Magine试图降落一架大型喷气式飞机 一小段柏油路上的一座大型建筑的大小，在城市的中心，在 夜，浓雾中。如果你看不到你要去哪里，你怎么能 希望安全着陆?可以帮助飞行员着陆的空中交通管制员可以使用 雷达，一种使用高频的“看”方式 收音机 波。雷达最初是为了探测敌机而开发的 第二次世界大战，但现在广泛用于警察的一切 速度探测器枪到天气预报。让我们仔细看看 在它是如何工作的!

　　照片：Thule Air 的巨型雷达探测器 格陵兰基地旨在探测来袭的核导弹。这是一个 美国弹道导弹预警系统(BMEWS)的关键部分。 摄影：Michael Tolzmann 提供 美国空军.

　　什么是雷达?

　　我们可以看到我们周围世界中的物体，因为 光 (通常 来自太阳)将它们反射到我们的眼睛中。如果你想走路 晚上，你可以用火把照在前面，看看你在哪里 会。光束从手电筒中射出，反射物体 在你面前，然后反弹回你的眼睛。瞬间你的大脑 计算这意味着什么：它告诉你物体有多远，并且 让你的身体移动，这样你就不会被东西绊倒。

　　雷达的工作方式大致相同。“雷达”一词代表 RA迪奥 d检测 一个德· r安定——还有那个 提供了关于它的作用和工作原理的相当大的线索。想象一个 飞机 夜间在浓雾中飞行。飞行员看不到在哪里 他们要去，但他们可以与地面上的空中交通管制员沟通 谁使用雷达来帮助他们。飞行员自己通常不使用雷达作为“飞行仪器” (帮助他们飞行或导航的东西)，但他们确实用它来跟踪天气。

　　飞机的雷达有点像火炬，使用 收音机 波而不是光。飞机 传输间歇性雷达波束(因此它仅发送部分信号 时间)，并且在其余时间“监听”任何 该光束从附近物体的反射。如果反射是 检测到，飞机知道附近有东西 - 它可以利用时间 取来的反射到达以弄清楚它有多远。 换句话说，雷达有点像回声定位系统 “盲”蝙蝠用来在黑暗中看和飞行。

　　照片：这辆移动雷达卡车可以驾驶 任何需要的地方。这 天线 顶部旋转，因此可以检测敌人 来自任何方向的飞机或导弹。 摄影：Nathanael Callon，由 美国空军.

　　雷达如何使用无线电?

　　无论是安装在飞机、轮船还是其他任何东西上，雷达 Set 需要相同的基本组件集：生成无线电的东西 波，将它们发送到太空的东西，接收的东西 他们，以及一些显示信息的手段，以便雷达操作员 能很快明白。

　　雷达使用的无线电波由一种称为 磁 控. 无线电波类似于光波：它们以相同的速度传播，但它们 波要长得多，频率要低得多。光波的波长约为 500纳米(5000亿分之一米，比人类头发细约100-200倍)，而雷达使用的无线电波通常从几厘米到一米不等 - 手指的长度到手臂的长度 - 或 大约比光波长一百万倍。

　　光和无线电波都是 电磁波谱, 这意味着它们由波动模式组成 电气 和 磁 能量在空气中啪啪作响。 磁控管产生的波实际上是微波，类似于微波 由 微波炉.这 不同之处在于，雷达中的磁控管必须向波发送许多 英里，而不仅仅是几英寸，所以它要大得多， 更强大。

　　照片：现代数字雷达屏幕，位于 美国南达科他州埃尔斯沃思空军基地。 摄影：Corey Hook 提供 美国空军.

