夜鹰之眼

郝赫

1935年，英国研制成功CH（本土链）雷达，随后英国空军就积极开展使用CH雷达情报引导空中拦截的训练。但是CH雷达探测精度太差，位置误差能达到8千米，在天气晴朗的昼间尚可实施有效引导，在夜晚或遇有能见度不良的昼间，引导成功率仍然很低。另外，CH雷达的低空探测能力也很弱，飞机高度低于914米时，雷达几乎完全看不见，经常是敌机已接近英国海岸才被目力观察哨发现。

在获悉德军已具备夜间轰炸能力后，雷达情报精度不足骤然成为英国空军最为头疼的问题。最初的解决方案是研发AI（机载截击）雷达（详见本刊2010年8A《灵活多变的米波雷达（上）》），即直接把雷达安装在飞机上：只需要把战斗机概略引导至目标附近，之后就让战斗机上的操作员使用AI雷达自行搜索目标。从笨重的CH雷达到小巧的AI雷达，技术跨越非常大，初期研发非常艰难，几乎陷入停滞不前的境地。直到1937年8月，借助美国西部电气公司（Western Electric）新研发的316A电子管，AI雷达才取得技术突破，但距离工程实用仍有一段时间。眼看AI雷达难产，英国空军只得继续下功夫提高地面雷达探测精度。1940年初，英国空军从当时寥寥可数几型雷达中，挑选了探测精度最高的CHL雷达，试用于地面引导拦截。

CHL雷达的来历

CHL雷达的前身是英国陆军CD雷达。英国陆军负责海岸地带防御，把部署在海岸地带用于观察舰船和指引岸炮射击的雷达叫做CD雷达（海防雷达或对海警戒雷达）。

在英国空军研制成功CH雷达后，英国陆军也跟着建立了雷达实验室，针对陆军需求开展研发，CD雷达即是目标之一。早期陆军实验室技术力量较弱，难以自行开发出新玩意，只能紧跟空军的技术路线。这种“紧跟”策略最直接的体现是：1936年10月，陆军把实验室设在包德西庄园，直接跟空军雷达实验室挤在一起。

显然，不可能用精度超差的CH雷达技术开发CD雷达，所以CD雷达研发一度停滞不前。直到1938年，借助AI雷达取得的技术突破，CD雷达研发才得以加快，并在1939年春就开始观察试验。CD雷达主要参数与AI雷达完全相同，区别是CD雷达属于地面雷达，对体积、重量、功耗等条件限制较宽松，因此工程实用进展反而超过AI雷达，在1939年中期就投入部署：而实用型AI雷达直到1940年初才开始加装到充作夜间战斗机的“布伦海姆”飞机上。

当时英国尚未研发出收发隔离器件，CD雷达只能使用两副天线分别用于发射和接收信号，两副天线需同步转动才能保证正常探测。每副天线都由5列×4层的偶极子阵列和反射网组成，可以产生横向和纵向宽度都较窄的波束（即针状波束，类似聚光灯的窄光束），使雷达测角精度大大提高——CD雷达可以通过精确测定舰船和弹着点位置来引导岸炮射击。受发射功率限制，CD雷达的探测距离只有CH雷达的一半——事实上，作为一款使用直射波探测的地面雷达，探测距离增大到一定程度后，对探测海面目标就没有意义了。CD雷达用示波器充当显示器，即A显，也叫距显（距离显示器）。从A显上可以直接读出目标距离：再从游标刻度盘上读出天线指向，即得到目标方位。

CD雷达投入部署后，惊喜随之而来：1939年7月，雷达发现了高度500英尺的飞机，发现距离达25英里，而CH雷达网完全没有发现，从而证明CD雷达具有良好的低空探测性能。1939年8月，在沃森-瓦特（英国雷达之父）建议下，空军部决定订购24部CD雷达，增配给CH雷达站。这批雷达由派伊无线电公司（Pye Radio）生产，在1939年12月开始部署，赶在不列颠战役前全部投入使用。这种空军版CD雷达在英国本土部署时，叫作CHL（Chain Home Low，低空本土链），正式名称为“AMES.2”；在海外部署时叫做COL（Chain OverseasLow，低空海外链），正式名称为“AMES.5”。空军在部署CHL雷达时，通常把天线架在高塔上，以最大限度增加低空视距。

为使收发分置天线能够同步转动，并最大限度的减低设计和生产难度，初期的CHL雷达采取了很多种驱动方案，其中有一批雷达被直接简化成人力驱动：操作员像骑自行车一样，坐在安装有座椅、手柄、踏板和链轮的架子上；需要转动天线时，她就狠蹬踏板，脚力经由一连串的齿轮和链条传递到达天线。以至于，当遇见身材苗条、腿部粗壮的WAAF（空军妇女辅助队）队员时，基本可以断定她是一名雷达操纵员。这种“健身型”CHL雷达在1941年4月投入使用。

