林肯實驗室（Lincoln Laboratory），位于美國馬薩諸塞州的列克星敦（Lexington），麻省理工學(xué)院于1951年創(chuàng)建了該實驗室，其前身是研制出雷達(dá)的“麻省理工輻射實驗室（MIT Radiation Lab）”。林肯實驗室隸屬于美國國防部，由麻省理工學(xué)院負(fù)責(zé)運行管理。

林肯實驗室是美國聯(lián)邦政府投資的研究中心，其基本使命是把高科技應(yīng)用到國家安全的危急問題上。它很快在防空系統(tǒng)的高級電子學(xué)研究中贏得了聲譽，其研究范圍又迅速擴展到空間監(jiān)控、導(dǎo)彈防御、戰(zhàn)場監(jiān)控、空中交通管制等領(lǐng)域，是美國大學(xué)第一個大規(guī)模、跨學(xué)科、多功能的技術(shù)研究開發(fā)實驗室。

簡介

1957年該實驗室建成全固態(tài)、可編程數(shù)字計算機控制的雷達(dá)系統(tǒng)(Millstone Hill radar)，實現(xiàn)了對空間目標(biāo)的實時跟蹤，既能跟蹤蘇聯(lián)衛(wèi)星的活動，也能監(jiān)控卡那維拉爾角的火箭發(fā)射。后來，這發(fā)展成彈道導(dǎo)彈戰(zhàn)略防御系統(tǒng)，其中關(guān)鍵性的技術(shù)是數(shù)字信號處理和模式識別。在20世紀(jì)60年代初期，林肯實驗室開發(fā)了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，導(dǎo)致8顆實驗通信衛(wèi)星的發(fā)射。在20世紀(jì)70年代初期，實驗室開始研究民航交通管制，強調(diào)雷達(dá)監(jiān)控，進(jìn)行惡劣氣象的檢測，開發(fā)了航空器的自動化控制裝置。在20世紀(jì)80年代，實驗室為克服大氣紊流的影響，開發(fā)了大功率激光雷達(dá)系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代，為NASA等開發(fā)了傳感器。林肯實驗室則在開發(fā)陸地圖像處理設(shè)備。

為了支持龐大的創(chuàng)新研究，林肯實驗室一直保持了在基礎(chǔ)研究上的領(lǐng)先地位，例如表面物理、固態(tài)物理以及有關(guān)材料的優(yōu)勢。它完成了開發(fā)半導(dǎo)體激光器的早期研究，設(shè)計了紅外激光雷達(dá)，并開發(fā)了高精度衛(wèi)星定位與跟蹤系統(tǒng)。

林肯實驗室在計算機圖形學(xué)、數(shù)字信號處理理論以及設(shè)計與建造高速數(shù)字信號處理計算機等方面做出很大的貢獻(xiàn)。信號處理畢竟是實驗室許多項目的核心技術(shù)，包括高吞吐率的通用信號處理器。它在語音編碼與識別方面也有許多出色工作，為自動翻譯開拓了道路。

林肯實驗室現(xiàn)有雇員2432人，它在2003財政年度的經(jīng)費是5.226億美元，其中91.6%即4.787億美元來自美國國防部，這就不難理解MIT林肯實驗室事實上是美國軍事電子系統(tǒng)的大本營。

雷達(dá)反導(dǎo)

對林肯實驗室55年來的工作———主要是導(dǎo)彈防御，包括反彈道導(dǎo)彈和反巡航導(dǎo)彈方面的工作，進(jìn)行了系統(tǒng)和全面地了解。簡單介紹在1958年前實驗室在防空領(lǐng)域，特別是遠(yuǎn)程雷達(dá)和彈道導(dǎo)彈早期預(yù)警系統(tǒng)(BMEWS)中的工作，重點介紹1958年至今在彈道導(dǎo)彈防御(BMD)中，特別是在目標(biāo)識別領(lǐng)域中的杰出貢獻(xiàn)。而后對實驗室1977年重返防空，從事反巡航導(dǎo)彈方面的工作作了介紹，以圖表形式對實驗室的全面工作概貌作簡單介紹。最后論述了作者的幾點認(rèn)識。

引言

林肯實驗室(Lincoln Laboratory)是美國反導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的技術(shù)支撐單位，該實驗室研發(fā)的許多雷達(dá)在雷達(dá)發(fā)展史上具有里程碑意義。在56年的歷史中，實驗室走過了防空(1950年-1958年)、反彈道導(dǎo)彈(1958年-)和防空反巡航導(dǎo)彈(1977年-)等不同階段。沿著時間的軌跡以雷達(dá)研發(fā)為主線介紹實驗室的研發(fā)歷程。

防空系統(tǒng)