　　一旦产生无线电波，一个 天线, 作为工作 发射机，将它们扔进 它前面的空气。天线通常是弯曲的，因此它将波聚焦成 精确、窄波束，但雷达天线通常也会旋转，因此它们 可以检测大面积的运动。无线电波向外传播 从天线以光速(每 186，000 英里或 300，000 公里) 第二)并继续前进，直到他们撞到什么东西。然后其中一些 在反射无线电波波束中也向天线反弹 以光速旅行。波浪的速度至关重要 重要。如果敌方喷气式飞机以超过 3，000 公里/小时的速度接近 (2，000 英里/小时)， 雷达波束需要比这快得多才能到达 飞机，返回发射机，及时触发报警。那是 没问题，因为无线电波(和光)传播得足够快 一秒钟绕地球七圈! 如果敌机是160公里 (100 英里)之外，雷达波束可以传播该距离并返回更短的距离 比 千分之一秒。

　　天线兼作雷达 接收器 以及发射器。事实上，它在两个工作之间交替。 通常，它传输无线电波千分之几秒， 然后它会侦听反射长达几秒钟 在再次传输之前。任何反射的无线电波被拾取 天线被引导到一块 电子的 设备 以有意义的形式处理并显示它们 电视-喜欢 屏幕，由人类操作员一直观看。这 接收设备过滤掉来自地面的无用反射， 建筑物等，仅显示对 屏幕本身。使用雷达，操作员可以看到附近的任何 船舶 或 飞机，它们在哪里，它们旅行的速度以及在哪里 他们正在前进。观看雷达屏幕有点像播放视频 游戏 - 除了屏幕上的斑点代表真实的飞机和 船只和最轻微的错误可能会夺走许多人的生命。

　　雷达中还有一个更重要的设备 装置。它被称为 双面打印器 和它 使天线在发射器和发射器之间来回切换 接收器。当天线正在发送时，它无法接收 - 并且 反之亦然。看看下面框中的图表，看看所有 雷达系统的这些部分组合在一起。

　　雷达如何工作?

　　以下是雷达工作原理的摘要：

　　磁控管产生高频无线电波。

　　双工器将磁控管切换到天线。

　　天线充当发射器，通过空气发送窄波束无线电波。

　　无线电波击中敌机并反射回来。

　　天线在传输之间的中断期间拾取反射波。请注意，同一天线同时充当发射器和接收器，交替发送无线电波并接收它们。

　　双工器将天线切换到接收器单元。

　　接收器单元中的计算机处理反射波并将其绘制在电视屏幕上。

　　敌机与任何其他附近目标一起出现在电视雷达显示屏上。

　　雷达有什么用?

　　照片：科学家调整雷达天线进行跟踪 气象气球穿过天空。 测量大气条件的气象气球携带 它们下方的反射目标将雷达信号反射回去 有效。照片由美国能源部提供。

　　雷达仍然是最熟悉的军事技术。雷达 安装在机场或其他地面站的天线可用于 例如，检测接近的敌机或导弹。美联航 各国拥有非常精细的弹道导弹预警系统 (BMEWS)探测来袭导弹，配备三个主要雷达探测器 阿拉斯加克利尔、格陵兰岛图勒和菲林代尔沼泽的车站 在英国。然而，使用雷达的不仅仅是军队。最 民用飞机和大型船只现在也有雷达。 每个主要机场都有巨大的雷达 扫描盘以帮助空中交通管制员引导飞机进出， 无论天气如何。下次您前往机场时，请注意 安装在控制塔上或附近的旋转雷达盘。

　　你可能见过警察在路边使用雷达枪 检测开得太快的人。这些基于一个 略有不同的技术称为 多普勒雷达. 您可能已经注意到，消防车的警报器在尖叫经过时似乎降低了音调。作为 发动机向您驶来，警报器发出的声波有效地 挤到更短的距离，所以它们的波长更短 和更高的频率——我们听到的是更高的音调。 当发动机驶离您时，它的工作方式恰恰相反 方式 - 使声波的波长更长，更低的波长 频率，音调较低。所以你听到警笛的音调在它的确切时刻有相当明显的下降 路过。这称为 多普勒效应.

　　照片：行动中的雷达：由赛车手发明的Gatso测速摄像头，旨在使驾驶员保持限速 莫里斯·加索尼德斯. 照片拍摄于英国伯明翰智库，由解释这些东西。

　　同样的科学也在雷达测速枪中发挥作用。当警察 警官向你的汽车发射雷达波束，金属车身反射 光束直背。但是您的汽车行驶得越快，它就越会 更改波束中无线电波的频率。灵敏 雷达枪中的电子设备使用这些信息来 计算您的汽车行驶速度。

