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活雷达

居住在欧、亚、非洲的菊头蝠的捕食方式那就更简便了。由于它们头朝下用一只腿悬挂着,几乎可以旋转360°,用自己发射具有固定频率的超声波“搜索”周围空间,以目标反射回来的超声波的频率高低,来测出目标的距离。这种蝙蝠发现昆虫,就像无线电定位器天线“搜索”天空发现飞机那样准确。蝙蝠鼻周围的马蹄形皮褶起扩音器的作用,把超声波聚集起来,并向一定方向发射出去。菊头蝠突然地猛冲和迅雷不及掩耳的飞行,常给漫不经心飞掠其旁的昆虫以毁灭性的打击。

蝙蝠的回声定位器是非常精致的导航“仪器”。依靠它们,蝙蝠就能在拉紧的比头发还细的铁丝间通行无阻地飞来飞去,甚至在这些铁丝的间隔比蝙蝠翼展稍大一点的时候。有人做过这样的实验:在约10米长的“飞行房间”里,在天花板和地板间拉上0.36毫米粗的铁丝以构成障碍。蝙蝠仍然在其中飞行自如,很少碰着铁丝(平均十有九次碰不着一根铁丝)。假使蝙蝠碰着了铁丝,那通常也只是因为回避得不够利索,翼端擦了一点边。常常是离铁丝总共只有几厘米时,蝙蝠才开始回避,虽然信号频率的增长表明它在1米外已经“看见”了铁丝。蝙蝠飞行得如此迅速,以至于它可能只来得及发出1~2个剩余信号,但是这对要发现比头发还细的铁丝似乎也已足够了。

蝙蝠的超声波定位器,一般重量只有几分之一克,体积为几分之一立方厘米。而现代无线电定位器却有几十、几百,甚至几千公斤重,体积也往往大至几百立方分米。定位系统的一些重要特性,诸如测量距离和目标角坐标的灵敏度,对相互干扰的稳定性(对附近在同一时间工作的,其他定位系统发出的信号不反应的本领),信号对噪声的比值(信噪比)等方面,蝙蝠的定位器超过现在的无线电定位器百倍以上。计算所得的蝙蝠定位器的基本特性的具体数值列于下表:

目标距离(米)〖〗接收功率(瓦)〖〗信噪比〖〗测距误差(米)〖〗测向误差(弧度)3〖〗10-17〖〗1〖〗0.15〖〗3.52.4〖〗2.5×10-17〖〗2.5〖〗0.09〖〗2.21.5〖〗1.6×10-16〖〗16〖〗0.038〖〗0.870.6〖〗6.3×10-15〖〗625〖〗0.0061〖〗0.140.3〖〗10-13〖〗100×102〖〗0.0015〖〗0.035因此,蝙蝠使雷达研究工作者很感兴趣。

在热带还有一种蝙蝠,叫食鱼蝠,又名兔唇蝠,专吃水中的鱼类。它们飞掠水面时,向水里发射超声波,并收听回波,探测在水中游动的鱼类。因为鱼体90%以上是水,几乎不反射水下的声波,但充满空气的鱼鳔对声波却是“不透明”的屏。超声从鱼鳔上反射回来,回声到达空中的蝙蝠时,声音的能量将损失掉99.9%;如果声音垂直入射水面,也只有0.12%反射回来。食鱼蝠的超声信号由于两次经过空气—水界面,声强便只有原来的6.7×10-7。据计算,食鱼蝠由水中鱼体得到的回声,只有普通蝙蝠在空中探测昆虫时得到的回声的1/4。只是根据这种极其微弱的信号,食鱼蝠便降至水面,把粗大的后脚和发达弯曲的爪伸入水中把鱼抓住,边吃边飞。食鱼蝠的耳朵是一种共振器。它能把弱信号增强,也能转向需要的方向,以在回声最强的方向上收集信号。食鱼蝠的探测本领引起了军事技术工作者的注意,他们希望仿制出一种能发现潜水艇的机载雷达。

其他一些动物,也有类似食鱼蝠那样的共振耳。例如,牛、鹿、马、长颈鹿等都有较大的耳朵。耳的直径越大,它增强信号的能力就越显著;耳朵在长度上增加时,“竖起耳朵听”就能探测一个水平的扇形区域,听到可疑的声音,再把耳朵变换一个位置,又探测一个垂直的扇形区域,这样,就为准确确定声源位置创造了条件。根据这个原理,把无线电定位器的天线加长,一根天线水平安装,另一根与它垂直,结果提高了探测目标的准确度。

根据对蝙蝠超声定位器的研究,现已仿制了盲人用的“探路仪”。这种仪器形似手电筒,它由两部分组成:一部分发射超声波(代替光线),另一部分把周围物体反射回来的声音转变成人容易辨别的声信号。这一装置的有效作用距离为10米左右。盲人使用这种仪器可以发现电线杆、台阶、人行道边缘、桥上的人,等等。经过一定的训练后,盲人也可以用它分辨出铺满砂砾的小径和草地。

(选自《自然的启示》,1974年)

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