林肯實驗室

1957年該實驗室建成全固態、可編程數字計算機控制的雷達系統(Millstone Hill radar)，實現了對空間目標的實時跟蹤，既能跟蹤蘇聯衞星的活動，也能監控卡那維拉爾角的火箭發射。後來，這發展成彈道導彈戰略防禦系統，其中關鍵性的技術是數字信號處理和模式識別。在20世紀60年代初期，林肯實驗室開發了衞星通信系統，導致8顆實驗通信衞星的發射。在20世紀70年代初期，實驗室開始研究民航交通管制，強調雷達監控，進行惡劣氣象的檢測，開發了航空器的自動化控制裝置。在20世紀80年代，實驗室為克服大氣紊流的影響，開發了大功率激光雷達系統。20世紀90年代，為NASA等開發了傳感器。林肯實驗室則在開發陸地圖像處理設備。

為了支持龐大的創新研究，林肯實驗室一直保持了在基礎研究上的領先地位，例如表面物理、固態物理以及有關材料的優勢。它完成了開發半導體激光器的早期研究，設計了紅外激光雷達，並開發了高精度衞星定位與跟蹤系統。

林肯實驗室在計算機圖形學、數字信號處理理論以及設計與建造高速數字信號處理計算機等方面做出很大的貢獻。信號處理畢竟是實驗室許多項目的核心技術，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。

林肯實驗室現有僱員2432人，它在2003財政年度的經費是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的大本營。

對林肯實驗室55年來的工作———主要是導彈防禦，包括反彈道導彈和反巡航導彈方面的工作，進行了系統和全面地瞭解。簡單介紹在1958年前實驗室在防空領域，特別是遠程雷達和彈道導彈早期預警系統(BMEWS)中的工作，重點介紹1958年至今在彈道導彈防禦(BMD)中，特別是在目標識別領域中的傑出貢獻。而後對實驗室1977年重返防空，從事反巡航導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。最後論述了作者的幾點認識。

林肯實驗室(Lincoln Laboratory)是美國反導彈防禦系統的技術支撐單位,該實驗室研發的許多雷達在雷達發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)、反彈道導彈(1958年-)和防空反巡航導彈(1977年-)等不同階段。沿着時間的軌跡以雷達研發為主線介紹實驗室的研發歷程。

1.1實驗室的演變

林肯實驗室的前身是麻省理工學院的輻射實驗室，從1940年起便從事民用雷達的研製。1950年9月在實驗室主任瓦雷(Valley)的領導下，完成了漢斯客姆空軍基地一部雷達跟蹤一架飛機的模擬信號變換成數字信號，通過電話線傳輸到劍橋麻省理工學院的旋風Ⅰ計算機上[1]。顯然這是具有里程碑意義的重大事件，三個月後也即1950年底，美國空軍參謀長範登伯格(Vandenbergs)致信理工學院院長克里安(Killian)，建議實驗室致力於空中防禦的研究。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

林肯實驗室成立後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域防空系統(圖1)[2]。該系統是一個集成監視網,由3部L波段遠程監視雷達AN/FPS-3(雷達威力330km)、12部補盲雷達和4部測高雷達組成，通過電話線把數據傳輸給中心計算機(旋風)，建立跟蹤並形成響應發送信息給自己的戰機，進行攔截。這一系統於1953年完成,是後續著名的賽其(SAGE)系統的原型。從鱈魚角系統可以看到系統已用上數字計算機、用數字傳輸構成一個網，今天來看也是先進的系統 。

射頻頻率/MHz 570-630

峯值功率/kW 150

平均功率/kW 3

脈寬/μs 40(檢測)

5(威脅分析)

脈衝壓縮

13位巴克碼/μs 39

壓縮後/μs 3

發射機末極 速調管(G=62dB)

脈衝重複頻率/Hz 500

接收機噪聲係數/dB ＜6.5

天線口徑 13.7m×7.

該雷達的特點是無人值守，採用了相位編碼脈衝壓縮，雜波對消和速度濾波器，晶體穩定本振STALO和相參本振COHO，4腔速調管，於1955年完成飛行試驗。該雷達後來發展成AN/FPS-30雷達,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年設備被拆除。

2007 GDC(Game Developers Conference，遊戲開發者大會)上，索尼娛樂提出了全新的遊戲製作理念，即GAME3.0。該理念的核心在於將遊戲內容提供商的地位由世界的構架者轉變為了平台的提供者，相比傳統遊戲的製作理念，Game3.0融入了更多的玩家創造元素，要玩家主導遊戲世界的發展。與傳統的MMORPG截然不同的是，Game3.0中，遊戲虛擬世界的發展完全由玩家所決定，且遊戲虛擬世界的構架依託於網絡，遊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遊戲世界中的其他玩家產生影響。

這一理念一經提出，便被迅速應用到了網遊產品中。美國林肯實驗室開發的《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數量的居民，並形成了其獨有的社會系統。呈現給玩家的是一個完全開放的平台，社區化、自由化的遊戲模式，讓每個身處於遊戲的玩家都有了最真實的感受。其高度擬真的遊戲世界，讓無數來自世界各地的人們相聚在一起，商業元素的應用也促進了遊戲異業合作的蓬勃發展，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。

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字辦公室、教堂和存有虛擬金錢的銀行。虛擬世界裏的初級成員都是自由的，但是用户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”裏的四個“島嶼”，每個島嶼能容納60個用户。三月份，國防部的信息資源管理學院要開放第一個島嶼，包括接待中心、會議中心和危機中（當然有直播新聞）。下一步是被命名為“政府中心”的觀眾席，其他政府的用户也可以利用。國防部還要應用虛擬人生進行連續作戰的實驗。