基于CHL的GCI试验

1940年初，英国空军开始用CHL雷达开展对空引导拦截试验。

尽管CHL雷达探测精度较高，但是若用于对空引导拦截，首先遇到的麻烦是：使用A显无法同时观察多批目标。若屈就A显，就只能采用很笨拙的方法。一种是使用两部雷达分别跟踪目标机和拦截机，把两部雷达的情报同时标绘在一张地图上，引导员根据地图上的航迹指挥拦截机接近目标机。另一种是使用一部雷达始终跟踪目标机，然后概略引导拦截机进入雷达波束，使雷达能同时看见目标机和拦截机（此时雷达、拦截机、目标机三点一线），再逐步引导拦截机沿波束接近目标机。两种方法效率都非常低，对雷达资源浪费严重。事实证明，现有的CH和CD/CHL雷达都不能满足对空引导拦截的要求，需要研发一种既具有较高的探测精度、又能提高情报使用效率的雷达，才能满足对空引导拦截的需求——这种雷达被叫做GCI（地面引导截击）雷达。

1940年秋，在昼间轰炸受挫后，德国空军开始发动夜间轰炸，解决夜间拦截效率问题遂成为英国空军当务之急。恰好在当年6月，TRE（原包德西庄园的空军雷达实验，战争爆发后疏散至多西特，为保密改名为电信研究所，简称TRE）又研制成功一个新玩意——P显（Plane Position Indicator，平面位置显示器，简称PPI或P显），使用了非常直观的显示方式，并使雷达能够同时监视多批目标。首批P显刚造出来，TRE就赶紧拿出一套加装到部署在沃信（Worthing）附近杜灵顿（Durrington）的CHL雷达上试验。1940年10月8日晚，这部P显版雷达首次实现协助引导“勇士”战斗机（配有AI.Ⅳ）实施拦截。在当年11月29日至12月3日，这部雷达共协助完成36次实兵拦截试验——总之，试验非常成功。endprint

尽管“CHL+PPI”版GCI试验取得了成功，但距离实用仍有很大距离。CHL源自CD雷达，而CD雷达原本设计是对海探测的，从而导致CHL存在探测距离小、探测高度低、不能估测高度等问题。先天设计方向不同导致CHL只能满足应急之需，TRE还需要在此基础上做大量的改进。

机动型和过渡型GCI——AMES.8

受“CHL+PPI”试验成功的刺激，在1940年11～12月间，TRE和RAE（英国航空研究院）把6部CHL紧急手工改造成GCI，命名为AMES.8。这批雷达的主体设备与CHL完全相同，波长都为1.5米；按照空军部的要求，雷达被设计成车载式，也被称为“机动型GCI”。

机动型GCI的典型特征是车多：全部设备都安装在车上，随时能转移。主要组成单元是：发射天线（1辆拖车）、接收天线（1辆拖车）、发射机（1辆克莱斯勒卡车）、接收机和操作舱（1辆克莱斯勒卡车）、引导舱（1辆拖车）以及帐篷车和多台发电机（拖车）等。其中，引导舱是这批GCI比较独特的配置i另外，这批GCI也属于“健身型”雷达——引导舱内的引导员通过摇动手轮指示波束扫描方向，天线舱内的雷达操作员就得狠蹬踏板驱动天线转动。

机动型GCI的引导舱内主要有三个战位，分别是引导员、标图员和测高员。舱内的简要工作流程是：根据本土链雷达网发送的目标概略位置情报，GCI雷达适时开机搜索：发现目标后，标图员依照P显信息将目标机航迹标绘在地图上，并量算目标速度，同时测高员不断估测高度：引导员根据目标机位置、高度、航向、航速等诸元，适时命令1～-2架战斗机起飞到预定位置（一般是信标附近）等待；标图员同时标绘两机航迹、测高员同时估测两机高度，待构成拦截条件时，引导员就根据地图上的航迹直接看P显屏幕，指引拦截机接近目标机；当拦截机报告发现目标并查明目标数量时，引导员会视情命令更多战斗机起飞。借助当时先进的超短波电台，引导员可以与飞行员通话，非常便于指挥引导。

12月底，首部机动型GCI被正式部署在瑟普雷（Sopley）引导站，后续5部在1941年1月底投入部署（见地图）。这批GCI雷达迅速提升了夜间拦截效率：1940年12月间，德军只有2架飞机被击落，损失率仅为O.5%：到1941年5月问，就有102架飞机被击落，损失率暴增到7%0

1941年6月，新版GCI完成设计，年底投入部署，名称仍为AMES.8。新版GCI采用落地式设计：天线用龙门木架支撑，发射天线和接收天线分别布置在塔架横梁的上下两侧：设备被布置在木板房内，改善了人员工作环境。雷达能迅速撤收，装车就走：但是组装架设很麻烦，通常需要好几天时间。这种雷达也被称为“过渡型GCI"。

