论文部分内容阅读
文章编码0919
二战初期的不列颠战役中，德国空军为了避开英国空军战斗机的凶猛拦截，多次采用夜间轰炸。德国空军之所以敢实施夜间轰炸，很重要的原因就是他们拥有了隐蔽杀手——无线电波束导航系统，它能指引轰炸机群飞到目标上空。可以说在不列颠战役中。英德之间围绕无线电波束导航系统展开的激烈对抗是比空战还要精彩的篇章。
“洛伦茨”系统——波束导航始祖
1930年，德国洛伦茨(Lorenz)公司研制成功第一种盲降系统，用来帮助飞机在夜间或能见度很差的情况下准确进入机场着陆航线。该公司生产的盲降系统也被叫做“洛伦茨”系统。具体实现方法是：用两部天线辐射两束无线电报信号(载波波长10米/30兆赫，调制频率为人耳能够听见的1150赫)，一束信号为莫尔斯码的“点”，另一束信号为莫尔斯码的“划”，且这两个信号在时间上互补(即“点”信号恰好在两个“划”信号的空隙时间发出)。在两波束重叠区域，飞机上电报接收机发出的声音就是连续的长音(“点”和“划”连接在一起且强度相同)。若向一侧偏移，有一路信号就会减弱直至消失，只剩下“点”音或“划”音，飞行员由此判断偏移方向，经过很短时间的简单调整，就可以控制飞机保持在等强信号区。这种“等强信号”定向法由德国的席勒于1907年提出，由“洛伦茨”系统使之成名，以致后来包含等强信号的波束也被叫做“洛伦茨”波束、之所以使用等强信号定向法，是因为在直接产生窄波束比较困难的情况下，该方法可以使用两个较宽的波束实现一个较窄的等强信号区。
“洛伦茨”系统设计的巧妙之处在于，它只使用一个发射机产生一路连续音调制信号，经过一个机械凸轮切换开关，将连续音信号分割成“点”和“划”信号，分别送往两部天线，形成“点”音波束和“划”音波束——分割信号和切换天线同时完成。
1934年，德国汉莎航空公司开始用“洛伦茨”系统，此后许多国家也购买了该系统，其中包括英国。德国空军大多数轰炸机都安装了“洛伦茨”接收机。
“涅克宾”——放大版“洛伦茨”
1933年，德国科学家开始研究利用“洛伦茨”系统引导飞机实施夜间精确轰炸。直接使用“洛伦茨”系统显然不行，因为它是为近程引导飞机进场设计的，即使不考虑功率因素，当波束延长到100千米时，其等强区的误差已达8千米，用这种精度去寻找敌人后方的城镇、工厂显然不可行。
要适合轰炸引导，必须满足两个条件：一是波束要足够窄，以使轰炸目标上空的等强区满足轰炸精度要求；二是系统引导距离要满足敌后轰炸要求。当时可以投入使用的电磁波主要为短波波段，把这种电磁波聚焦成很窄的波束，就只能使用增大天线孔径的笨方法了。提高引导距离的手段有两种：一是提高发射功率：二是提高接收机灵敏度，检测出更微弱的信号。德律风根公司开发的“涅克宾”(Knickebein，意为“斗鸡眼”，有的译为“弯腿”)系统就按这个思路在“洛伦茨”系统上放大改进的。
“涅克宾”系统的原理很简单。它使用相距很远的两个基站，各自对准目标方向发射非常窄的“洛伦茨”波束，两组波束在目标上空相交。飞机先沿着第一组波束的等强区飞行，领航员通过收听接收机发出的声音保持航向“驾束”飞行，当收听到第二组波束等强区的连续音时，就表示飞机已经到达目标上空。显然两个基站的发射频率不会相同，但频差电不会很大，都得在接收机的频带内。基站发射功率和接收机灵敏度都得到了大幅提高(这恰恰是露出狐狸尾巴的地方)。其载波频率、信号调制方式都与“洛伦茨”相同，无疑，它是“洛伦茨”系统的放大版。