1.1實驗室的演變

林肯實驗室的前身是麻省理工學(xué)院的輻射實驗室，從1940年起便從事民用雷達(dá)的研制。1950年9月在實驗室主任瓦雷(Valley)的領(lǐng)導(dǎo)下，完成了漢斯客姆空軍基地一部雷達(dá)跟蹤一架飛機的模擬信號變換成數(shù)字信號，通過電話線傳輸?shù)絼蚵槭±砉W(xué)院的旋風(fēng)Ⅰ計算機上。顯然這是具有里程碑意義的重大事件，三個月后也即1950年底，美國空軍參謀長范登伯格(Vandenbergs)致信理工學(xué)院院長克里安(Killian)，建議實驗室致力于空中防御的研究。從此，實驗室改變成一個從事軍事空防研究的實驗室。實驗室的更名和誕生都從這個時候算起。

1.2鱈魚角計劃

林肯實驗室成立后的第一個防空研究項目是鱈魚角(Cape cod)計劃。在新英格蘭東南建立一個區(qū)域防空系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個集成監(jiān)視網(wǎng)，由3部L波段遠(yuǎn)程監(jiān)視雷達(dá)AN/FPS-3(雷達(dá)威力330km)、12部補盲雷達(dá)和4部測高雷達(dá)組成，通過電話線把數(shù)據(jù)傳輸給中心計算機(旋風(fēng))，建立跟蹤并形成響應(yīng)發(fā)送信息給自己的戰(zhàn)機，進(jìn)行攔截。這一系統(tǒng)于1953年完成，是后續(xù)著名的賽其(SAGE)系統(tǒng)的原型。從鱈魚角系統(tǒng)可以看到系統(tǒng)已用上數(shù)字計算機、用數(shù)字傳輸構(gòu)成一個網(wǎng)，今天來看也是先進(jìn)的系統(tǒng)。

雷達(dá)性能

射頻頻率/MHz 570-630

峰值功率/kW 150

平均功率/kW 3

脈寬/μs 40(檢測)

5(威脅分析)

脈沖壓縮

13位巴克碼/μs 39

壓縮后/μs 3

發(fā)射機末極 速調(diào)管(G=62dB)

脈沖重復(fù)頻率/Hz 500

接收機噪聲系數(shù)/dB ＜6.5

天線口徑 13.7m×7.

該雷達(dá)的特點是無人值守，采用了相位編碼脈沖壓縮，雜波對消和速度濾波器，晶體穩(wěn)定本振STALO和相參本振COHO，4腔速調(diào)管，于1955年完成飛行試驗。該雷達(dá)后來發(fā)展成AN/FPS-30雷達(dá)，連同AN/FPS-19等用作DEW。

35個DEW站排列在從阿拉斯加到格林蘭的圓弧上，幾度一個點，DEW站要求極高的可靠性和突防告警能力。這些站工作了25年直到1975年設(shè)備被拆除。

發(fā)展

2007 GDC(Game Developers Conference，游戲開發(fā)者大會)上，索尼娛樂提出了全新的游戲制作理念，即GAME3.0。該理念的核心在于將游戲內(nèi)容提供商的地位由世界的構(gòu)架者轉(zhuǎn)變?yōu)榱似脚_的提供者，相比傳統(tǒng)游戲的制作理念，Game3.0融入了更多的玩家創(chuàng)造元素，要玩家主導(dǎo)游戲世界的發(fā)展。與傳統(tǒng)的MMORPG截然不同的是，Game3.0中，游戲虛擬世界的發(fā)展完全由玩家所決定，且游戲虛擬世界的構(gòu)架依托于網(wǎng)絡(luò)，游戲世界中的大部分角色也都由真正的玩家扮演，任何玩家的任何行為都會對游戲世界中的其他玩家產(chǎn)生影響。

這一理念一經(jīng)提出，便被迅速應(yīng)用到了網(wǎng)游產(chǎn)品中。美國林肯實驗室開發(fā)的《第二人生》是目前運作最為成功的Game3.0作品，其營造的虛擬世界已接納了相當(dāng)數(shù)量的居民，并形成了其獨有的社會系統(tǒng)。呈現(xiàn)給玩家的是一個完全開放的平臺，社區(qū)化、自由化的游戲模式，讓每個身處于游戲的玩家都有了最真實的感受。其高度擬真的游戲世界，讓無數(shù)來自世界各地的人們相聚在一起，商業(yè)元素的應(yīng)用也促進(jìn)了游戲異業(yè)合作的蓬勃發(fā)展，英國BBC等好多國際知名公司在《第二人生》中都建有自己的虛擬社區(qū)。

最為著名的“虛擬世界”是林頓實驗室的“第二人生”，一個真實世界的翻版，這個鏡像世界包含數(shù)字辦公室、教堂和存有虛擬金錢的銀行。虛擬世界里的初級成員都是自由的，但是用戶要用真正的美元來支撐在線活動。