　　雷达有许多科学用途。多普勒雷达也用于 天气预报，以确定风暴移动的速度和时间 他们可能会到达特定的城镇。有效 天气预报员向云层发射雷达波束，并使用 反射光束测量雨速 旅行以及它下降的速度。科学家使用一种可见的形式 雷达称为 激光 雷达 (光检测和 测距)测量空气污染 激光器.考古学家和地质学家指出 雷达向下进入 地面研究地球的成分并找到埋藏的沉积物 具有历史意义。

　　照片：雷达在行动：多普勒雷达单元扫描天空。 照片由美国能源部提供。

　　不使用雷达的一个地方是帮助 潜艇 因为他们 在水下导航。电磁波不容易穿过密集的海水(这就是为什么它是黑暗的 在深海)。相反，潜艇使用一种非常相似的系统，称为SONAR(声音导航和测距)，该系统使用声音来“看到”。 对象而不是无线电波。然而，潜艇确实有雷达系统，可以在它们移动时使用。 在海面上(例如当他们进出港口时)。

　　照片：美国宇航局宇航员测试 探地雷达(GPR) 用于模拟月球着陆点上的潜在未来月球任务。GPR无需挖掘即可探测土壤结构并定位埋藏物体，这对于考古研究非常有用。 照片由Sean Smith提供，由NASA Langley和 互联网档案馆.

　　对策：如何避开雷达?

　　雷达在发现敌机和船只方面非常有效——所以 以至于军事科学家不得不开发一些解决方法!如果 你有一个极好的雷达系统，很可能你的敌人也有一个。如果 你可以发现他的飞机，他可以发现你的飞机。所以你真的需要 可以以某种方式将自己“隐藏”在敌人雷达内的飞机 没有被发现。隐身技术就是为了做到这一点而设计的。 你可能已经看到了美国空军看起来很险恶的B2隐形轰炸机。 其锐利、棱角分明的线条和金属涂层窗户旨在 散射或吸收无线电波束，使敌方雷达操作员无法 检测它们。隐形飞机在这方面非常有效，以至于它 出现在雷达屏幕上，能量不比小鸟多!

　　照片：背面不寻常的锯齿形 这款B2隐形轰炸机是旨在分散的众多功能之一 无线电波所以飞机 “消失”在敌方雷达屏幕上。圆形前翼和 隐藏的发动机和排气管也有助于保持飞机 无形。 摄影：Bennie J. Davis III 提供 美国空军.

　　谁发明了雷达?

　　雷达可以追溯到一种名为Telemobiloskop的设备。 (有时写成法式， 电镜)，发明于1904年 由德国电气工程师 克里斯蒂安·许尔斯迈尔 (1881–1957).听后 关于两艘船之间的悲惨碰撞，他想出了一种使用无线电波来帮助它们的方法 在能见度差的时候见面。

　　艺术品：雷达之前的雷达：克里斯蒂安·许尔斯迈耶的Telemobiloskop早于时代 雷达时隔了三十多年，但本质上是相同的概念。这件艺术品基于其中一幅画 Hülsmeyer 1904年的专利展示了如何使用安装在一艘船上的发射和接收设备来检测附近的其他船只。这些光束是“赫兹波”——我们现在称之为无线电波——从万向节安装的装置射出，尽管海水的翻腾运动，这些装置始终保持垂直。

　　尽管许多科学家为雷达的发展做出了贡献， 其中最著名的是一位苏格兰物理学家，名叫 罗伯特·沃森-瓦特 (1892–1973).第一次世界大战期间，沃森-瓦特为英国 气象局(全国主要天气预报) 组织)，帮助他们使用无线电波来检测即将到来的风暴。

　　在第二次世界大战前夕，沃森-瓦特和他的助手阿诺德·威尔金斯意识到 他们可以使用他们正在开发的技术来检测 接近敌机。 一旦他们证明基本设备可以工作，他们就建造了一个 精心设计的地面雷达探测器网络围绕 英国海岸线的南部和东部。战争期间，英国的 雷达防御(称为 链家) 给了它巨大的优势 这 德国空军，在最终盟军中发挥了重要作用 胜利。美国同时开发了类似的系统 状态，甚至设法检测到日本飞机的接近 1941 年 12 月，在夏威夷珍珠港上空——尽管没有人想到 这么多接近飞机的重要性，直到它太 晚。