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高频雷达(高频雷达物位计)

2023-06-14 10:32:12 保险知识 阅读 0

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随着科技革命浪潮的兴起,现在的“战争”有了更为广泛的含义。它的内涵已经不仅仅是武器和枪炮的较量,还包含着信息战这种不见硝烟的角逐。

为了掌握更多的信息,无线电事业的发展便显得尤为重要,各国都在此方面投入颇多,希望取得重大突破。

因此,超级天线的消息一经问世便在国际上引起轩然大波。那么,这到底意味着什么呢?

中国在大别山建造超级天线,长宽达100公里,主要是用来干嘛的?


我国的无线电发展历程

如果一定要为无线通讯找一个起点,或许最早可以追溯到中国的烽火台。只不过这样传递的信息是非常有限的,无线通讯的真正起点恐怕还是要追溯到1865年麦克斯韦对电磁场的预言。

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在这之后,无线电学在欧洲的发展可谓一日千里。1867年,贝尔发明电话;1887年,赫兹验证了电磁波的存在;1897年,马可尼成功进行了无线电信号传送;1904年,弗莱明发明了两极真空管,标志着无线电电子学时代的到来。

无线电学在多方面的广泛运用,让即便是当时闭关锁国的清廷也知晓了无线电的存在,这个时候,国内才开始有了关于无线电的相关报道。

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1897年,《时务报》对马可尼的实验状况进行了报道,这也是“无线电”这一概念第一次在中国提出。之后,清政府购入无线电报机用于远程军事指挥。

在这之后,无线电台开始在其他方面得到应用,逐渐出现了无线电报局、广播电台等,极大地丰富和便利了当时人民的生活。

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新中国成立后,无线电的使用方向又逐渐扩展到日常生活。由于战争,国内的无线电厂几乎消失殆尽。

1952年,中央决定在南京开辟一条全国化收音机生产线,1953年,我国第一台半导体收音机研制成功。在这之后,无线电又被运用到广播方面,电视台随之成立。

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70年代,我国的无线电技术几乎停止了发展,直到80年代我国的半导体技术才有所进步,逐渐缩小了与国外的差距。到2011年底,全国已有无线电站266万余台,卫星地球站七千多个。

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21世纪以来,中国无线电产业发展迅速,取得了一系列关键技术突破,如5G通信技术、超高频雷达技术等。从2G到5G,无线电逐渐实现了从通话,到视频,再到数据传输、导航等多方面的迅速发展,发展速度让世界都为之惊叹,而其中最具有代表性的就是中国在大别山建造的超级天线。

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超级天线的工作原理

根据《南华早报》的报道,中国在大别山所修建的超级天线,长宽可达一百多公里,占地面积非常广,可以抵得上几十座城市。为了修建这座超级天线,我国投入了大量的人力、物力、财力进行研究和搭建,最终建成了这一套极低频(ELF)的无线电波发射系统,主要应用于核潜艇与地面信息交互,兼具资源探测及灾难预警等功能。

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(一)长波与短波

无线电波如果进行细致分类的话,可以按照频率和波长分出十几种不同的波段,我们可以大致将其分为三大类,即长波、中波和短波,而超级天线所用的极低频波段就是一种短波。

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无线电波是通过振荡电路产生的电磁波。波长指的是电磁波波在一个振动周期中所传播的距离。

由此可知,在电磁波波速一定的情况下(一般规定其波速为每秒3亿米,接近光速),它振动的频率越高,那么它在一个振动周期中所能传播的距离就越短,即波长越短。

相反,如果电磁波振动的频率低,那么波长也就会变长。在极低频波段,电磁振荡频率一般在3Hz到30Hz的范围内,波长在1万千米到10万千米之间。

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由上可知,高频运动的短波中带有巨大的能量,能承载的信息量也更多一些,所以通信效率也就更高。

相较之下,低频长波虽然传播距离较远,但是承载信息量少,效率低。那么为什么我们会选择建造一个低频波段的发射系统呢?这就不得不提到介质的问题。

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潜艇通信与普通通信最本质的地方在传播介质不同。电波在不同介质中传播是不同的,如果将空气看作一种中立的传播介质,那么海水就是电波传递的良导体。也就是说,当电波进入海水后,它会更快地向四面八方散开,因此损耗增加,衰减得很快。