过渡型GCI的引导室内增加了一名报读员，负责紧盯P显读出目标位置，而标图员只需专心收听就能直接标绘航迹，两人配合能进一步提高雷达情报输出效率；引导室内还配置了1部机械式计算机帮助解算。标准型GCI：AMES.7

直到1942年，型号排名靠前的AMES.7型GCI才投入使用。AMES.7经过了大量改进，功能十分完善，被称作“标准型GCI”，可见英国空军对这种雷达的期待。

AMES.7采用加强固定式带防护设计，使用钢筋混凝土天线基座，在基座下方的“井”式掩体内布置发射机、接收机、操作台等设备。因为AMES.7是为俗称“惊喜屋”的新式防空指挥中心配套使用的，因此也被叫做“惊喜屋”版GCI。AMES.7后来还有车载高机动版本，命名为AMES.15。各种改型版本的设备规模和型号命名均有不同，但电磁参数基本相同。

AMES.7仍然延续了CHL的许多技术，波长同为1.5米。其主要改进体现在天线部分：偶极子数量增加到32对，使天线孔径增大，可以在发射功率不提高的情况下增大探测距离；偶极子按照4层×8列的方式排列，能够产生横向窄、纵向宽的扇形波束，全面覆盖各个高度层。天线还增加了馈电控制功能：发射时，顶层4对偶极子与底层4对偶极子可以同相或反相馈电，从而获得不同形状的发射波束，以实现互补盲区；接收时，利用4层偶极子可以合成4个不同仰角的接收波束，通过比较各波束间回波强度即可估测出目标高度——切换动作都是通过馈线上的电容开关瞬间自动完成的：通常情况下，各层偶极子都以同相馈电，以集中功率获得最大探测距离；测高时，需要切换成分散的多个波束，导致功率分散、探测距离相应缩小。雷达终端配有多套PPI，可以供多名引导员同时使用。后期型还使用了火花隙型T/R开关，实现了收发共用天线，简化了天线规模。经典的对空引导站：瑟普雷

AMES.7/8属于典型的米波雷达，具有非常强烈的地面反射效应：天线周围的地面（或水面）就像一面镜子，能够把射向地面的波束高效率的反射到空中：需要很巧妙的利用这种反射，才能把功率尽可能集中到需要的方向上，以增大探测距离。因此，需要非常小心谨慎选择米波雷达架设地点，通常都挑选十分平坦的地方——如果把雷达架设在四周高、中间低的浅碟形凹地中，角度异常的地面反射会导致功率分散，使雷达无法探测远距离目标，甚至出现探测盲区。因为周围环境的关系，同一部米波雷达架设在不同地点、或同一地点的不同季节，探测性能都不会完全一样。

经过缜密的勘查，1940年圣诞节，一支空军车队来到英格兰南端汉普郡埃文（Avon）河谷的瑟普雷（Sopley）村，很快就在村子北面的一大片平坦空地上架设起AMES.8机动型CCI雷达。这部雷达是英国空军第一部投入部署的GCI雷达；以这部雷达为支撑，建立了英国空军第一个对空引导站——瑟普雷引导站，并启用了著名的无线电呼号“星光”（Starlight）。

在GCI雷达的帮助下，刚到1941年初，瑟普雷就已经成为最高效的引导站，成功引导“勇士”夜间战斗机完成一百多次夜间拦截，共击落27架敌机，超过其他任何引导站的2倍。

因为距离TRE和ADRDE的疏散地多西特（Dorset）较近，在1941-1942年间，经常有最新版的GCI雷达被部署在瑟普雷试用，并且常有科学家光临。1941年下半年，瑟普雷先后换装了过渡型的AEMS.8F和AEMS.8C雷达。endprint

从1942年开始，空军在瑟普雷大兴土木建设永久性建筑，以容纳AMES.7型雷达和更多的通信设备及人员。到1943年，瑟普雷已经建设成为完善的新式防空指挥中心——俗称“惊喜屋”。以BBC广播电台的一档滑稽喜剧音乐节目命名。节目的特点是你知道这里面会有笑料，但是不知道它会什么时候突然冒出来。与防空作战类似：你知道敌机会偷袭，但是不知道敌机什么时候突然出现。AMES.7则被布置在地下掩体中，只有天线露在外面；从雷达终端输出信号被引入防空指挥中心，连接引导室内的多套P显和测高器。