“如果華盛頓發生事情，我們想要在某個地方會面，那麼可供我們的資源之一就是“第二人生”的小島，”羅賓遜説。

“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。對需要虛擬環境的軍事用户來講，必須要對“第二人生”加強安全性問題。針對政府用户的安全而私有的世界是Forterra系統公司的OLIVE系統。它是不對稱戰爭虛擬訓練技術的基礎，更加有名氣的AW-VTT系統，一個用於檢驗在伊拉克作戰行動中有效性的虛擬世界，它已經被用來訓練部隊了。Forterra系統公司也正在着手將OLIVE系統應用於海軍、國家健康協會、陸軍醫療研究指揮和一些情報機構。

虛擬世界的吸引力是什麼？它具有像召開可視會議這樣明顯的功能。可以取代飛行或電視會議，用户在虛擬的會議室裏用他們的替身進行會面。替身能夠使用數字化的白色寫字板，引進多媒體或引導同行進行通過城市或導彈陣地的3D散步。羅賓遜取消將現場交給加拿大的觀眾，在那裏她和參與者都在“第二人生”中。“僅飛機票一項就為我節省了2500美元，”她説。

情報機構對將虛擬世界看作為3D環境和數據協作可視化感興趣。“最有趣的是英特爾公司正着手開發的虛擬環境，該公司擁有一個分析數據的空間”，羅賓遜説。迄今為止，它還只處於概念層次，但是羅賓遜認為這個想法是有前途的。

“個人有他們自己工作的數據空間，這個空間從三維到二維。他們可以轉移數據，所以你不必擔心桌面上的保密文件。你有操作面板和其它的一些東西，”她説。

“更大的空間是你與其他人協作的地方。我看見的一個有趣的虛擬東西是你能走進一個有數據節點的房間，點擊它們，然後調出不同的數據，接着移動它並組合它。數據成為你走進的虛擬空間。節點能以不同的方式存在。它是一幅概念性地圖或矩陣。節點是你查詢更深層信息或專門文件的儀表板。它是一個有能挖掘信息軟件的地方”，羅賓遜補充道。

根據羅賓遜所説的，虛擬世界的immersiveness對認知有深遠意義的影響。“虛擬世界所發生的事情更加immersive因為一些事情是代表你。它代表你越多，你被關聯就越多，你的頭腦能夠區別你和替身就越少。”

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

創新精神

林肯實驗室55年發展的歷史,可以説是一部不斷創新雷達技術的歷史。AN/FPS-17首部超千公里雷達,磨石山首部5000km跟蹤雷達, Haystack世界上最大威力的多用途雷達,世界上首部寬帶成像雷達Alcor,遠程毫米波雷達MMW和上千公里的火池激光雷達等,都是雷達發展史上具有里程碑意義的產品。

50年鍥而不捨最終解決目標識別問題

眾所周知目標識別是彈道導彈防禦最棘手、最困難的問題,實驗室花費巨大的人力、財力建立目標數據庫,並通過精密測距和測速,特別是寬帶和超寬帶(子頻段的連接)達到10GHz帶寬的極高分辨力,可產生高分辨三維目標圖像,並利用超高速並行處理器獲得準實時目標圖像,完成了目標識別算法,幫助導引頭識別目標。

身份特殊權限大

林肯實驗室可以説是美軍方手中的一張王牌,出現任何雷達方面的軍事難題,首先想到的是該實驗室。二個反導系統均由實驗室牽頭,就連越戰時防游擊隊“哨兵”雷達也要實驗室解決。它既是技術支撐方,同時又是關鍵技術的研製方,例如THAAD地基雷達(GBR),實驗室負責任務書的擬定,並負責雷達的驗收,而其中的目標識別算法等又是實驗室提供並負責試驗數據的錄取和分析。

有兩個自己的大型雷達羣

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

重視國外導彈數據的收集分析

為此專門建設了Cobra Dane,Cobra Judy和Cobra Gemini三種大型寬帶雷達,而且後兩部是可移動的。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彈試驗的數據,特別是彈頭圖像,以用作目標識別的基礎。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據收集雷達。

極重視預先研究和基礎研究

1958年進入反導領域後,實驗室工作的切入點是再入物理現象的研究。從再入模擬靶場(RSR)和阿西納導彈、AMRAD雷達等花費了巨大的人力、物力,這是目標識別的基礎工作。1977年實驗室進入反巡航導彈的工作,又是從極基礎的工作,如雜波測量、傳播研究、機載導引頭試驗枱,僅導引頭試驗枱飛行550架次。反巡航導彈的基礎研究花費20年時間,只有這樣才對反導彈中的複雜問題有清楚而深刻的認識。

舊雷達的升級改造

實驗室擁有二個大型雷達組合體。大多數雷達是上世紀六七十年代研製的,磨石山雷達建成於1957年,曲得克斯雷達建成於1962年。但這些雷達經過不斷的升級、改造一直使用到今天。磨石山原是UHF圓錐掃描,現已改成L波段單脈衝。1999年這二個組合體雷達用貨架產品(COST)進行了新一輪的改造,使之現代化。如ALCOR雷達改造後計算機運算速度達到50億次/秒,可進行準實時圖像處理。

關鍵技術在手

實驗室在雷達關鍵技術,包括關鍵元器件的研究始終處於前沿。在20世紀50～60 年代風琴管掃描器、相位編碼脈衝壓縮、噪聲係數為0.5dB量級的冷參放和精密濾波器組速度測量都是極先進的技術。進入反導領域後除識別工作外,在移相器、相控陣理論、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今的超導移相器研究等,對雷達先進技術的研發充滿了進取精神。