林肯實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室，其前身是研制出雷達(dá)的“麻省理工輻射實(shí)驗(yàn)室（MIT Radiation Lab）”。林肯實(shí)驗(yàn)室隸屬于美國國防部，由麻省理工學(xué)院負(fù)責(zé)運(yùn)行管理。

林肯實(shí)驗(yàn)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(jí)電子學(xué)研究中贏得了聲譽(yù)，其研究范圍又迅速擴(kuò)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(gè)大規(guī)模、跨學(xué)科、多功能的技術(shù)研究開發(fā)實(shí)驗(yàn)室。

簡介

1957年該實(shí)驗(yàn)室建成全固態(tài)、可編程數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的雷達(dá)系統(tǒng)(Millstone Hill radar)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤，既能跟蹤蘇聯(lián)衛(wèi)星的活動(dòng)，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(hào)處理和模式識(shí)別。在20世紀(jì)60年代初期，林肯實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，導(dǎo)致8顆實(shí)驗(yàn)通信衛(wèi)星的發(fā)射。在20世紀(jì)70年代初期，實(shí)驗(yàn)室開始研究民航交通管制，強(qiáng)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(dòng)化控制裝置。在20世紀(jì)80年代，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shì)。它完成了開發(fā)半導(dǎo)體激光器的早期研究，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理理論以及設(shè)計(jì)與建造高速數(shù)字信號(hào)處理計(jì)算機(jī)等方面做出很大的貢獻(xiàn)。信號(hào)處理畢竟是實(shí)驗(yàn)室許多項(xiàng)目的核心技術(shù)，包括高吞吐率的通用信號(hào)處理器。它在語音編碼與識(shí)別方面也有許多出色工作，為自動(dòng)翻譯開拓了道路。

林肯實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有雇員2432人，它在2003財(cái)政年度的經(jīng)費(fèi)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(shí)驗(yàn)室事實(shí)上是美國軍事電子系統(tǒng)的大本營。

雷達(dá)反導(dǎo)

對(duì)林肯實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)介紹1958年至今在彈道導(dǎo)彈防御(BMD)中，特別是在目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域中的杰出貢獻(xiàn)。而后對(duì)實(shí)驗(yàn)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(duì)實(shí)驗(yàn)室的全面工作概貌作簡單介紹。最后論述了作者的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

引言

林肯實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)間的軌跡以雷達(dá)研發(fā)為主線介紹實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)歷程。

防空系統(tǒng)

1.1實(shí)驗(yàn)室的演變

林肯實(shí)驗(yàn)室的前身是麻省理工學(xué)院的輻射實(shí)驗(yàn)室，從1940年起便從事民用雷達(dá)的研制。1950年9月在實(shí)驗(yàn)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(jī)的模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，通過電話線傳輸?shù)絼蚵槭±砉W(xué)院的旋風(fēng)Ⅰ計(jì)算機(jī)上。顯然這是具有里程碑意義的重大事件，三個(gè)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(shí)驗(yàn)室致力于空中防御的研究。從此，實(shí)驗(yàn)室改變成一個(gè)從事軍事空防研究的實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室的更名和誕生都從這個(gè)時(shí)候算起。

1.2鱈魚角計(jì)劃

林肯實(shí)驗(yàn)室成立后的第一個(gè)防空研究項(xiàng)目是鱈魚角(Cape cod)計(jì)劃。在新英格蘭東南建立一個(gè)區(qū)域防空系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個(gè)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(bǔ)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(jì)算機(jī)(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(jī)，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(jì)算機(jī)、用數(shù)字傳輸構(gòu)成一個(gè)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(jī)末極 速調(diào)管(G=62dB)

脈沖重復(fù)頻率/Hz 500

接收機(jī)噪聲系數(shù)/dB ＜6.5

天線口徑 13.7m×7.

該雷達(dá)的特點(diǎn)是無人值守，采用了相位編碼脈沖壓縮，雜波對(duì)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(yàn)。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(gè)DEW站排列在從阿拉斯加到格林蘭的圓弧上，幾度一個(gè)點(diǎn)，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(huì))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_(tái)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(huì)對(duì)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(shí)驗(yàn)室開發(fā)的《第二人生》是目前運(yùn)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(dú)有的社會(huì)系統(tǒng)。呈現(xiàn)給玩家的是一個(gè)完全開放的平臺(tái)，社區(qū)化、自由化的游戲模式，讓每個(gè)身處于游戲的玩家都有了最真實(shí)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(shí)驗(yàn)室的“第二人生”，一個(gè)真實(shí)世界的翻版，這個(gè)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(jí)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(dòng)。

國防部正在購買“第二人生”里的四個(gè)“島嶼”，每個(gè)島嶼能容納60個(gè)用戶。三月份，國防部的信息資源管理學(xué)院要開放第一個(gè)島嶼，包括接待中心、會(huì)議中心和危機(jī)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(shí)驗(yàn)。

