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雷达隐身与反隐身技术发展现状与趋势


雷达隐身与反隐身技术发展现状与趋势
2011034010016



要:

在现代战争中,被誉为“千里眼”的雷达既要监视和搜索敌方目标又要做到 不被敌方侦察和电子支援系统发现, 从而避开反辐射导弹和隐身目标的打击与威 胁。 因此从某种意义上说, 现代雷达必须兼具隐身与反隐身特性才能在现代战场 环境中处于优势

地位。

1

雷达隐身技术实现雷达隐身的主要技术途径:

(1)材料隐身,采用雷达吸波材料和透波材料达到隐身的效果; (2)电 子措施隐身,利用各种电子手段达到隐身的效果; (3)等离子隐身技术,利用 等离子体对电磁波传播的影响达到隐身的效果。

1.1 材料隐身
雷达吸波材料按其用途可将其分为涂料和结构型吸波材料; 按工作原理可分 为干涉型和转换型。 干涉型是使雷达波在入射和反射时的相位相反,或材料表面 的反射波与底层的反射波发生干涉,相互抵消。转换型是材料与雷达波相互作用 时,产生磁滞损耗或介质损耗,使电磁波能量转为热能而散发掉。 1.1.1 雷达吸波涂层

这是涂敷在武器表面的一类吸波材料, 它由胶粘剂中加入具有特定介质参数 的吸收剂制成, 吸收剂的特性决定吸波涂层的吸收雷达波的性能。目前采用的吸 收剂主要有:羟基铁吸收剂、铁氧体吸收剂、耐高温陶瓷、导电高聚物材料、纳 米材料、多晶铁纤维吸收剂等等。 1.1.2 结构型吸收雷达波材料

这是以非金属为基体(如环氧树脂、热塑料等)填充吸波材料(铁氧体、石 墨等) 、 由低介电性能的特殊纤维 (如石英纤维、 玻璃纤维等) 增强的复合材料,

它既能减弱电磁波散射又能承受一定的载荷。与一般金属材料相比,重量轻、刚 度强、强度高。 1.1.3 智能型隐身材料

这种材料能感知和分析不同方位到达的电磁波特性或光波特性, 并做出最佳 响应,以达到隐身的目的。从结构上看,智能材料实际上是器件和线路的集成。

1.2 电子措施隐身
在当前战争中各种电子设备自身的隐身特性也至关重要, 如何尽早发现对方 同时又不被对方发现也是现代战争中提高自高生存力的重要因素之一。 目前主要 采取的方法有: (1)电子干扰和欺骗 利用电子干扰手段提高飞行器或设备在 战场上生存能力的主要手段有: 由侦察设备搜寻出对自己有威胁的雷达频率,用 这种频率发射脉冲, 使对方雷达显示屏上出现虚假信息;利用电子干扰设备不断 发送干扰信号;采用诱饵系统,针对敌方探测发送欺骗信号误导敌方,从而保护 真实目标。 (2)有源对消 利用相参信号的干涉效应,采用相干手段使目标散 射场和人为引入的辐射场在敌方雷达探测方向相干对消, 在雷达接收天线处与目 标真实回波相抵消, 从而减弱雷达接收到的目标真实回波, 达到隐身的效果。 (3) 采用无源探测手段 无源探测手段主要有两种:一种是靠目标自身的辐射探测和 跟踪目标,目标本身就是辐射器,辐射源是自身所携带的各种电子设备;另一种 是利用别的辐射器发射电磁波探测和跟踪目标,目标本身不直接发射电磁波,辐 射来源有可能是各种现存的商业或民用无线电和电视广播信号。 无源设备本身不 发射射频能量,所以不能被截获,从而可以避免反辐射导弹的攻击。 (4)采用 低截获概率雷达 低截获概率雷达通常采用多种综合措施,使雷达被探测的概率 减为最小。低截获概率雷达一旦捕获到目标,立即自动调节辐射能量,降低到跟 踪目标所需的最小功率值,在时间、空间、相位和频率方面控制雷达的发射,并 快速改变其发射频率,从而降低自身被发现的概率。 (5)采用连续波雷达 连 续波雷达工作时将连续波雷达信号变成编码噪声,扩频后分布在一个大频带上, 隐藏在敌方侦察接收机的噪声电平以下,从而降低被侦测到的概率。这种雷达可 有效地工作于反辐射导弹和电子干扰环境下。

1.3 等离子体隐身技术
等离子体隐身的基本原理是:利用等离子体发生器、发生片,或者放射性 同位素在武器表面形成一层等离子云,通过设计等离子体的特征参数,使照射到 等离子云上的一部分雷达波被吸收,一部分改变传播方向,从而返回到雷达接收 机的能量很少,达到隐身的目的。据报道,采用等离子体隐身技术的飞行器被敌 方发现的概率可降低 99%。

2 雷达反隐身技术
尽管雷达隐身技术可以大大降低雷达的探测距离, 但真正实现零信号特征的 载体是不可能的。 因此, 人们利用隐身目标的各种特征来实现对隐身目标的探测 跟踪。目前,国外的反隐身技术是通过以下技术途径实现:

