“sir,假如我们站在火车站台上,如果一列火车鸣笛接近站台,我们会觉得汽笛的声音逐渐尖锐,而火车逐渐站台时声音有慢慢低沉。天 籁小 』说m火车的汽笛从尖锐到低沉的变化,实际上是声音进入人耳的声波频率的变化,这种变化的产生是因为火车与耳朵的接近或远离的运动。我们把这种行为叫做多普勒效应。”
包马西面十公里外的普费菲克湖,一架由波音314四水上飞机改装的预警机静静的停在岸边,一个圆盘式的天线安装于飞机机背,乍看上去这和后世的预警机并无什么差别。以这架飞机为背景,波兰籍犹太人诺伯特·维纳担心李孔荣不懂新式雷达,因此一开始就解释其原理。他的多此一举让无线电研究所的孟昭英、任之恭等人偷笑——多普勒雷达正是应李孔荣计划书里提及的那些要求而开的,现在维纳却向李孔荣科普多普勒雷达的原理。
维纳以及一干华洋数学家不知道中国人笑什么,李孔荣却毫不在意的点头,仿佛他真就是一个技术门外汉,需要维纳来帮他科普雷达原理。
“与此类似,无线电探测器每隔一定时间间隔(一般是几十毫秒)射一定频率的电磁波对空搜索时,如果遇到活动目标,一般情况下这个目标会存在与雷达接近或者远离的运动,因此从活动目标反射回来的电磁波频率与射泼的频率会生变化,两者的差值成为多普勒频率,它与两倍的目标径向度成正比,与雷达波长成反比。也就是说,如果目标是接近雷达的,则多普勒频率为正,反之则为负……”
花费了大概十五分钟,维诺教授解释了新式雷达的原理,之后他开始描述当下所存在的问题。“就如我刚才所说的,多普勒频率是目标移动中对电磁波的反射差值。差值是前后电磁波频率的对比,所以,为了对比,我们必须存储前一次的……”
“就我所知,全世界并没有电磁波存储器。”说到了关键处,李孔荣终于忍不住插言。
“……”维纳本以为李孔荣只是个海军军官什么也不懂,被他这么一问忽然有些愣,他停了一秒钟才道:“是的,暂时没有电磁波存储器,但我们想到了一个办法,”维纳转头看了李郁荣一眼,后者微笑。“主要是采用延迟的办法——声波的传递度只有三百四十三米每秒,而光的传播度为三十万公里每秒,如果将脉冲反射电磁波转化成声波型号,延时就实现了。具体的做法是用一根镍丝为介质,一个回波就是一个雷达脉冲,根据脉冲幅度的强弱,电磁波信号转化为声波音频信号,而后根据间隔决定镍丝的长度,在既定的时间和第二次回波做对比。”
“很了不起的明。”李孔荣抚掌微笑。他懂得多普勒雷达原理(多次缴纳驾驶罚款所致),却不知在没有晶体管的时代是否能实现他的构想,没想到研究室的办法如此简单:只需一根镍丝。
“sir,如果无线电探测器是放置在地面,那么我想我们已经接近了绝大部分问题,可无线电探测器是装在几千米的飞机上。飞机本身是运动的,回波和探测器存在相对度,目标与杂波各自的两次回波相减之后都不再是零。这种情况我们必须进行补偿。
而飞机和机背上的无线电探测器天线是三百六十度旋转的,接收装置能收到不同距离、不同高度、多个目标的反射波,所以必须增加频道,也就是增加多普勒滤波器的数量。在地面也许是需一个滤波器,一根主延时线、两根预备延时线,在飞机上则必须使用滤波器组,很可能需要高达一千根的主副延时线,如果不这样处理,探测器能接收的频率会很狭小,操作员也没有办法判断目标的方向和率。延时线并不是一个问题,但处理这些延时线上的回波信号是一个大问题。”
说道这里维纳深深吸了口气,他再道:“这已经不是我能解决的了,这个问题我想最好还是由约翰·冯·诺伊曼教授来解答比较好。”
不少洋教授洋数学家加入了计算机研究室,而无线电研究室和计算机研究室是一起负责机载无线电项目的。在李孔荣的任务书中,预警雷达不是单纯的脉冲反射雷达,而是能探测出目标度和方向的多普勒雷达——这对预警机极为重要,预警机因为不断出脉冲雷达波,它的位置在敌方的无线电测向仪中是完全暴露的,如果对方派出飞机攻击,以预警机一两百公里的探测距离,也就是十多分钟的事情。
如果不能预知敌机的方向和度,预警机一旦探测到飞机都要选择关机,因为这很可能是敌机循着脉冲波前来攻击。或者,预警机空中巡逻时派出数架战斗机护航。在交战海域,预警机升空警戒的时间肯定过十二个小时,十二个小时都要派出战斗机护航绝对会削减航母对敌打击力量,更会消耗舰队为数不多的航空燃油,所以李孔荣要求预警机雷达务必能判明敌机度和方向。
要求是简单的,但在这个时代却是很难实现的。孟昭英、任之恭两位无法完成这一任务,只能找计算机研究室的帮忙,西南联大的机电系教授都或多或少的参与了进来,于是李郁荣找来了维纳,维纳又找来了诺伊曼,诺伊曼又找来一干教授和数学家……
“sir,我想这是一个信号处理问题,要想解决这个问题,我想只能把研究室的计算机搬上那架飞机。”诺伊曼似乎有点秃我们的飞机还没有造好,刚好航空公司飞机闲置,请示过林司长后,就先租用了。”
“我知道这些事。”机舱内还保留着客人的座椅甚至是床位,各处的装饰也颇为奢华,走廊上还挂着一些油画。李孔荣好奇道:“你们在飞机上装了一个天线航空公司也不反对?”
“开始是反对的,后来波音的工程师保证拆除后恢复原样,航空公司就没意见了。主要是航空公司一下子定购了十二架飞机,乘客虽说有增加,但飞机依旧存在闲置。”任之恭解释道。
他走在孟昭英前面,此时走廊似乎已经到头,一个二十多平米的房间(从墙上的布置看,这显然是个餐厅)里摆满了仪器。他走到两台半人高的储物柜式的仪器跟前道,“这就是无线电探测器了。这是射装置,”说罢又指着更小、带圆形显示器那台道:“这是接受装置。”
一屋子仪器只有两台是雷达的,其他都是测试设备,李孔荣看了看接收装置的显示器,显然,和潜艇声呐上那种只显示两点的显示器不同,这是新式的平面显示器。“已经开机了?”李孔荣这时才现雷达是开着的。
“是开着的。”孟昭英道,他指着显示屏西北的位置道:“这里不是海上,但也能看到苏黎世机场起降的飞机。”
“能看到苏黎世的飞机?”李孔荣来了兴趣,只是他什么都没看到。
“……”显示器上一片平静,孟昭英有些尴尬,他赶忙看了看表,最后松一口气道:“现在太早还没有飞机,最早一班是在八点一刻左右,还有些时候天气不好也没有。”
“没关系。”李孔荣不以为意。他看到雷达是平面显示而非潜艇上那样单线显示就满意了。“你就先介绍介绍这部探测器吧。。”
“这个,”孟昭英微微沉吟。这部试验用的雷达虽然简陋,可其中包含的任何东西都可以说上三天三夜,他最终还是略去太多的技术内容,只道:“按照设计,对海面搜索时,它能探测到一百五十公里内、飞行在一百五十米以上的飞机;对海面则能探测到三百公里以内的大型船只。这个和海况有关,如果海况不好、杂波增多,探测距离就要缩小。”