現代“千里眼”——雷達

小小的蝙蝠是個充滿神秘色彩的動物，它具有一種非凡的本領，就是能在黑暗中準確地捕食，人們通過對蝙蝠這一非凡本領的研究，發明了聲吶，我們在《蝙蝠與聲吶》(見本刊2010年10月號)一文中介紹過這些知識，

聲吶測距的原理很簡單，因為聲波在遇到障礙物時會發生反射，已知聲波的傳播速度，利用測量聲波發射和返回的時間，根據“距離=速度×時間”的公式，即可快速測量一個未知的距離，十分方便快捷，

電磁波同聲波一樣，遇到障礙物也要發生反射，雷達就是利用電磁波的這個特性工作的，這也是仿生學家利用蝙蝠的“本領”，發明的一種極其重要的技術，現代雷達是誰發明的

雷達是誰發明的呢?準確地說，雷達的發明不能專歸于某一位科學家，它是通過許多無線電學工程師努力研究加以改進提高而成的，一般認為雷達誕生于20世紀30年代，它首先被應用于軍事目的，1935年夏，英國著名的物理學家沃特森，瓦特研制成功第一套實用雷達裝置，1937年4月，英國政府決定在英格蘭東部和南部沿海以及泰晤士灣設立雷達探測網，這個200km長的雷達網，在第二次世界大戰中給德國造成極大的威脅，隨后，英國海軍又將雷達安裝在軍艦上，在海戰中也發揮了重要作用，

實驗表明，波長越短的電磁波，傳播的直線性越好，反射性能越強，測量的數值就更加準確，因此，現代雷達大多使用的是微波波段的無線電波，我們知道，電磁波的速度與光的速度相同，比聲波速度快多了，每秒達30萬千米，因此雷達測量距離的能力非常強，測量也非常迅速準確，

現代雷達有一個特制的可以轉動的天線，它能向一定的方向發射不連續的電磁波，每次發射的時間約為百萬分之一秒，兩次發射的時間間隔大約是萬分之一秒，這樣，發射出去的電磁波遇到障礙物時，可以在這個時間間隔內反射回來被雷達的天線接收，先確定障礙物的距離，再根據發射電磁波的方向和仰角，利用精密電腦迅速計算，便可以確定障礙物的位置了，真可謂“千里眼”呀!

“測速槍”的結構和原理

根據運動公式“速度=距離÷時間”，如果知道了物體運動的一段距離，再測量出運動這段距離花費的時間，通過簡單計算就可以得出物體運動的速度，最早的測速儀器就利用了這種方法，但是這種方法的測量過程比較麻煩，測量結果的準確度也比較差，所以現在的測速儀器都不用這個方法，而是利用物理學上的“多普勒效應”，這樣不但可以知道運動物體的距離，還可以知道物體的運動方向和速度，這就是“多普勒測速雷達”，也叫雷達“測速槍”，

雷達“測速槍”主要由電磁波發射器、電磁波接收器、微型電腦以及數碼顯示器組成，當然它也有槍筒、手柄、扳機和電源等部件，雷達“測速槍’’工作時，先是指向物體并發射一束電磁波，電磁波被物體反射回來由同一個天線接收，這時如果物體停止不動，那么“測速槍”發射和接收的電磁波數量相等：當物體駛向(或駛離)“測速槍”時，由于電磁波受到駛近(或駛離)物體“壓縮”(或“拉伸”)，“測速槍”接收的波數比發射的要多一些(或少一些)，而且物體駛近(或駛離)的速度越快，返回“測速槍”的電磁波也越多f或越少)，這些數據通過“測速槍”中的微型電腦處理后，就可以很快計算出物體的行駛速度了，

“神通廣大”的雷達

現代“千里眼”——雷達的用途極其廣泛，利用雷達可以迅速探測飛機、艦艇、導彈以及其他軍事目標的距離，在軍事上有不可替代的作用，除了軍事用途外，雷達在交通運輸上可以用來為飛機、船只導航；在航天技術中時刻測量人造衛星、宇宙飛船、航天飛機等在太空的位置：在氣象上可以用來探測臺風、雷雨以及烏云的位置……雷達還可用來探測查找地下20m深處的古墓、空洞、蟻穴等，效果奇特，

隨著科學技術的進步，雷達的運用也越來越廣泛，比如雷達技術可探測礦井裂紋，這項技術的操作原理與監測飛機的常規技術相同，即發出電磁波，并接收電磁波在途中遇到的物體反射的能量，具體而言，如果構成礦井頂部和側壁的物質出現裂紋，電磁波的能量就會減弱，要計算裂紋的位置或深度，測出電磁波行程的時間即可，這在預防礦井坍塌事故方面意義很大，

除了以上的用途，雷達也被廣泛應用在天文上，天文雷達主動向天體(或人造天體)發出電磁波，并接收反射的回波，通過對回波的處理和研究可以探究天體的物理和幾何結構，這種方法是天文學中觀測天體的重要手段之一，由于天文雷達發射功率的限制，天文雷達主要用于研究太陽系內的現象，例如流星的空間分布和物理狀態，月球和行星(包括小行星)的自轉、表面特征和大氣結構，日冕、行星際物質和彗星的等離子體運動和結構，此外，天文雷達還用于精確測定太陽系內天體的距離和位置，對于月球和人造天體的精確定位和測距具有重要的意義，

責任編輯

程哲