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作者:暂无
来源:《上海信息化》2015年第11期
文/沈建峰
人们一般用方位角和距离来表示地球上两个地点的相对位置。距离的概念众所周知,而所谓方位角,就是以观察点为圆心,以真北方向为0°,画出一条射线,顺时针方向旋转。射线经过被观察点时所转过的角度,称为被观察点的方位角。通过几何原理可以知道,已知两个地点到同一个未知地点的方位角,通过三角定位,可以确定未知地点的位置(三个点在同一条直线上除外)。无线电测向正是基于这一原理。
无线电测向的萌芽始于赫兹验证无线电波存在的实验。当时,赫兹发现了用作天线的开放金属环具有方向性:当它们成为一条直线时,信号最大,而当它们成90度角时,信号就消失了不过,赫兹实验的目的主要为了证实电磁波是否存在,因此并未对这一现象引起重视。
后来,在早期无线电通信中,人们发现从天线发出的电磁波传向四面八方,而向通信接收方向以外辐射的电磁波对通信没有任何作用,属于无用的辐射,白白浪费了大量功率。因此,为了节省电台功率,延长通信距离,人们致力于研究电磁波的定向发射和接收,其中最直观和关键的问题便是定向天线的研制。无线电波具有以光速从辐射源向外传播的特性,在远离发射源的某一观测点上可以观察或测量电磁波的来波方向,这就是无线电测向。无线电测向的出现,导致了无线电导航、探测等技术的兴起,使得无线电应用从单纯的通信,走向更为广阔的社会空间。
无线电测向实际上是对定向无线通信的反向应用,只是难度更大。当人们发现无线电波可以定向发射和接收时,马上就意识到这一原理可以用来导航,这源于二十世纪初非常迫切的航海需求。实际上,早期的无线电导航与无线电测向是不分的,测向的目的就是导航,但从根本上说,测向是导航的基础,导航只不过是测向的一个应用而已。后来,随着技术的发展,无线电测向与导航分离,成为独立的应用。
最早的无线电测向专利是由美国人J•斯通在1902年申请的。虽然专利的具体细节已经无从考证,但可以知道其主要原理依然是依靠机械转动天线来测定方位。他在1906年运用这一技术设计了船用测向仪,尽管测向非常精确,但仍需借助船只的转动来实现测向。这项实验本身虽然没有多大的实用价值,但其在无线电测向的历史上具有开创性的意义。
在斯通1902年申请测向专利的同时,意大利科学家阿尔托姆也发现了环形天线的“定向”作用。这种环形天线很快就被用于贝利尼一托西测向机。这种设备由两个交叉的金属环组成,可以比较精确地测定中波和长波无线电发射台的方向。1912年,世界上第一台无线电导航设备研制成功,限于当时设备的体积和重量,它只能装载在船上,因此只能用于航海。第一次世界大战中,新生的测向机发挥了神奇的作用,它被用来了解敌方指挥中心、部队的配置和调动等,成了宝贵的电子侦察仪器。当时军队中使用的无线电报设备还很少,确定敌方发射台位置以后,几乎就可以断定这个地区有大部队或高级指挥部的存在。著名的日德兰大海战中,英国人利用测向机侦察到了德国军舰的动向,从而提前在日德兰岛附近部署了军舰。
第二次世界大战中,德国首次研制成功可以装上飞机的小型测向仪,利用英国伦敦广播电台的广播进行导航,完成了对伦敦的大轰炸。之后英国也成功研制了Gee系统,发起“千年”行动,对德国科隆进行了报复性轰炸。战争中,交战双方竞相研制和改进机载测向设备,大大
推进了测向技术的发展。第二次世界大战末期,美国曾组织了一个大范围的无线电测向网监测搜索德国的潜艇,指引反潜飞机对其进行轰炸,沉重地打击了德国海军。
1941年8月,侵华日军对晋察冀边区进行残酷的大扫荡,日军调集七万多人企图合围边区机关和部队。9月1日,边区机关和学校八千多人被包围在阜平县以北,处境危急。总司令聂荣臻派侦察分队携带一部电台向东行走,并以军区呼号故意暴露目标,吸引了日军主力向东出击,而他本人则率领大部队连夜向西行进四十公里,隐蔽五天五夜,顺利脱离了险境。这是中国共产党领导的武装力量运用电子战手法的较早案例。
现代信息化战争中,预警飞机已经成为战场上的指挥中枢。对机载测向设备的研究和改进有力地推动了无线电测向技术的发展。海湾战争中,美军大量配备了个人小型电台,供跳伞的飞行员或脱离部队的单兵求救使用,这与他们拥有先进的定位技术与强大的救援能力是密不可分的。
常用的无线电测向仪结构简单,造价较低,工作可靠,对发射电台没有特殊的要求,到目前为止仍然是测定无线电发射台方向的有效设备。因此,无线电测向仪在目前仍得到普遍的重视,继续发挥着它无可替代的作用。
随着测向技术的发展,它在交通、天文、气象、环保、救灾等方面也获得了广泛的应用,主要表现在诸如飞机黑匣子的搜寻;给珍稀动物戴上无线电发射装置,通过测向仪跟踪其行踪以对其进行研究和保护;宇宙飞船返回舱坠地后不停地发射无线电信号,科研人员利用测向定位技术便能将返回舱找到。此外,在查找不明无线电发射源、消除干扰方面,无线电测向的作用无可替代。与此同时,查找未知的发射源也已经成为业余无线电爱好者的竞技项目,国际业务无线电协会每年都要组织多项相关比赛。
无线电测向运动
无线电测向运动是一向竞技体育项目,它类似于捉迷藏游戏,寻找能发射无线电波的小型信号源(即发射机)。大致过程是:在旷野、丛林或近郊、公园等自然环境中,事先隐藏数部信号源,定时发出规定的电报信号。参加者手持无线电测向机,测出隐蔽电台的所在方向,采用徒步方式,奔跑一定距离,迅速、准确地逐个寻找出这些信号源。在规定时间内,找满指定台数、使用时间少者为优胜。通常,把实现巧妙隐藏起来的信号源比喻成狡猾的狐狸,故此项运动又称无线电“猎狐”或“抓狐狸”。