國防部正在購買“第二人生”里的四個“島嶼”，每個島嶼能容納60個用戶。三月份，國防部的信息資源管理學(xué)院要開放第一個島嶼，包括接待中心、會議中心和危機中（當(dāng)然有直播新聞）。下一步是被命名為“政府中心”的觀眾席，其他政府的用戶也可以利用。國防部還要應(yīng)用虛擬人生進(jìn)行連續(xù)作戰(zhàn)的實驗。

“如果華盛頓發(fā)生事情，我們想要在某個地方會面，那么可供我們的資源之一就是“第二人生”的小島，”羅賓遜說。

“第二人生”是用開放資源軟件建造的，它對任何人來講都是可以自由利用的。對需要虛擬環(huán)境的軍事用戶來講，必須要對“第二人生”加強安全性問題。針對政府用戶的安全而私有的世界是Forterra系統(tǒng)公司的OLIVE系統(tǒng)。它是不對稱戰(zhàn)爭虛擬訓(xùn)練技術(shù)的基礎(chǔ)，更加有名氣的AW-VTT系統(tǒng)，一個用于檢驗在伊拉克作戰(zhàn)行動中有效性的虛擬世界，它已經(jīng)被用來訓(xùn)練部隊了。Forterra系統(tǒng)公司也正在著手將OLIVE系統(tǒng)應(yīng)用于海軍、國家健康協(xié)會、陸軍醫(yī)療研究指揮和一些情報機構(gòu)。

虛擬世界的吸引力是什么？它具有像召開可視會議這樣明顯的功能?？梢匀〈w行或電視會議，用戶在虛擬的會議室里用他們的替身進(jìn)行會面。替身能夠使用數(shù)字化的白色寫字板，引進(jìn)多媒體或引導(dǎo)同行進(jìn)行通過城市或?qū)楆嚨氐?D散步。羅賓遜取消將現(xiàn)場交給加拿大的觀眾，在那里她和參與者都在“第二人生”中。“僅飛機票一項就為我節(jié)省了2500美元，”她說。

情報機構(gòu)對將虛擬世界看作為3D環(huán)境和數(shù)據(jù)協(xié)作可視化感興趣。“最有趣的是英特爾公司正著手開發(fā)的虛擬環(huán)境，該公司擁有一個分析數(shù)據(jù)的空間”，羅賓遜說。迄今為止，它還只處于概念層次，但是羅賓遜認(rèn)為這個想法是有前途的。

“個人有他們自己工作的數(shù)據(jù)空間，這個空間從三維到二維。他們可以轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，所以你不必?fù)?dān)心桌面上的保密文件。你有操作面板和其它的一些東西，”她說。

“更大的空間是你與其他人協(xié)作的地方。我看見的一個有趣的虛擬東西是你能走進(jìn)一個有數(shù)據(jù)節(jié)點的房間，點擊它們，然后調(diào)出不同的數(shù)據(jù)，接著移動它并組合它。數(shù)據(jù)成為你走進(jìn)的虛擬空間。節(jié)點能以不同的方式存在。它是一幅概念性地圖或矩陣。節(jié)點是你查詢更深層信息或?qū)ｉT文件的儀表板。它是一個有能挖掘信息軟件的地方”，羅賓遜補充道。

根據(jù)羅賓遜所說的，虛擬世界的immersiveness對認(rèn)知有深遠(yuǎn)意義的影響?！疤摂M世界所發(fā)生的事情更加immersive因為一些事情是代表你。它代表你越多，你被關(guān)聯(lián)就越多，你的頭腦能夠區(qū)別你和替身就越少?！?/p>

然而，在政府挺進(jìn)虛擬未來之前，要克服的障礙是顯而易見的。最大的障礙就是安全性，正如羅賓遜所說：“我們怎么知道那個虛擬的替身就是他所說的那個人呢？”

成功經(jīng)驗

創(chuàng)新精神

林肯實驗室55年發(fā)展的歷史，可以說是一部不斷創(chuàng)新雷達(dá)技術(shù)的歷史。AN/FPS-17首部超千公里雷達(dá)，磨石山首部5000km跟蹤雷達(dá)，Haystack世界上最大威力的多用途雷達(dá)，世界上首部寬帶成像雷達(dá)Alcor，遠(yuǎn)程毫米波雷達(dá)MMW和上千公里的火池激光雷達(dá)等，都是雷達(dá)發(fā)展史上具有里程碑意義的產(chǎn)品。