1937年，“涅克宾”系统完成了试验，德国官方将其命名为“X－方向信标”，“涅克宾”则是它的昵称，因为波束指向形式很像斗鸡眼。第一批2个“涅克宾”基站分别部署在靠近荷兰边境的克雷弗镇，靠近丹麦边境的斯托尔贝格。两基站的天线都非常巨大，有30.5米(100英尺)高、91.5米(300英尺)宽，巨大的框架上布满振子天线。通过改变各振子天线的馈电相位，使一部天线就可以分时辐射出两个略有重叠的波束(有点相控阵的意思)，其等强信号区宽度仅有0.33°。由于天线过于巨大，要想调整波束指向，只能采用让天线“坐”滑车沿着环形轨道移动的方法，法国沦陷后，德军在距离英国较近的瑟堡半岛上又部署了一个“涅克宾”基站，使用了改进的相对较小的发射天线。因为距离英国较近，在引导轰炸英国南部地区时，其波束等强区宽度远小于1千米。当飞机在6000米高时，“涅克宾”的最大导航距离达到430千米，用来轰炸英国本土是足够了。
如果飞机在“驾束”飞行时偏离波束就会迷航，所以“涅克宾”只能算一种专用导航系统，不具有通用导航能力。但从专用轰炸引导的角度看，“涅克宾”却是一种精度很好的系统，在最大引导距离上的误差也只有几百米。事实上，“涅克宾”最大的优点是设备简单而且隐蔽性好。听音法辨别偏航十分简单，空勤人员只需熟悉一下就能使用。其工作频率与“洛伦茨”系统相同，因而普通飞机不需另外安装设备，只用原“洛伦茨”接收机就能接收信号。
揭开神秘面纱
由于英国在雷达上的进步，所以英国的科技情报部门一直在积极寻找德军雷达的所有线索。其中，最重要的参与人物就是英国空军部科技情报部的电子专家琼斯博士(Reginald Victor Jones)。他是牛津贝列尔学院毕业的物理学博士，其导师彻韦尔勋爵是丘吉尔的科学顾问。琼斯本来在英国空军部科技情报部任职，但是因为整个皇家空军只有他是专业研究电子技术情报的，所以很快他就晋升为“科技情报专员”。琼斯从散碎的情报中逐渐揭开了“涅克宾”的神秘面纱。
1939年10月，德国空军一架He—111轰炸机迫降在苏格兰，机上装有“洛伦茨”接收机。德军飞机上装有这种设备是很普遍的事，但细心的琼斯博士发现这架飞机的“洛伦茨”接收机居然有5只五极管放大器，可见其灵敏度远远高于普通“洛伦茨”接收机。高灵敏度接收机可以接收更微弱、更遥远的信号。很明显，它远远超过了进场着陆的需要，很可能是用于远距离导航。
1939年11月，琼斯收到了一份被称作“奥斯陆报告”的重要情报，其中模糊的描述了一种类似雷达或无线电导航系统的东西。当时英德之间的战争还未爆发，也没有更多提示信息，但还是引起了琼斯的注意。
1940年3月，琼斯又从德军飞行员战俘那里得知，德军有两种无线电导航系统，其中一种叫做“X－仪”(x－Geraet)。从坠毁的德军轰炸机上发现的碎纸片，也验证了这些说法。但是在“奥斯陆报告”中却没有任何相关信息。琼斯分析，德军那边 一定存在这种无线电导航系统。
1940年6月5日，英国空军无线电侦听站截获了一份德军使用“恩尼格玛”(Enigma)密码机加密的电报，很快，这份德国空军总部发出的电报就被破译出来了。电报提及了三个内容：一是德语词“涅克宾”：二是克雷弗镇：三是一种罗盘方位设备。这三个内容肯定都是围绕一个东西说的，很可能就是“涅克宾”。这份电报对揭开德军无线电导航系统的秘密有重要意义。琼斯愈加确信德军拥有可以在夜间或恶劣天气下指引轰炸的无线电导航系统。
综合各种情报，琼斯推断，He－111轰炸机上安装的高灵敏度“洛伦茨”接收机可能就是“涅克宾”接收机。当然，事后证明他的推断完全正确。