“如果華盛頓發(fā)生事情，我們想要在某個(gè)地方會(huì)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(duì)任何人來講都是可以自由利用的。對(duì)需要虛擬環(huán)境的軍事用戶來講，必須要對(duì)“第二人生”加強(qiáng)安全性問題。針對(duì)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(duì)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(gè)用于檢驗(yàn)在伊拉克作戰(zhàn)行動(dòng)中有效性的虛擬世界，它已經(jīng)被用來訓(xùn)練部隊(duì)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(huì)、陸軍醫(yī)療研究指揮和一些情報(bào)機(jī)構(gòu)。

虛擬世界的吸引力是什么？它具有像召開可視會(huì)議這樣明顯的功能?？梢匀〈w行或電視會(huì)議，用戶在虛擬的會(huì)議室里用他們的替身進(jìn)行會(huì)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(jī)票一項(xiàng)就為我節(jié)省了2500美元，”她說。

情報(bào)機(jī)構(gòu)對(duì)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?！白钣腥さ氖怯⑻貭柟菊珠_發(fā)的虛擬環(huán)境，該公司擁有一個(gè)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(gè)想法是有前途的。

“個(gè)人有他們自己工作的數(shù)據(jù)空間，這個(gè)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(gè)有趣的虛擬東西是你能走進(jìn)一個(gè)有數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的房間，點(diǎn)擊它們，然后調(diào)出不同的數(shù)據(jù)，接著移動(dòng)它并組合它。數(shù)據(jù)成為你走進(jìn)的虛擬空間。節(jié)點(diǎn)能以不同的方式存在。它是一幅概念性地圖或矩陣。節(jié)點(diǎn)是你查詢更深層信息或?qū)ｉT文件的儀表板。它是一個(gè)有能挖掘信息軟件的地方”，羅賓遜補(bǔ)充道。

根據(jù)羅賓遜所說的，虛擬世界的immersiveness對(duì)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?yàn)橐恍┦虑槭谴砟?。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?cè)趺粗滥莻€(gè)虛擬的替身就是他所說的那個(gè)人呢？”

成功經(jīng)驗(yàn)

創(chuàng)新精神

林肯實(shí)驗(yàn)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(shí)別問題

眾所周知目標(biāo)識(shí)別是彈道導(dǎo)彈防御最棘手、最困難的問題，實(shí)驗(yàn)室花費(fèi)巨大的人力、財(cái)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(shí)時(shí)目標(biāo)圖像，完成了目標(biāo)識(shí)別算法，幫助導(dǎo)引頭識(shí)別目標(biāo)。

身份特殊權(quán)限大

林肯實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室。二個(gè)反導(dǎo)系統(tǒng)均由實(shí)驗(yàn)室牽頭，就連越戰(zhàn)時(shí)防游擊隊(duì)“哨兵”雷達(dá)也要實(shí)驗(yàn)室解決。它既是技術(shù)支撐方，同時(shí)又是關(guān)鍵技術(shù)的研制方，例如THAAD地基雷達(dá)(GBR)，實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)任務(wù)書的擬定，并負(fù)責(zé)雷達(dá)的驗(yàn)收，而其中的目標(biāo)識(shí)別算法等又是實(shí)驗(yàn)室提供并負(fù)責(zé)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的錄取和分析。

有兩個(gè)自己的大型雷達(dá)群

一個(gè)是實(shí)驗(yàn)室附近的“實(shí)驗(yàn)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(gè)目標(biāo)識(shí)別中心;另一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(duì)3mm碎片的測量能力。因此實(shí)驗(yàn)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(dòng)的。Cobra Gemini又有陸用和海用二種。陸用型可以空運(yùn)到世界的任何地方，專門收集各國彈道導(dǎo)彈試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，特別是彈頭圖像，以用作目標(biāo)識(shí)別的基礎(chǔ)。這對(duì)我們是一個(gè)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(shí)驗(yàn)室工作的切入點(diǎn)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(fèi)了巨大的人力、物力，這是目標(biāo)識(shí)別的基礎(chǔ)工作。1977年實(shí)驗(yàn)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(jī)載導(dǎo)引頭試驗(yàn)臺(tái)，僅導(dǎo)引頭試驗(yàn)臺(tái)飛行550架次。反巡航導(dǎo)彈的基礎(chǔ)研究花費(fèi)20年時(shí)間，只有這樣才對(duì)反導(dǎo)彈中的復(fù)雜問題有清楚而深刻的認(rèn)識(shí)。

舊雷達(dá)的升級(jí)改造

實(shí)驗(yàn)室擁有二個(gè)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(jí)、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(gè)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(jì)算機(jī)運(yùn)算速度達(dá)到50億次/秒，可進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)圖像處理。

關(guān)鍵技術(shù)在手

實(shí)驗(yàn)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(jí)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(shí)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(hào)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(duì)雷達(dá)先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)充滿了進(jìn)取精神。