雷达是如何工作的?

你在飞机上，在高空巡航。所有系统正常。但在云层之上，一切看起来都差不多。我们怎么知道我们在哪里，我们要去哪里，我们面前有什么?更重要的是，我们如何避免碰撞?答案是雷达，它使用探测远处物体的存在、方向、距离和速度的无线电波。剑桥大学计算机实验室的拉姆齐·法拉格(Ramsey Faragher)在接受克里斯·史密斯(Chris Smith)的采访时，用他自己的雷达来演示这个巧妙的系统是如何工作的……

拉姆齐——雷达系统会产生一种非常精心制作的电磁辐射脉冲，这种脉冲非常强大，但时间很短，它会把这种脉冲ping出来，然后静静地坐在那里，等着听到ping被物体反射回来。这行得通的唯一原因是光的速度，虽然非常非常快，但谢天谢地不是无限的。所以，你可以计算出回声返回给你需要多长时间，然后很容易地计算出物体的距离。但是雷达有一个很大的挑战。他们将这种辐射喷洒到外面的世界，它会被树木，建筑物，风力涡轮机，任何旧物体反射回来，希望是奇怪的飞机，如果这是它应该探测的。但是雷达必须处理所有这些反射回来的反射，然后选择它感兴趣的。因此，雷达可以做一些事情来确保它只是在跟踪飞机。我们可以在演播室里演示其中一种方法——一种追踪你感兴趣的东西的方法。所以，我随身带着一个小雷达，大约和手机一样大。它有两个拇指大小的小天线。 One of those antennas does the transmitting and the other one does the receiving. It's going to spray radiation out into the studio and it'll bounce around all over the place. But we've done something very clever so that it only tracks Phil, your producer, and we'll demonstrate that in a moment.

克里斯-我有点担心它会追踪到他的胯部。暴露在雷达能量下会对人造成伤害吗?

拉姆齐-在这种能量水平下不行，没关系。

克里斯-他可能会有一种温暖的感觉。好，所以你要让他从一个位置开始，然后移动。我们会在收音机里听到什么?

拉姆齐:我把这台笔记本电脑安装好了，这样当雷达脉冲发出时，笔记本电脑就会发出哔哔声……

【哔】

克里斯-所以，这是脉冲被发送到房间的各个方向。

拉姆齐-是的。所以，一旦我们听到这个，我们可以想象我们需要听一个脉冲返回。如果我们计算一下需要多长时间，我们就能算出物体离我们有多远。所以很容易听到当返回的脉冲回来时，它听起来有点不同。所以，这是笔记本电脑再次接收到脉冲时发出的声音……

(boop) []

所以，它的音调稍微低一些。所以，如果我启动系统，你会听到“哔”声，然后是“噗”声，高音调和低音调，你会听到它们很近，因为菲尔开始时离雷达很近。

克里斯-他离你的雷达只有一英尺远，对吧?

拉姆齐-是的。

克里斯-那就开始吧。如果菲利普可以往回走，远离雷达源……

拉姆齐-所以现在，两人之间有一个明显的差距，如果菲尔赶紧回来，这个差距将再次变得非常小。

Chris -所以，它利用反射回来的时间，它知道光的传播速度，因此，它可以计算出光到达菲利普和返回接收器所花的时间，因此，它可以计算出距离。但我发现的一个问题是，它不知道他是在房间的水平方向上，还是在雷达设备的上方，但垂直向上。所以，它实际上并不知道他相对于它的角度是什么，对吧?

拉姆齐-没错。所以，雷达非常非常擅长测量速度。测量距离还行，但测量角度就不太好了。所以，是的，我在那里做的测量并不能告诉我菲利普对雷达的角度。

Chris -这就是为什么空中交通有走廊，他们知道他们把飞机放在特定的高度区域，然后他们知道从那里回来的脉冲必须对应从那个角度回来的脉冲，那个走廊?

拉姆齐:是的。因此，用于交通控制的雷达通常在水平面上旋转，所以如果你愿意，它会沿着罗盘方位喷射出辐射。这就是它如何确定你的航向，但是你所在的高度，对雷达来说很难区分。为了解决这个问题，他们在飞机上安装了一个应答器，它是一个无线电接收器，一旦听到被无线电击中，它就会发出信息，雷达脉冲，那些应答器，它们会广播飞机的身份和高度，有时还会广播其他信息。

当他们看到雷达脉冲进来时，他们会开火吗?所以，它在听脉搏到达，然后说，“啊哈!有人在呼叫我的飞机”，然后它会发回一个信号，“我在这里!”它宣布自己。

拉姆齐:对，没错。所以，一旦雷达脉冲回来，它就会带着这些额外的无线电信息回来，这些信息是以不同于飞机的频率传输的，其中包含身份、高度和其他一些信息。

克里斯:除了使用雷达，我们还有什么方法可以追踪飞机吗?因为最近发生了很多引人注目的飞机失踪事件，要么是无法定位，要么是在被发现之前延误了很长时间。然后每个人都去寻找黑匣子，我们稍后会发现。有没有更好的方法来监视飞机在天空中的位置呢?

拉姆齐:所以，目前有一个很大的推动力来取代我们所说的初级雷达系统，它实际上是从机场喷射电磁辐射。用辅助系统取代那些主要系统其中一个辅助系统就是在飞机上使用GPS。因此，飞机只是记录下GPS信息，然后通过无线电频道广播。这项技术被称为ADSB。它正在大型飞机上推广，甚至像滑翔机这样的小型飞机现在也将携带ADSB传输。因此，这大大降低了跟踪飞机的成本。这意味着，如果一个系统出现故障，它只会出现在那架飞机上，那架飞机就需要更换系统，当然，如果希思罗机场的初级雷达出现故障，那么它将严重影响数百架飞机。所以，这是降低成本和分散问题风险的好方法。