1940年6月21日，琼斯突然接到通知，要他参加首相官邸的内阁会议。这是由其导师彻韦尔勋爵的美意促成的。英国人对德军的无线电导航系统非常恐惧。这意味着德国空军可以在夜间准确轰炸英国，而此时英军尽管已经有了一定数量的夜间战斗机，但整体夜间防空能力还相当薄弱。
琼斯到会之前，会议还在争论德军无线电导航系统是否真的存在。琼斯在会上介绍了他掌握的情报和分析结果，即德军已经拥有无线电导航系统。他又进一步指出，这种无线电导航系统是可以被干扰破坏的。丘吉尔很喜欢琼斯的干扰想法，授权他做进一步调查。
琼斯首先要找到能证实德军无线电导航系统确实存在的有力证据。他把无线电爱好者常用的美国哈利航空器公司的S－27宽带无线电接收机安装在3架“安森”飞机上，把接收机调谐到“涅克宾”可能工作的频率上(30兆赫，即琼斯发现的高灵敏度“洛伦茨”接收机的工作频率)。这3架飞机在英国东海岸频繁起落，努力搜寻着导航信号的踪迹。前两天没有截获任何有用信号，一度让琼斯非常焦虑；第3天，终于有一架“安森”飞机截获了类似“洛伦茨”的信号，耳机里传来了清晰的“嗒－嗒”声，飞机沿着信号波束飞行，不久就截获了另一组信号，此时飞机已到达两波束交汇位置，此地正是英国中部的德比市。无线电测向后发现，这两组信号分别来自靠近丹麦边境的德国斯托尔贝格，和靠近荷兰边境的德国克雷弗。
证据到手了，“涅克宾”系统的工作频率、基站位置也清楚了。琼斯马上与TRE(电信研究所，英国雷达研究的主要部门)的库克布恩博士合作研究对抗办法。他们首先把伦敦各大医院的医用电疗机充作“宽带噪声干扰机”借给皇家空军应急。这玩意能够产生频谱很宽的无线电噪声，能够用来压制局部的“涅克宾”信号(“涅克宾”信号经长距离传播后，已相当微弱，容易被压制)。当然噪声压制并不是最好的手段，因为这样容易打草惊蛇，让德国人很快就发现其导航系统已被干扰，转而很快启用更加可怕的新式导航手段。英国空军的应急手段还有：使用“洛伦茨”地面发射机，模拟发射一组“涅克宾”波束，诱使德军轰炸机提前投弹。
专用的欺骗式干扰机直到几周时间过后才由库克布恩小组研制出来，这是一种便携式干扰机，能够以较大功率模拟发射“涅克宾”波束中的“划”信号，其信号的载波波长、调制频率以及信号的重复频率，都与“涅克宾”完全相同。欺骗式干扰既能起到干扰作用，又不容易引起德军怀疑。由于“涅克宾”被英国人叫做“头痛”(headache)，这种专用干扰机从而被冠以“阿司匹林”(asplrin)的代号。
1940年10月，德国空军发动了对英国的夜间轰炸，也就启用了“涅克宾”系统。英军的反“涅克宾”部署也随后启用。通常都是在德军要发动夜间轰炸之前的傍晚，由“安森”飞机带着S－27接收机先行起飞搜索“涅克宾”信号，以测定当天“涅克宾”工作频率和波束指向，随后大批电疗机、“洛伦茨”地面发射机、“阿斯匹林”开始部署到“涅克宾”波束附近。电疗机开机后，附近的“涅克宾”信号就几乎完全被压制，德军飞行员耳机里全是“沙沙”的电流噪声，根本听不到“涅克宾”信号，也就失去了导航，“洛伦茨”地面发射机开机后，就在一组“涅克宾”波束前方形成另一组与其横向交叉的假“涅克宾”波束。德军飞行员收到假“涅克宾”信号后，以为已经达到两波束交叉点，就投弹返航。干扰效果最好的是“阿斯匹林”。因“阿斯匹林”欺骗信号功率较大，使德军飞机领航员耳机中的“划”音比较响亮，显得“点”音较弱。领航员就会引导飞机朝向一侧偏航，以寻找同样响亮的“点”音。这样德军飞机就会离真正的引导波束原来越远，甚至不断地在空中兜圈子寻找“点”音。因为是在陌生地域夜间飞行，以致经常迷航，甚至有的飞机因为飞行员完全搞不清方向而坠毁。
然而，随后德国又推出了一种更新更精确的无线电波束导航系统。
