飞机处于强劲侧风中时，对飞机方位变化的监测的灵敏度也会降低。不过总起来看，借助一具可调整高度的天线，当飞机处于10公里距离上时，仍很容易测得1毫伏/米数量级的反射场强。而当飞机以2万英尺以下的高度飞越发射机上空时，则可测得10毫伏/米的场强，该数值相当于商业无线电通讯所要求的场强下限值的1万倍，这样便可在飞行高度为2万英尺，方圆10英里范围内取得相当高的安全系数。

7、现在假定发射机以很短的均匀脉冲辐射电波，根据现有的电离层回波测高技术，飞机和发射机间的距离可以直接在标有直线距离刻度的阴极射线示波器上观测到。无线电科学研究所早已系统地掌握了电离层相关技术。在本例中，水平距离为6公里时，反射波56微秒即可返回；若飞机在垂直上方，只需40微秒即可返回。我认为凭借现有技术完全可以达到这个指标，虽然其中包含将目前所用脉宽（约200微秒）加以压缩，或是其他一项我们完全可以掌握的技术，以便即使在反射脉冲叠加到早已经由一条接地短线到达接收机的原发脉冲上时，也能读出电波返回的时间。如果我们不考虑300公里以外的距离，或是由于其他的仪器和传播方向的限制而妨碍我们将该技术应用到这种距离上去，那么我们便可以每秒发射1000个脉冲，并将连续的图像同步叠加，从而获得一幅清晰可测的定格图像，甚至可以显示出飞机的飞行轨迹。至于脉冲频率，将根据试验在50至1000之间选择。

8、显然，安装三台这种测量时延的接收机便可解决定位问题。测定高度和轮廓投影可部分或全部实现自动化。在一条漫长的前线上布设一系列发射机并不困难。由于极坐标图容纳有足够的空白，因此很容易辨别出回波图形。最后采用两条大致与推测的飞机航向垂直的平行线，以提供准确的方位数据，按照一定精度要求测量其速度与航向。因为飞机的整个金属结构近似一个谐振器，对于所讨论的无线电频率便存在两个主要限制。技术上的限制在于接收图形上将出现电离层的回波信号，这势必会引起观察上的失误。这并不亚于纯粹的干扰。根据我们的常识，即使在指示器运行良好时，这种干扰也会被电离层的回波所掩盖。在首先的100公里范围内，时标刻度可以定得较稀疏——但愿不久之后技术上便能够发展到对该范围以外的飞机起作用——第一个电离层回波可能会被挤入时标末端的静止时间间隔内。不过企图避免从（nk + x）公里处返回的电离层回波是不可能的（k是对应于时标的递归频率的距离，而n = 1,2,3……），除非凭借电离层反射的知识和经验，或是借助有效的辅助技术。

9、第二个限制是策略方面的。可以肯定，由于存在电离层反射，外国人便有可能截获这些特别的电磁波信号，从而识别出我方的秘密基地和反干扰基地，这是我们所不希望的。干扰的问题大概可以通过常规的途径来解决，理由是关于军事目标的重要性。至于保密问题，最好由空军部长向科学与工业研究部提出建议，可以借口进行电离层探测：无线电研究委员会在奥福德角和方便的船只上开展工作，选取离专门的斯劳试验点距离适中的地点。

10、应当指出，这些限制中没有一个应成为拖延启用50米波段的理由，在这方面我们已具备足够的经验和足够的发射能力。除非有那么一天，技术上允许使用10米以下的波长，而这个波长在正常情况下是不会被电离层反射的。因此在这以前应当努力减轻干扰问题，并注意保密，这可以通过薄施伪装来达到。

11、在这些较短的波长上，目前所能达到的功率水平仅为50米波段上功率水平的一半，而且接收机灵敏度也不行，因此第一位的问题是灵敏度的损失问题。然而现在选择50米波段的主要原因与借助对脉冲信号进行定位有关，而不是前面提到的时延测量。

12、采用极短的信号进行目视测向的无线电罗盘早已应用于50米波长，而不是10米波长。这种罗盘是在斯劳研制出来的。指示器的显示可通过电缆传送到一间中心控制室去，然后在地图上连续标示飞机的航向。这种标示是通过两个地面站传输过来的直接指示方位的两条光线交点的移动实现的。

13、这项技术很容易被移植到10米波长上，不过仍需要做大量开发性的工作。直至15米波长的实验目前已经公开，没遇到太大的困难。

14、进一步说，可以期望用阴极射线无线电罗盘来补充或取代时延测量。位于斯劳的无线电科学研究所也可能提出了另一项阴极射线技术（仅用于无线电罗盘）。这样便能测量无线电波束的仰角，精度约为半度，且可根据需要加以调整。这项业已完成的工作对精度要求不高，该技术早已应用于60米至10米波段中。

15、根据这些有关飞机的距离、方位角和仰角的直接而连续的指示，可迅速推算其位置坐标，其方法只有通过试验研究来确定。

16、然而我确信，只要大量采用斯劳无线电科学研究所研究多年的阴极射线技术，必能取得令人满意的结果，他们的经验是举世无双的。

17、假如在脉冲技术方面，可以预见的困难是意外地大，或是某些主要困难还难以预见，也还有两个不太吸引人的实用技术可供选用。其中之一便是让发射机发射连续波信号，这样会看不到移动目标（比如飞机）的回波，但可根据阴极射线屏幕上的干涉图像推算飞机临近的速度。对阴极射线测向器输入适当相位的反电动势便可抑制由直接辐射和那些来自地面固定物体的反射所造成的影像，从而标绘出其平面位置。

18、另一项技术是在一个确定范围内改变发射机的频率，这类似于阿普尔顿的频移测深技术。只是对移动目标反射信号的译释可能达不到实战所要求的速度，例如对高速敌机的定位和拦截。当然这项技术并不是特为本问题而提出的，不过在出色的脉冲技术万一出问题时仍不失为一种应急措施。

19、对于我们所讨论的主题来说，也还存在着一个尽量拉长探测至交战的时间间隔问题，解决的办法是启用装有一台调定谐振阵列的截击机，这样一来便可利用截击机对敌机直接定位，截击行动也可根据地面无线电指令加以支配，从而指引它们进入敌轰炸机所在的空域。

20、我们早已通过专利和出版物的形式公开过示波器“跟踪”技术，这些均可能涉及到现有技术的进一步发展，比如远距转发等等。

（本文为前文《谁发明了雷达》的附录，亦译自《Endeavour》第9卷第2期，刊载于《科技导报（广州版）》1985年第4期）