无线电波在空气中传播速度约为每秒3亿米,它在水中的传播速度却只有在空气中的3/4,大约为每秒2.25亿米。

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此外,高频电波在激烈的运动中会产生一种“趋肤效应”,也就是说,电波会集中在导体表面,会产生大量能量损失,造成电波衰落,当电波向导体内部渗入时,能量不足,传播距离就会缩小。而低频电波则会保持一种较为稳定的运动状态,不受趋肤效应的影响。

因此,海上通信一般会选择低频电波。极低频长波可以穿透的水深约为100~200米。另外,由于其频带宽度较低,所以传输的主要是文本信息。

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尽管长波携带的信息有限的,传播效率低,但是其好处也非常明显:由于其频率较低,电磁波活动相对短波和缓,因此受到的其他因素影响也就更小。

昼夜更替、四季变化都会使空气中的电离子含量发生变化,进而使无线电波发生折射和衰减,波长越短,受到的影响也就越明显。因此在一些重要信息的传递方面,采用低频的长波传递是更为稳妥的方式。

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(二)信号的接收与传递

核潜艇是一个国家的重要武装力量,具有很强的隐蔽性和机动性。目前的潜艇探测仪,红外探测仪可探测水下50米的范围,磁力探测仪探测范围约在水下300米。

潜艇能潜得越深就越不易被探测到,保持对潜艇的通信和控制的难度也就越大。因此极低频技术的发展就显得尤为重要,在任何环境中,它都能以一种相对稳定的方式传递信号,对于国家安全有重要意义。

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早在上世纪60年代,美国就在低频信号的传播方面进行了大量投入。美国原计划设计一座占地13750平方公里的发射机,全方向辐射全球海域,计划投入10亿美元以上,之后由于反对者提出这一工程的建立可能对环境和人体造成不利影响,以及国内外政治局势的问题,美国政府不得以对原有规划进行调整。

经历二十余年后,美国造出了可发射76Hz低频信号的天线塔, 直到2004年,它才退出历史舞台。

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一般来讲,极低频波段的电波是闪电等自然现象才能产生,要通过人工建造如此低频的发射站是非常困难的。通常情况下,如果天线塔要传递信息,那么它的高度必须要接近其所发信号的波长,只有这样才能发射承载信息的有效电波。

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极低频电波波长在在1万千米到10万千米之间,要做该频段的发射塔,对塔的高度是有一定要求的。

另外,随着塔高度的增加,塔的稳定性也就越难保持。因此必然要在地基建设方面投入更多,而高处的材料也必然要选择寿命长、延展性好的新型材料。

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此外,还需要解决的重要问题就是如何从庞杂的电波信号中捕捉到真正有意义的电波信号。极低频本来就是自然界的波段,如何将那道不一样的电波区分并提取出来,也是需要解决的问题。

如今,我国大别山区极低频超级天线的建立,可以说是无线电通讯技术上的一个重要突破。这是无数专业人才扎根大别山区十几年辛苦研究的成果。

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尽管这样的机密有一套自己的加密系统,但如此庞大的设备,如果只应用于水下加密通讯这一个方面未免有点大材小用。

除了军事部署,我国建造的这座超级天线还在地震预警和资源勘探等方面发挥着作用,真正实现了物尽其用。

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当地震发生时,地理构造发生变化,电波活动会更加剧烈,超级天线正是通过捕捉这些波的运动来实现地震预警的。

地震波可以分为纵波和横波,纵波(P波)破坏性小,且最先到达震中,传播速度为每秒5.5~7千米。横波(S波)破坏性较强,传播速度为每秒3.2~4.0千米。

除了震源中心难以实现地震预警,离地震中心越远的地方,能提前预警的时间也就越多,可以有效减少人民的生命和财产损失。

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在资源勘探方面,也是通过各种资源对电磁波能量的吸收的不同来判断此地的矿产状况。比如,电磁波穿过煤层,会形成透视异常的现象,即发出的电磁波无法被目的地接收,或者接收到的信号远低于预期信号强度。如果多次试验后都是这种情况,那么就可以大概判断该地有煤炭资源的存在。

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电磁波在传播路径中所遇到的不同物体,对电磁波的折射率是不同的,比如中生代沉积岩在1%~2%,比较稳定,变化范围小,超基性岩石在2%~4%之间等等。通过各种数值差异可以大致判断某种资源的存在。

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总的来说,在我国建造的这座超级天线,用途广泛,覆盖范围大,信息处理能力强,这标志着人类在无线电波技术领域的一大进步,全球信息共享指日可待。

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