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雷达搜索也有“盲区”

发布时间:2019-11-27 23:30 来源:未知 编辑:admin

  对失去联系的马来西亚航空公司370航班的搜索,引起了公众对有关如何追踪飞机的诸多疑问,追踪飞机方位的一个重要手段就是借助雷达。

  在生活中,雷达的应用非常普遍。人们通过雷达探测,分析并预报今后一段时间的天气变化;倒车雷达告诉你,车子与周围障碍物的距离等情况;大型雷达还能搜寻并定位远距离的飞机、船舶等。雷达是怎么做到这些的?

  在一篇《蝙蝠和雷达》的科普文章里,讲述了科学家通过反复试验,发现了蝙蝠能在夜间飞行,靠的不是眼睛,而是嘴巴和耳朵配合起来,通过超声波来探路和回避障碍物。并从中受到启发,给飞机装上雷达,解决了飞机在夜间安全飞行的问题。

  专家表示,蝙蝠可谓是最简单版的移动“雷达”,也是雷达的最初“原型”。蝙蝠的这种利用超声波定位测距的身体结构,是自然界中完美的生物声纳。而雷达则模拟了蝙蝠的“回声定位”方法,只是不像蝙蝠那样用声波来定位和测距,而是改用传播速度最快的电磁波来进行定位和测距。

  最简单的雷达装置包括发射机和接收器两部分。雷达的天线像一个竖起来的巨大锅底。发射机天线朝着一个特定的方向,有规律地发射出一种不连续的无线电信号,每次发射持续的时间约为百万分之一秒,而两次发射的时间间隔大约是万分之一秒,后者是前者的100倍。这样,发射出去的无线电波只要遇上了障碍物,它就可以在这个时间间隔内被反射回来,而这个像锅底似的雷达天线就能接收这个反射波。

  发射机的电子电路以一个特定的频率振荡,频率通常高于电台或者电视广播的频率。这种信号借助天线以短电磁能脉冲的形式发送,被称之为“脉冲”。发射一次短电磁能脉冲,天线产生一个窄射束,就像一把扇子。

  雷达天线把接收到的波立刻反射送往特殊的接收设备迅速进行处理,通过处理结果,就能知道有关目标物体的部分信息。如目标物体和雷达间的距离、距离变化率或径向速度、方位、高度等。

  雷达的搜索有盲区吗?专家认为,雷达有低空盲区,存在“不在雷达范围内”地带。那是由于雷达发出的电磁波与地球表面形成一条切线,而地球表面是圆球形的、存在无法避免的弧线,电磁波切线以下便形成了雷达的盲区。如果飞机飞行的高度足够低的话,雷达发射的天线射束很难照射到飞机,就会处于雷达的“盲区”内。

  比如雷达进行远距离探测时面临的主要问题是发射和接收信号耗费的电量取决于与飞机之间的距离,距离较远时可达到正常情况下的四次方。也就是说,雷达对目标物的探测范围提高1倍的话,发射和接收信号耗费的电量必须增加16倍。由于在进行远距离探测时,雷达发射脉冲所能达到的峰值功率达到令人难以接受的程度。这一问题促使科学家进行一系列革新,如研制相控天线阵。相控天线阵由大量较小的发射机和接收器构成,部署在一个平面上,协同工作并对脉冲进行压缩,这样允许在产生距离更远功率更大的编码脉冲的同时仍保持较大的探测范围和精确性。

  远程雷达发射的信号在大气中穿行时会不断减弱,即使在天气晴朗时也是如此,遇到雨天时更严重。信号的波长越大,在大气中穿行时减弱的程度越小,因此,远程雷达都在低频时工作。

  雷达发射的电磁波还会从导电物体上反弹,因此,铝皮材质的是最容易被雷达探测的目标之一。如果是木料、帆布、碳纤维合成材料不导电,或导电性能差,发射电磁波性能弱,就不大容易被雷达发现。此外,尖角和边缘通常能产生强烈的回波,如果是平板或者不尖锐的很多个小平面排列的方式,那么接收器将接收不到雷达发出的电磁场信号,这也会导致目标物的“隐形”。

