林肯实验室

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MIT于1951年在麻省的列克辛顿(Lexington)创建了林肯实验室。其前身是研制出雷达的辐射实验室。该实验室是联邦政府投资的研究中心,其基本使命是把高科技应用到国家安全的危急问题上。它很快在防空系统的高级电子学研究中赢得了声誉,其研究范围又迅速扩展到空间监控、导弹防御、战场监控、空中交通管制等领域,是美国大学第一个大规模、跨学科、多功能的技术研究开发实验室。
中文名
林肯实验室
外文名
Lincoln Laboratory
创建时间
1951年
创建地点
麻省的列克辛顿

林肯实验室简介

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林肯实验室 林肯实验室
1957年该实验室建成全固态、可编程数字计算机控制的雷达系统(Millstone Hill radar),实现了对空间目标的实时跟踪,既能跟踪苏联卫星的活动,也能监控卡那维拉尔角的火箭发射。后来,这发展成弹道导弹战略防御系统,其中关键性的技术是数字信号处理和模式识别。在20世纪60年代初期,林肯实验室开发了卫星通信系统,导致8颗实验通信卫星的发射。在20世纪70年代初期,实验室开始研究民航交通管制,强调雷达监控,进行恶劣气象的检测,开发了航空器的自动化控制装置。在20世纪80年代,实验室为克服大气紊流的影响,开发了大功率激光雷达系统。20世纪90年代,为NASA等开发了传感器。林肯实验室则在开发陆地图像处理设备。
为了支持庞大的创新研究,林肯实验室一直保持了在基础研究上的领先地位,例如表面物理、固态物理以及有关材料的优势。它完成了开发半导体激光器的早期研究,设计了红外激光雷达,并开发了高精度卫星定位与跟踪系统。
林肯实验室在计算机图形学、数字信号处理理论以及设计与建造高速数字信号处理计算机等方面做出很大的贡献。信号处理毕竟是实验室许多项目的核心技术,包括高吞吐率的通用信号处理器。它在语音编码与识别方面也有许多出色工作,为自动翻译开拓了道路。
林肯实验室现有雇员2432人,它在2003财政年度的经费是5.226亿美元,其中91.6%即4.787亿美元来自美国国防部,这就不难理解MIT林肯实验室事实上是美国军事电子系统的大本营。

林肯实验室雷达反导

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对林肯实验室55年来的工作———主要是导弹防御,包括反弹道导弹和反巡航导弹方面的工作,进行了系统和全面地了解。简单介绍在1958年前实验室在防空领域,特别是远程雷达和弹道导弹早期预警系统(BMEWS)中的工作,重点介绍1958年至今在弹道导弹防御(BMD)中,特别是在目标识别领域中的杰出贡献。而后对实验室1977年重返防空,从事反巡航导弹方面的工作作了介绍,以图表形式对实验室的全面工作概貌作简单介绍。最后论述了作者的几点认识。

林肯实验室引言

林肯实验室(Lincoln Laboratory)是美国反导弹防御系统的技术支撑单位,该实验室研发的许多雷达在雷达发展史上具有里程碑意义。在56年的历史中,实验室走过了防空(1950年-1958年)、反弹道导弹(1958年-)和防空反巡航导弹(1977年-)等不同阶段。沿着时间的轨迹以雷达研发为主线介绍实验室的研发历程。

林肯实验室防空系统

1.1实验室的演变
林肯实验室的前身是麻省理工学院的辐射实验室,从1940年起便从事民用雷达的研制。1950年9月在实验室主任瓦雷(Valley)的领导下,完成了汉斯客姆空军基地一部雷达跟踪一架飞机的模拟信号变换成数字信号,通过电话线传输到剑桥麻省理工学院的旋风Ⅰ计算机上[1]。显然这是具有里程碑意义的重大事件,三个月后也即1950年底,美国空军参谋长范登伯格(Vandenbergs)致信理工学院院长克里安(Killian),建议实验室致力于空中防御的研究。从此,实验室改变成一个从事军事空防研究的实验室。实验室的更名和诞生都从这个时候算起 。
1. 2  鳕鱼角计划
林肯实验室成立后的第一个防空研究项目是鳕鱼角(Cape cod)计划。在新英格兰东南建立一个区域防空系统(图1)[2]。该系统是一个集成监视网,由3部L波段远程监视雷达AN/FPS-3(雷达威力330km)、12部补盲雷达和4部测高雷达组成,通过电话线把数据传输给中心计算机(旋风),建立跟踪并形成响应发送信息给自己的战机,进行拦截。这一系统于1953年完成,是后续著名的赛其(SAGE)系统的原型。从鳕鱼角系统可以看到系统已用上数字计算机、用数字传输构成一个网,今天来看也是先进的系统 。