按照功能，“惊喜屋”防空指挥中心内布置有综合情报厅、主指挥室、高炮引导室、拦截引导室、电话交换机房、无线电机房等。就像一些不列颠战役电影里表现的那样，综合情报大厅中有两张标图桌和一张竖放的状态板；标图桌上覆盖着标准的航空地图，大桌用来标示大区域总体态势，小桌用来标示本防区详细空中态势，状态板则标示各战斗机部队状态及无线电通讯状态。在大厅的二层：一名指挥官俯瞰标图桌和状态板，随时掌握空中态势和兵力状态；一名任务分配官协助分配拦截任务，用电话通知某个机场的战斗机起飞，同时将引导该机拦截的任务通知拦截引导室。拦截引导室内的情况则与机动型GCI的引导舱差不多。“惊喜屋”防空指挥中心还可以通过发达的有线电话网指挥探照灯、高炮等防空部队。

在1940年底瑟普雷引导站开始运行的时候，只有8名飞行员（担任引导员）和4名WAAF队员，而运转起来则至少需要6人同时值班。换装过渡型GCI雷达时，总人数增加到40人。到1942年“惊喜屋”状态时，飞行员和WAAF队员总共有144名，运转起来需40人同时值班；通常分为3个班组，按照8～13点、13～17点、17～23点、23～次日8点的顺序轮流值班；由于专业多、岗位多，保持人员整齐非常困难。

根据资料，瑟普雷引导站可能从初建时就配备了IFF。IFF能够帮助雷达操纵员和引导员区分哪个回波是目标机、哪个回波是拦截机：特别是当两机靠近又分开时，如果没有IFF的帮助，引导员可能会好一阵费神才能分清谁是谁。后记

由于波长1.5米的雷达太多，很容易造成相互干扰，英国TRE又开拓了全新波段的GCI雷达——AMES.11，于1942年底开始服役。AMES.1 1的工作波长被设计成0.5米/600兆赫，恰好与德军“玉兹堡（Wuerzbug）”系列雷达相同，这也是从抗德军干扰角度考量的结果。盟军轰炸机开始投放箔条后，不仅严重干扰德军雷达，也对英国当时的CH、CHL和GCI雷达造成严重干扰。在1944年6月诺曼底登陆之前，英军又部署了AMES.21.Mkl型厘米波GCI雷达，以期用极窄波束将箔条干扰影响降到最低。而“惊喜屋”版AEMS.7雷达历经多次改进，一直服役到冷战初期。

1941年5月中旬后，德军开始转向进攻苏联，就再也无力对英国发动大规模空袭了。但是，作为英德之间战争持续的象征，德军飞机仍不断对英国发动小规模夜袭，一直持续到战争最后一年，迫使瑟普雷一直保持着极高的战备状态。瑟普雷引导站后来成为英国南部的大型航空管制雷达站，直到1974年彻底关闭。“惊喜屋”也成为现代对空指挥中心的模板，其功能设计一直为各国所借鉴。

链接1：关于A显A显也叫距离显示器。其结构与常见示波器基本相同，只有一条固定不动的扫描基线，通过观察扫描基线上回波的幅度来确认目标，通过回波距离基点的长度确认目标距离。早期雷达多使用人工操控天线，扫描速度很慢，通常配用这种简单显示器表现回波距离和强度，同时使用指针或码盘仪表来表现天线指向。这种显示方式很不直观，需要先读取距离和方位信息，再标绘在地图上，才能完整展示目标具体位置。显然，当空中目标数量较多、速度较快时，这种显示方式就难以应付了。A显的优点是能够清晰展示目标回波形状和结构，有经验的操作员可以据此判断目标的大小、数量等。

链接2：P显P显也叫平面位置显示器，或简称PPI。与A显相比较，相当于让扫描基线围绕基点转起来，且与天线的转动同步。通过观察扫描基线上回波的亮度来确认目标，距离信息仍然通过回波距离基点的长度来确认，方向信息则通过基线的指向确认，这样就形成了直观的极坐标显示方式。雷达不仅可以同时显示多批目标，而且通过附在屏幕上的地图，还可以直接展示目标具体位置。

P显还把雷达测量误差对引导拦截的影响降到了最低，引导拦截只关注飞机之间相对位置，使用同一部雷达的数据，就可以大大降低相对误差。借助P显，高水平的引导员甚至可以同时引导多次拦截。P显也是大部分雷达的标准显示终端。

链接3：国王视察瑟普雷瑟普雷引导站是第一个地面对空引导站，又因为战绩卓越，很快就成为英国的明星部队，一拨接一拨的大臣、议员、外国使臣、军方高官前来视察参观，包括国王乔治六世、首相丘吉尔和副首相克莱门特·阿特利。

据回忆，乔治六世国王在引导舱里观摩了空军王牌飞行员约翰·坎宁安驾驶勇士夜间战斗机拦截一架德军飞机的战斗，德机被击落在Ring-wood以北6英里的地方。据说国王在引导舱看完拦截后，就出来踱步，恰好看到了德机坠毁时升起

的火焰。 [编辑/王瑾]endprint