50年鍥而不舍最終解決目標(biāo)識別問題

眾所周知目標(biāo)識別是彈道導(dǎo)彈防御最棘手、最困難的問題，實驗室花費巨大的人力、財力建立目標(biāo)數(shù)據(jù)庫，并通過精密測距和測速，特別是寬帶和超寬帶(子頻段的連接)達(dá)到10GHz帶寬的極高分辨力，可產(chǎn)生高分辨三維目標(biāo)圖像，并利用超高速并行處理器獲得準(zhǔn)實時目標(biāo)圖像，完成了目標(biāo)識別算法，幫助導(dǎo)引頭識別目標(biāo)。

身份特殊權(quán)限大

林肯實驗室可以說是美軍方手中的一張王牌，出現(xiàn)任何雷達(dá)方面的軍事難題，首先想到的是該實驗室。二個反導(dǎo)系統(tǒng)均由實驗室牽頭，就連越戰(zhàn)時防游擊隊“哨兵”雷達(dá)也要實驗室解決。它既是技術(shù)支撐方，同時又是關(guān)鍵技術(shù)的研制方，例如THAAD地基雷達(dá)(GBR)，實驗室負(fù)責(zé)任務(wù)書的擬定，并負(fù)責(zé)雷達(dá)的驗收，而其中的目標(biāo)識別算法等又是實驗室提供并負(fù)責(zé)試驗數(shù)據(jù)的錄取和分析。

有兩個自己的大型雷達(dá)群

一個是實驗室附近的“實驗室空間監(jiān)示組合體”(LSSC)，擁有MillStone、Haystack、HAX、火池等4部大型雷達(dá)，并建成自己的一個目標(biāo)識別中心;另一個是夸賈林“基爾南再入測量站”(KREMS)，擁有ALTAIR、Tradex、AlCOR和MMW等4部大型雷達(dá)，使實驗室成為掌握國外導(dǎo)彈、衛(wèi)星和空間碎片最全、最具權(quán)威的單位。由于Hagstack具有對3mm碎片的測量能力。因此實驗室編目的空間目標(biāo)的數(shù)量最多。

重視國外導(dǎo)彈數(shù)據(jù)的收集分析

為此專門建設(shè)了Cobra Dane，Cobra Judy和Cobra Gemini三種大型寬帶雷達(dá)，而且后兩部是可移動的。Cobra Gemini又有陸用和海用二種。陸用型可以空運到世界的任何地方，專門收集各國彈道導(dǎo)彈試驗的數(shù)據(jù)，特別是彈頭圖像，以用作目標(biāo)識別的基礎(chǔ)。這對我們是一個重要警示，可能我們靶場的周邊就有這種數(shù)據(jù)收集雷達(dá)。

極重視預(yù)先研究和基礎(chǔ)研究

1958年進(jìn)入反導(dǎo)領(lǐng)域后，實驗室工作的切入點是再入物理現(xiàn)象的研究。從再入模擬靶場(RSR)和阿西納導(dǎo)彈、AMRAD雷達(dá)等花費了巨大的人力、物力，這是目標(biāo)識別的基礎(chǔ)工作。1977年實驗室進(jìn)入反巡航導(dǎo)彈的工作，又是從極基礎(chǔ)的工作，如雜波測量、傳播研究、機載導(dǎo)引頭試驗臺，僅導(dǎo)引頭試驗臺飛行550架次。反巡航導(dǎo)彈的基礎(chǔ)研究花費20年時間，只有這樣才對反導(dǎo)彈中的復(fù)雜問題有清楚而深刻的認(rèn)識。

舊雷達(dá)的升級改造

實驗室擁有二個大型雷達(dá)組合體。大多數(shù)雷達(dá)是上世紀(jì)六七十年代研制的，磨石山雷達(dá)建成于1957年，曲得克斯雷達(dá)建成于1962年。但這些雷達(dá)經(jīng)過不斷的升級、改造一直使用到今天。磨石山原是UHF圓錐掃描，現(xiàn)已改成L波段單脈沖。1999年這二個組合體雷達(dá)用貨架產(chǎn)品(COST)進(jìn)行了新一輪的改造，使之現(xiàn)代化。如ALCOR雷達(dá)改造后計算機運算速度達(dá)到50億次/秒，可進(jìn)行準(zhǔn)實時圖像處理。

關(guān)鍵技術(shù)在手

實驗室在雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)，包括關(guān)鍵元器件的研究始終處于前沿。在20世紀(jì)50～60年代風(fēng)琴管掃描器、相位編碼脈沖壓縮、噪聲系數(shù)為0.5dB量級的冷參放和精密濾波器組速度測量都是極先進(jìn)的技術(shù)。進(jìn)入反導(dǎo)領(lǐng)域后除識別工作外，在移相器、相控陣?yán)碚?、T/R模塊、聲表面波反射陣信號處理器及超大型天線形面公差控制測量至當(dāng)今的超導(dǎo)移相器研究等，對雷達(dá)先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)充滿了進(jìn)取精神。