林肯实验室雷达性能

射频频率/MHz 570-630
峰值功率/kW 150
脉宽/μs 40(检测)
5(威胁分析)
脉冲压缩
13位巴克码/μs 39
压缩后/μs 3
发射机末极 速调管(G=62dB)
脉冲重复频率/Hz 500
接收机噪声系数/dB <6.5
天线口径 13.7m×7.
雷达的特点是无人值守,采用了相位编码脉冲压缩,杂波对消和速度滤波器,晶体稳定本振STALO和相参本振COHO,4腔速调管,于1955年完成飞行试验。该雷达后来发展成AN/FPS-30雷达,连同AN/FPS-19等用作DEW。
35个DEW站排列在从阿拉斯加到格林兰的圆弧上,几度一个点,DEW站要求极高的可靠性和突防告警能力。这些站工作了25年直到1975年设备被拆除。

林肯实验室发展

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2007 GDC(Game Developers Conference,游戏开发者大会)上,索尼娱乐提出了全新的游戏制作理念,即GAME3.0。该理念的核心在于将游戏内容提供商的地位由世界的构架者转变为了平台的提供者,相比传统游戏的制作理念,Game3.0融入了更多的玩家创造元素,要玩家主导游戏世界的发展。与传统的MMORPG截然不同的是,Game3.0中,游戏虚拟世界的发展完全由玩家所决定,且游戏虚拟世界的构架依托于网络,游戏世界中的大部分角色也都由真正的玩家扮演,任何玩家的任何行为都会对游戏世界中的其他玩家产生影响。
这一理念一经提出,便被迅速应用到了网游产品中。美国林肯实验室开发的《第二人生》是目前运作最为成功的Game3.0作品,其营造的虚拟世界已接纳了相当数量的居民,并形成了其独有的社会系统。呈现给玩家的是一个完全开放的平台,社区化、自由化的游戏模式,让每个身处于游戏的玩家都有了最真实的感受。其高度拟真的游戏世界,让无数来自世界各地的人们相聚在一起,商业元素的应用也促进了游戏异业合作的蓬勃发展,英国BBC等好多国际知名公司在《第二人生》中都建有自己的虚拟社区。
最为著名的“虚拟世界”是林顿实验室的“第二人生”,一个真实世界的翻版,这个镜像世界包含数字办公室、教堂和存有虚拟金钱的银行。虚拟世界里的初级成员都是自由的,但是用户要用真正的美元来支撑在线活动。
国防部正在购买“第二人生”里的四个“岛屿”,每个岛屿能容纳60个用户。三月份,国防部的信息资源管理学院要开放第一个岛屿,包括接待中心、会议中心和危机中(当然有直播新闻)。下一步是被命名为“政府中心”的观众席,其他政府的用户也可以利用。国防部还要应用虚拟人生进行连续作战的实验。
“如果华盛顿发生事情,我们想要在某个地方会面,那么可供我们的资源之一就是“第二人生”的小岛,”罗宾逊说。
“第二人生”是用开放资源软件建造的,它对任何人来讲都是可以自由利用的。对需要虚拟环境的军事用户来讲,必须要对“第二人生”加强安全性问题。针对政府用户的安全而私有的世界是Forterra系统公司的OLIVE系统。它是不对称战争虚拟训练技术的基础,更加有名气的AW-VTT系统,一个用于检验在伊拉克作战行动中有效性的虚拟世界,它已经被用来训练部队了。Forterra系统公司也正在着手将OLIVE系统应用于海军、国家健康协会、陆军医疗研究指挥和一些情报机构。
虚拟世界的吸引力是什么?它具有像召开可视会议这样明显的功能。可以取代飞行或电视会议,用户在虚拟的会议室里用他们的替身进行会面。替身能够使用数字化的白色写字板,引进多媒体或引导同行进行通过城市或导弹阵地的3D散步。罗宾逊取消将现场交给加拿大的观众,在那里她和参与者都在“第二人生”中。“仅飞机票一项就为我节省了2500美元,”她说。
情报机构对将虚拟世界看作为3D环境和数据协作可视化感兴趣。“最有趣的是英特尔公司正着手开发的虚拟环境,该公司拥有一个分析数据的空间”,罗宾逊说。迄今为止,它还只处于概念层次,但是罗宾逊认为这个想法是有前途的。
“个人有他们自己工作的数据空间,这个空间从三维到二维。他们可以转移数据,所以你不必担心桌面上的保密文件。你有操作面板和其它的一些东西,”她说。
“更大的空间是你与其他人协作的地方。我看见的一个有趣的虚拟东西是你能走进一个有数据节点的房间,点击它们,然后调出不同的数据,接着移动它并组合它。数据成为你走进的虚拟空间。节点能以不同的方式存在。它是一幅概念性地图或矩阵。节点是你查询更深层信息或专门文件的仪表板。它是一个有能挖掘信息软件的地方”,罗宾逊补充道。
根据罗宾逊所说的,虚拟世界的immersiveness对认知有深远意义的影响。“虚拟世界所发生的事情更加immersive因为一些事情是代表你。它代表你越多,你被关联就越多,你的头脑能够区别你和替身就越少。”
然而,在政府挺进虚拟未来之前,要克服的障碍是显而易见的。最大的障碍就是安全性,正如罗宾逊所说:“我们怎么知道那个虚拟的替身就是他所说的那个人呢?”