  雷达系统通常分为主雷达系统和二级雷达系统。用于跟踪飞机等空中交通管制的雷达,天线射束形状为扇形。这种射束每隔2秒或者3秒扫描一圈,回波显示在圆形显示屏上,被称之为“平面位置指示器”。

  主雷达系统也被称为“非合作系统”,主要用来发现目标,即无论飞行物是否想被跟踪定位,其反射回的无线电波,或者说显示在屏幕上的光点,都会确定飞机的飞行方向,提供其方位信息,但地面上的空中交通管制员或者控制员,无需鉴别飞行物的身份。而军用雷达多属于不鉴别身份、只判断速度和方位的主雷达系统。

  二级雷达系统是“合作系统”,能用来“验明正身”,即地面控制人员向飞机上的无线电应答装置发射信号,飞机上的异频雷达收发机产生一个编码回应信号,通过其返回的代码来鉴别飞机的身份、速度和高度等数据,这些信息也用于进行敌我识别等。”

  但是,如果飞机上的异频雷达收发机被人切断,就很难判断出,显示在空中交通控制中心的初级雷达屏幕上的众多“光点”,究竟哪一个才是目标飞机?专家表示,当从一个马来西亚空中交通管制中心移交给另一个中心时,马航370航班的异频雷达收发机被关闭了,然后被移交的越南空中交通管制员一下子就“找”不到这架飞机了。

  3月26日中午,狂风巨浪终于停止,各国海上搜救力量开始出现在南印度洋平静的洋面上。

  规模巨大的南印度洋搜寻,无异于大海捞针——面积远远超过马来西亚的国土,这一海域包括世界最深、最难穿透的水下地形。南印度洋水深在2500到4000米之间,采用的声呐搜索装备至关重要。

  “如果目标浮在海面上,卫星和反潜机之类都可以找到它,如果沉入水下的话,难度就加大了。”中国工程院院士杨士莪指出。

  一位不具名的军方水声问题专家对MH370的搜救并不乐观:飞机残骸掉进海里之后,不会主动发声,声呐作业就要像耕田一样慢慢去找;即便是先进的拖曳式声呐系统能够成像,依旧要像医院做B超检查一样,需要仔细甄别,耗费时日。

  “一个小时也就是十几平方公里,一天的搜索范围可能也就是300到400平方公里。”中国船舶重工集团公司副总经理、水声问题专家钱建平指出,深度、温度和盐度对声呐探测的准确度影响很大,来回游动的海洋生物就像手机通话中的噪音,对声呐搜索结果影响也存在。

  国际上,声呐用于海事搜救方面成功的先例颇多:2009年6月1日凌晨,在巴西里约热内卢飞往法国巴黎途中,法航AF447坠毁在大西洋中部。在漫长的搜救过程中,法国军方最终动用攻击型核动力潜艇“翡翠”号,搜寻失事客机“黑匣子”,这是全球较早使用核动力潜艇的声呐技术来搜救失事客机。之前,小型深海潜艇“鹦鹉螺”号曾用于搜寻泰坦尼克沉船。

  美联社报道,此前应马来西亚政府请求,美军太平洋司令部决定出动“拖曳声波定位仪”(Towed Pinger Locator)协助搜索。这种定位仪可在水中探测到飞机上“黑匣子”发出的信号,下潜最深距离可达近6100米,曾用在2009年坠毁的法航客机的搜索上。

  3月24日,美军声呐搜索神器“蓝鳍”露面。英国《独立报》和美国广播公司(ABC)当天报道说,在马来西亚宣布失联客机最终坠毁南印度洋后的数小时,美国即派出装备有预定位声呐系统的海底航行器,以帮助寻找残骸。这种名为“蓝鳍”的水下航行器长仅5米,重约800公斤,可潜入海底4570米处展开搜索,被称为“神器”。

  时间紧迫,航空安全研究所副所长、黑匣子研究专家舒平催促说,“黑匣子”的电池只能维持30天脉冲信号,如今,只剩下不到两周时间。

  英国卫星公司指定的坠机海域辽阔,仍需卫星、侦察机和海上舰船进一步探测。如果搜索人员找不到飞机残骸,或者无法检索出飞行数据记录器与驾驶舱录音记录器,那么MH370的命运很可能永远成谜。(记者 李 禾)

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