(未完待续)
编辑 王瑾
二战初期的不列颠战役中，德国空军为了避开英国空军战斗机的凶猛拦截，多次采用夜间轰炸。德国空军之所以敢实施夜间轰炸，很重要的原因就是他们拥有了隐蔽杀手——无线电波束导航系统，它能指引轰炸机群飞到目标上空。可以说在不列颠战役中。英德之间围绕无线电波束导航系统展开的激烈对抗是比空战还要精彩的篇章。
“洛伦茨”系统——波束导航始祖
1930年，德国洛伦茨(Lorenz)公司研制成功第一种盲降系统，用来帮助飞机在夜间或能见度很差的情况下准确进入机场着陆航线。该公司生产的盲降系统也被叫做“洛伦茨”系统。具体实现方法是：用两部天线辐射两束无线电报信号(载波波长10米/30兆赫，调制频率为人耳能够听见的1150赫)，一束信号为莫尔斯码的“点”，另一束信号为莫尔斯码的“划”，且这两个信号在时间上互补(即“点”信号恰好在两个“划”信号的空隙时间发出)。在两波束重叠区域，飞机上电报接收机发出的声音就是连续的长音(“点”和“划”连接在一起且强度相同)。若向一侧偏移，有一路信号就会减弱直至消失，只剩下“点”音或“划”音，飞行员由此判断偏移方向，经过很短时间的简单调整，就可以控制飞机保持在等强信号区。这种“等强信号”定向法由德国的席勒于1907年提出，由“洛伦茨”系统使之成名，以致后来包含等强信号的波束也被叫做“洛伦茨”波束、之所以使用等强信号定向法，是因为在直接产生窄波束比较困难的情况下，该方法可以使用两个较宽的波束实现一个较窄的等强信号区。
“洛伦茨”系统设计的巧妙之处在于，它只使用一个发射机产生一路连续音调制信号，经过一个机械凸轮切换开关，将连续音信号分割成“点”和“划”信号，分别送往两部天线，形成“点”音波束和“划”音波束——分割信号和切换天线同时完成。
1934年，德国汉莎航空公司开始用“洛伦茨”系统，此后许多国家也购买了该系统，其中包括英国。德国空军大多数轰炸机都安装了“洛伦茨”接收机。
“涅克宾”——放大版“洛伦茨”
1933年，德国科学家开始研究利用“洛伦茨”系统引导飞机实施夜间精确轰炸。直接使用“洛伦茨”系统显然不行，因为它是为近程引导飞机进场设计的，即使不考虑功率因素，当波束延长到100千米时，其等强区的误差已达8千米，用这种精度去寻找敌人后方的城镇、工厂显然不可行。
要适合轰炸引导，必须满足两个条件：一是波束要足够窄，以使轰炸目标上空的等强区满足轰炸精度要求；二是系统引导距离要满足敌后轰炸要求。当时可以投入使用的电磁波主要为短波波段，把这种电磁波聚焦成很窄的波束，就只能使用增大天线孔径的笨方法了。提高引导距离的手段有两种：一是提高发射功率：二是提高接收机灵敏度，检测出更微弱的信号。德律风根公司开发的“涅克宾”(Knickebein，意为“斗鸡眼”，有的译为“弯腿”)系统就按这个思路在“洛伦茨”系统上放大改进的。
“涅克宾”系统的原理很简单。它使用相距很远的两个基站，各自对准目标方向发射非常窄的“洛伦茨”波束，两组波束在目标上空相交。飞机先沿着第一组波束的等强区飞行，领航员通过收听接收机发出的声音保持航向“驾束”飞行，当收听到第二组波束等强区的连续音时，就表示飞机已经到达目标上空。显然两个基站的发射频率不会相同，但频差电不会很大，都得在接收机的频带内。基站发射功率和接收机灵敏度都得到了大幅提高(这恰恰是露出狐狸尾巴的地方)。其载波频率、信号调制方式都与“洛伦茨”相同，无疑，它是“洛伦茨”系统的放大版。