林肯实验室成功经验

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创新精神
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林肯实验室55年发展的历史,可以说是一部不断创新雷达技术的历史。AN/FPS-17首部超千公里雷达,磨石山首部5000km跟踪雷达, Haystack世界上最大威力的多用途雷达,世界上首部宽带成像雷达Alcor,远程毫米波雷达MMW和上千公里的火池激光雷达等,都是雷达发展史上具有里程碑意义的产品。
50年锲而不舍最终解决目标识别问题
众所周知目标识别是弹道导弹防御最棘手、最困难的问题,实验室花费巨大的人力、财力建立目标数据库,并通过精密测距和测速,特别是宽带和超宽带(子频段的连接)达到10GHz带宽的极高分辨力,可产生高分辨三维目标图像,并利用超高速并行处理器获得准实时目标图像,完成了目标识别算法,帮助导引头识别目标。
身份特殊权限大
林肯实验室可以说是美军方手中的一张王牌,出现任何雷达方面的军事难题,首先想到的是该实验室。二个反导系统均由实验室牵头,就连越战时防游击队“哨兵”雷达也要实验室解决。它既是技术支撑方,同时又是关键技术的研制方,例如THAAD地基雷达(GBR),实验室负责任务书的拟定,并负责雷达的验收,而其中的目标识别算法等又是实验室提供并负责试验数据的录取和分析。
有两个自己的大型雷达群
一个是实验室附近的“实验室空间监示组合体”(LSSC),拥有MillStone、Haystack、HAX、火池等4部大型雷达,并建成自己的一个目标识别中心;另一个是夸贾林“基尔南再入测量站”(KREMS),拥有ALTAIR、Tradex、AlCOR和MMW等4部大型雷达,使实验室成为掌握国外导弹、卫星和空间碎片最全、最具权威的单位。由于Hagstack具有对3mm碎片的测量能力。因此实验室编目的空间目标的数量最多。
重视国外导弹数据的收集分析
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为此专门建设了Cobra Dane,Cobra Judy和Cobra Gemini三种大型宽带雷达,而且后两部是可移动的。Cobra Gemini又有陆用和海用二种。陆用型可以空运到世界的任何地方,专门收集各国弹道导弹试验的数据,特别是弹头图像,以用作目标识别的基础。这对我们是一个重要警示,可能我们靶场的周边就有这种数据收集雷达
极重视预先研究和基础研究
1958年进入反导领域后,实验室工作的切入点是再入物理现象的研究。从再入模拟靶场(RSR)和阿西纳导弹、AMRAD雷达等花费了巨大的人力、物力,这是目标识别的基础工作。1977年实验室进入反巡航导弹的工作,又是从极基础的工作,如杂波测量、传播研究、机载导引头试验台,仅导引头试验台飞行550架次。反巡航导弹的基础研究花费20年时间,只有这样才对反导弹中的复杂问题有清楚而深刻的认识。
旧雷达的升级改造
实验室拥有二个大型雷达组合体。大多数雷达是上世纪六七十年代研制的,磨石山雷达建成于1957年,曲得克斯雷达建成于1962年。但这些雷达经过不断的升级、改造一直使用到今天。磨石山原是UHF圆锥扫描,现已改成L波段单脉冲。1999年这二个组合体雷达用货架产品(COST)进行了新一轮的改造,使之现代化。如ALCOR雷达改造后计算机运算速度达到50亿次/秒,可进行准实时图像处理。
关键技术在手
实验室在雷达关键技术,包括关键元器件的研究始终处于前沿。在20世纪50~60 年代风琴管扫描器、相位编码脉冲压缩、噪声系数为0.5dB量级的冷参放和精密滤波器组速度测量都是极先进的技术。进入反导领域后除识别工作外,在移相器、相控阵理论、T/R模块、声表面波反射阵信号处理器及超大型天线形面公差控制测量至当今的超导移相器研究等,对雷达先进技术的研发充满了进取精神。
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