科技發展：“解密探索”隱身與反隱身

隱身飛機及其主要隱身方法

    隱身飛機（Stealthy Aircraft）是自 20 世紀 80 年代以來軍用雷達面臨的最嚴重的電子戰威脅。隱身飛機的特點就是顯著地減小了目標的散射截面積（RCS），目前隱身飛機對微波雷達的 RCS 減小了 20～30 dB，下表給出了目前幾種飛機在微波頻段對同一雷達的 RCS。

根據一些研究資料報道：隱身目標在微波段的 RCS 很小，如美國隱身戰斗機 F-117A 在微波波段的 RCS 僅約 ，而在主諧振區的散射截面積卻高達 ，提高了近 1000～2000 倍。

   雷達探測入侵飛機時主要是依靠飛機鼻錐方向的 RCS，這時 RCS 主要由大后掠角的機翼的前沿決定，RCS 值與波長成正比。下圖為不同波長信號對飛機的探測。

由圖可知，戰機機翼對雷達信號的反射強度較大（即機翼的 RCS 較大），且波長越短（頻率越高），其反射強度越大。

根據國外公布的一些數據，在常用雷達頻段，常規戰斗機根據 RCS 按 來推算，隱身飛機迎頭方向的 RCS 見下表。可見，隱身飛機的 RCS 減少了十幾分貝至30 分貝。

對雷達截面積減縮的技術途徑主要有：外形隱身技術、雷達吸波材料隱身技術、無源對消技術和有源對消技術，其中最常用、最為有效的技術是前兩種。另外等離子體隱身技術亦具有較好的應用前景，因而不少國家已開始進行更深入的研究。

外形隱身技術

   外形隱身技術是通過改變目標的形狀，在一定角域范圍內顯著地減小其 RCS 特征，一般是修改目標的表面和邊緣，使其強散射的方向偏離單站雷達入射波的方向。但是它不可能在全部的立體角范圍內對所有的觀察角都達到這一點，因為雷達入射波總會在一些觀察角上垂直入射到目標的表面，這時目標的 RCS 就很大。

  外形隱身的目的就是將這些高 RCS 區域移至威脅相對較小的空域中。如對飛機采用翼身融合技術，大部分采用圓滑過渡，從而取消了在寬角范圍內有強反射特性的直角反射結構，顯著降低了雷達的截面積。美國的 F-117A 是世界上第一部由電子工程師設計的飛機外形，如下圖所示，它采用了 66.5° 的大后掠角，其光學和雷達的特征最低。

F-117A 由機翼和機身以及垂尾和平尾構成了強反向源，并采用非直角結構顯著地降低了這些兩面角的反射。如機身機翼兩面角約為 130°，在側向一個很大的俯仰范圍內比直角結構的反射要低 20dB 左右。垂尾采用 V 形外傾結構，與平尾夾角約為 50°，且超出平尾和機身，向后延伸成菱形尾翼，顯著地減小了角反射器效應。

雷達吸波材料隱身技術

    雷達吸波材料隱身技術基于通過吸收電磁波能量來減小反射回波的能量，它是最早實際應用于隱身的技術。吸波材料主要有表面涂層材料和結構型復合材料兩類。

目前大量使用的表面涂層材料是鐵氧體吸波材料，其可使一定頻帶內的反射回波降低 20～30dB，為了擴展吸收頻帶，采用分層結構或參數漸變結構，如一種優化的 4 層磁性吸波材料在 1～15 GHz 范圍內具有最小的反射率，而自身厚度不超過 7.5 mm。

還有很多種其它涂層吸收劑，如對電磁波具有吸收、透波和偏振功能的金屬及其氧化物磁性超細粉末，吸波性能良好的碳化硅耐高溫陶瓷，能減少入射電磁波的反射及吸收電磁波的屬性材料，能減弱電磁波反射的電子型高聚物材料，對電磁波具有良好吸收性能的納米材料等。

結構型吸波材料是一種復合材料，其以環氧樹脂、熱塑料等為基體，填充了鐵氧體、石墨等吸波材料，并由具有低介電常數的石英纖維、玻璃纖維等組成。這種材料既能減弱電磁波散射，又比一般金屬材料鋁、鋼等重量輕、剛度強、強度高。

等離子體隱身技術

   利用等離子發生體在飛機、導彈等兵器表面形成一層等離子云，通過對離子體的能量、電離度、振蕩頻率和碰撞頻率等參數的設計，使照射到等離子體上的電磁波部分被吸收，部分被改變傳播方向，從而使直接反射的電磁波大為減小。

等離子體隱身技術的主要優點是：隱身頻帶寬，隱身效果較好，使用簡便，使用時間長，費用較低，維護費用也大大降低，而且不需要改變飛行器的外形設計。

但這種技術也存在一些問題，如在飛行器上所安裝的等離子體發生器的部位目前尚無法隱身，而且要求的電源功率較大，設備體積也就顯得過于龐大。

目前這些隱身技術存在一定的局限性：

• 當被照射物體大小與波長相近時，從物體反射的反射回波產生諧振現象，形成較強的反射波

• 對于波長較長的雷達，吸波涂層難以達到所要求的厚度，吸波效果不明顯

• 在高頻區（20GHz 以上），機體不平滑部位產生角反射，導致 RCS 增大，特別是在某些方向上的 RCS 明顯增大

• 當目標散射角大于 130° 時，RCS 明顯增加

• 隱身目標的 RCS 減小通常是對單基地的后向散射而言，其側面、背面、腹部是隱身技術的薄弱環節

• 隱身飛行器所采用的隱身外形、涂層只在一定的頻率范圍內起作用

雷達反隱身技術

根據隱身技術的局限性，現代雷達的反隱身手段或措施主要有：

• 短波超視距雷達技術。該項技術的優點是：超視距雷達工作在 3～60 MHz，被照射目標產生較強的諧振型后向散射；且外形隱身技術對該雷達影響很小

• 甚高頻（VHF）與超高頻頻段（UHF）雷達技術。波長較長的甚高頻（100～300 MHz）和超高頻（300～500 MHz）雷達，當克服了目前存在的抗干擾能力低、測角精度和角分辨能力差等缺陷后，可成為對中遠距離飛行的隱身飛機進行警戒的地面雷達，甚至實現引導、攔截飛機的有效手段，也有希望作為預警機上效率較高的雷達，完成對超低空飛行的隱身飛機執行警戒和引導飛機實現對其攔截的任務

• 多基地雷達技術。多基地雷達的優點是從多個角度觀察目標，降低了隱身目標的隱身效能，且生存力強。其缺點是僅能在發射機波束與接收機的作用范圍交叉的區域發現目標，需要進行空域的同步等

• 采用空載平臺雷達，從空中俯視目標的上部，系統裝在空中平臺上。采用天基測量系統，將系統安裝在衛星上

• 采用超寬帶雷達。所發射的極窄脈沖具有很寬的頻率范圍（覆蓋整個L、C和S波段）；不是利用多普勒效應測速，而是利用某種編碼來識別目標

盡管隱身技術使得一般雷達難以發現隱身目標，但是現代雷達可以綜合利用頻率域、空域的技術手段或措施，空-天-地多基地雷達和雷達組網等，以及優先發展低頻段雷達技術，就可以實現對隱身目標的探測。