1937年，“涅克宾”系统完成了试验，德国官方将其命名为“X－方向信标”，“涅克宾”则是它的昵称，因为波束指向形式很像斗鸡眼。第一批2个“涅克宾”基站分别部署在靠近荷兰边境的克雷弗镇，靠近丹麦边境的斯托尔贝格。两基站的天线都非常巨大，有30.5米(100英尺)高、91.5米(300英尺)宽，巨大的框架上布满振子天线。通过改变各振子天线的馈电相位，使一部天线就可以分时辐射出两个略有重叠的波束(有点相控阵的意思)，其等强信号区宽度仅有0.33°。由于天线过于巨大，要想调整波束指向，只能采用让天线“坐”滑车沿着环形轨道移动的方法，法国沦陷后，德军在距离英国较近的瑟堡半岛上又部署了一个“涅克宾”基站，使用了改进的相对较小的发射天线。因为距离英国较近，在引导轰炸英国南部地区时，其波束等强区宽度远小于1千米。当飞机在6000米高时，“涅克宾”的最大导航距离达到430千米，用来轰炸英国本土是足够了。
如果飞机在“驾束”飞行时偏离波束就会迷航，所以“涅克宾”只能算一种专用导航系统，不具有通用导航能力。但从专用轰炸引导的角度看，“涅克宾”却是一种精度很好的系统，在最大引导距离上的误差也只有几百米。事实上，“涅克宾”最大的优点是设备简单而且隐蔽性好。听音法辨别偏航十分简单，空勤人员只需熟悉一下就能使用。其工作频率与“洛伦茨”系统相同，因而普通飞机不需另外安装设备，只用原“洛伦茨”接收机就能接收信号。
揭开神秘面纱
由于英国在雷达上的进步，所以英国的科技情报部门一直在积极寻找德军雷达的所有线索。其中，最重要的参与人物就是英国空军部科技情报部的电子专家琼斯博士(Reginald Victor Jones)。他是牛津贝列尔学院毕业的物理学博士，其导师彻韦尔勋爵是丘吉尔的科学顾问。琼斯本来在英国空军部科技情报部任职，但是因为整个皇家空军只有他是专业研究电子技术情报的，所以很快他就晋升为“科技情报专员”。琼斯从散碎的情报中逐渐揭开了“涅克宾”的神秘面纱。
1939年10月，德国空军一架He—111轰炸机迫降在苏格兰，机上装有“洛伦茨”接收机。德军飞机上装有这种设备是很普遍的事，但细心的琼斯博士发现这架飞机的“洛伦茨”接收机居然有5只五极管放大器，可见其灵敏度远远高于普通“洛伦茨”接收机。高灵敏度接收机可以接收更微弱、更遥远的信号。很明显，它远远超过了进场着陆的需要，很可能是用于远距离导航。
1939年11月，琼斯收到了一份被称作“奥斯陆报告”的重要情报，其中模糊的描述了一种类似雷达或无线电导航系统的东西。当时英德之间的战争还未爆发，也没有更多提示信息，但还是引起了琼斯的注意。
1940年3月，琼斯又从德军飞行员战俘那里得知，德军有两种无线电导航系统，其中一种叫做“X－仪”(x－Geraet)。从坠毁的德军轰炸机上发现的碎纸片，也验证了这些说法。但是在“奥斯陆报告”中却没有任何相关信息。琼斯分析，德军那边 一定存在这种无线电导航系统。
1940年6月5日，英国空军无线电侦听站截获了一份德军使用“恩尼格玛”(Enigma)密码机加密的电报，很快，这份德国空军总部发出的电报就被破译出来了。电报提及了三个内容：一是德语词“涅克宾”：二是克雷弗镇：三是一种罗盘方位设备。这三个内容肯定都是围绕一个东西说的，很可能就是“涅克宾”。这份电报对揭开德军无线电导航系统的秘密有重要意义。琼斯愈加确信德军拥有可以在夜间或恶劣天气下指引轰炸的无线电导航系统。
综合各种情报，琼斯推断，He－111轰炸机上安装的高灵敏度“洛伦茨”接收机可能就是“涅克宾”接收机。当然，事后证明他的推断完全正确。
1940年6月21日，琼斯突然接到通知，要他参加首相官邸的内阁会议。这是由其导师彻韦尔勋爵的美意促成的。英国人对德军的无线电导航系统非常恐惧。这意味着德国空军可以在夜间准确轰炸英国，而此时英军尽管已经有了一定数量的夜间战斗机，但整体夜间防空能力还相当薄弱。
琼斯到会之前，会议还在争论德军无线电导航系统是否真的存在。琼斯在会上介绍了他掌握的情报和分析结果，即德军已经拥有无线电导航系统。他又进一步指出，这种无线电导航系统是可以被干扰破坏的。丘吉尔很喜欢琼斯的干扰想法，授权他做进一步调查。
琼斯首先要找到能证实德军无线电导航系统确实存在的有力证据。他把无线电爱好者常用的美国哈利航空器公司的S－27宽带无线电接收机安装在3架“安森”飞机上，把接收机调谐到“涅克宾”可能工作的频率上(30兆赫，即琼斯发现的高灵敏度“洛伦茨”接收机的工作频率)。这3架飞机在英国东海岸频繁起落，努力搜寻着导航信号的踪迹。前两天没有截获任何有用信号，一度让琼斯非常焦虑；第3天，终于有一架“安森”飞机截获了类似“洛伦茨”的信号，耳机里传来了清晰的“嗒－嗒”声，飞机沿着信号波束飞行，不久就截获了另一组信号，此时飞机已到达两波束交汇位置，此地正是英国中部的德比市。无线电测向后发现，这两组信号分别来自靠近丹麦边境的德国斯托尔贝格，和靠近荷兰边境的德国克雷弗。
证据到手了，“涅克宾”系统的工作频率、基站位置也清楚了。琼斯马上与TRE(电信研究所，英国雷达研究的主要部门)的库克布恩博士合作研究对抗办法。他们首先把伦敦各大医院的医用电疗机充作“宽带噪声干扰机”借给皇家空军应急。这玩意能够产生频谱很宽的无线电噪声，能够用来压制局部的“涅克宾”信号(“涅克宾”信号经长距离传播后，已相当微弱，容易被压制)。当然噪声压制并不是最好的手段，因为这样容易打草惊蛇，让德国人很快就发现其导航系统已被干扰，转而很快启用更加可怕的新式导航手段。英国空军的应急手段还有：使用“洛伦茨”地面发射机，模拟发射一组“涅克宾”波束，诱使德军轰炸机提前投弹。
专用的欺骗式干扰机直到几周时间过后才由库克布恩小组研制出来，这是一种便携式干扰机，能够以较大功率模拟发射“涅克宾”波束中的“划”信号，其信号的载波波长、调制频率以及信号的重复频率，都与“涅克宾”完全相同。欺骗式干扰既能起到干扰作用，又不容易引起德军怀疑。由于“涅克宾”被英国人叫做“头痛”(headache)，这种专用干扰机从而被冠以“阿司匹林”(asplrin)的代号。
1940年10月，德国空军发动了对英国的夜间轰炸，也就启用了“涅克宾”系统。英军的反“涅克宾”部署也随后启用。通常都是在德军要发动夜间轰炸之前的傍晚，由“安森”飞机带着S－27接收机先行起飞搜索“涅克宾”信号，以测定当天“涅克宾”工作频率和波束指向，随后大批电疗机、“洛伦茨”地面发射机、“阿斯匹林”开始部署到“涅克宾”波束附近。电疗机开机后，附近的“涅克宾”信号就几乎完全被压制，德军飞行员耳机里全是“沙沙”的电流噪声，根本听不到“涅克宾”信号，也就失去了导航，“洛伦茨”地面发射机开机后，就在一组“涅克宾”波束前方形成另一组与其横向交叉的假“涅克宾”波束。德军飞行员收到假“涅克宾”信号后，以为已经达到两波束交叉点，就投弹返航。干扰效果最好的是“阿斯匹林”。因“阿斯匹林”欺骗信号功率较大，使德军飞机领航员耳机中的“划”音比较响亮，显得“点”音较弱。领航员就会引导飞机朝向一侧偏航，以寻找同样响亮的“点”音。这样德军飞机就会离真正的引导波束原来越远，甚至不断地在空中兜圈子寻找“点”音。因为是在陌生地域夜间飞行，以致经常迷航，甚至有的飞机因为飞行员完全搞不清方向而坠毁。
然而，随后德国又推出了一种更新更精确的无线电波束导航系统。
(未完待续)
编辑 王瑾