2.1 提高雷达的探测性能
隐身目标通常都有一定的雷达散射截面积(1m2 以下) ,如果提高常规雷达 的设计技术指标,也能探测到隐身目标。 采用大时宽脉冲压缩技术、频率合成 技术、增大雷达发射功率等措施,可以提高雷达的作用距离,也具有一定的反隐 身能力。采用传统技术改进常规雷达可以取得明显的反隐身效果,例如:美国研 制的 FPS-108 高功率大型相控阵雷达,其峰值功率达 15.4 MW,平均功率 1 MW, 探测半径 3600 km,可探测到 1500 km 范围内的雷达 RCS 只有 0.1 m2 的隐身 目标,可有效地对付 B-2 隐身轰炸机。

2.2 扩展雷达的探测视角
海湾战争期间, 美国的 E-3A 预警机就曾多次发现 F-117A 隐身战斗机。一架 预警机相当于 30 多部地面雷达的探测能力, 可以使机上的雷达随飞机同步运动, 大大减少了地面雷达可能出现的盲区和死角。 一旦预警机上的雷达探测到某种隐 身目标,机上的计算机系统立即算出隐身目标的航向、高度、速度等有关数据, 把各种信息迅速加以综合处理, 并在极短的时间内提供攻击方案。采用空中和天 基探测系统,改进机载预警系统,不失为一种有效的 雷达隐身与反隐身技术发展综述 第 3 期 曹丽梅 等:

2.2.1

空中平台监视系统

隐身飞行器的隐身重点多放在鼻锥方向(±45°)范围内,其次才考虑侧面 和尾部, 至于顶部采用的隐身措施通常较少。通常探测系统安装在空中或空间平 台上,通过俯视探测,提高对雷达截面较小目标的探测概率。预警机和具有下视 能力的飞行器一般都具有探测隐身目标的能力。 2.2.2 双(多)基地雷达组网

双 (多) 基地雷达是将发射机和接收机分别部署在远离战场的安全地方和战 区的前沿,接收机是无源工作的。根据隐身目标散射雷达波信号的空域特性,采 用双(多)基地雷达系统及其组网的模式,可从多视角探测隐身目标,可以抑制 其 RCS 的缩减,将不同频段双(多)基地雷达组成雷达网,不仅可以扩大雷达的 覆盖范围, 而且可以提高对隐身目标的探测和跟踪能力, 取得显著的反隐身效果。 多基地雷达的发射站和接收站相对目标之间的夹角越大, 就更有可能捕获到隐身 目标。

2.3 扩展雷达工作波段范围
增大普通雷达的波长是一种反隐身的有效途径。 当雷达波长与被照射的隐身 目标某部分尺寸接近时, 其反射的回波与传播波之间会产生谐振,形成强回波尖 锋, 这就是增大雷达波长反隐身的原因。 隐身目标通常是针对厘米波雷达设计的, 它采取的技术措施对米波、毫米波和激光雷达效果不大。因此,将雷达的工作波 段向米波段和毫米波段甚至红外波段、激光波段扩展,都将具有一定的反隐身能 力。 2.3.1 超视距雷达

超视距雷达工作在米波波段(波长约为 10~60m;频率在 3~30MHz 范围) , 它将大功率电磁波发射到地球表面的电离层,电磁波受电离层折射后,返回远区 的地面,照射到相应的地域、海域,若在照射区域内出现雷达目标就会产生雷达 回波, 其中一部分沿原路径再次通过电离层折射回雷达接收机,从而构成一个以 探测运动目标为主的雷达系统。 由于这种雷达工作波长为 10~60m,隐身飞机 采用的雷达吸波材料对它无效。另外,雷达工作在高频波段,其波长较长,大部 分隐身飞机尺寸及其主要结构的特征均与其波长接近或小于其波长, 属于或接近 谐振区的散射体,其 RCS 大于光学区的 RCS。由此可见,超视距雷达是探测隐身

目标最有效的手段。 但由于大片陆地区域会产生雷达地杂波干扰而难以分辨出目 标信号,因此超视距雷达只适合于搜索海域上空的目标。其次,由于要经过电离 层长距离反射,超视距雷达不能探测 900km 半径以内的目标。 2.3.2 毫米波雷达

使用频率远远高于传统的微波雷达的毫米波雷达具有天线波束窄、 分辨率高、 频带宽、抗干扰能力强等特点,并对目标细节反应敏感,形成的目标外形图像可 在雷达荧屏上直接显示出来,具有反隐身能力。 毫米波雷达天线波束发散角一 般仅为 0.1°~1°,当天线口径一定时,约为微波天线波束的 1/2~1/10,这不 仅能提高雷达的角分辨率,能分辨识别很小的目标,而且能同时识别多个目标。 如果使用较小口径的天线, 可获得较高的天线增益,并能减小由天线旁瓣反射引 起的误差,从而有利于跟踪低角度飞行的目标。 由于运动目标引起的多普勒频 移的大小与雷达波长成反比, 因此毫米波测出的多普勒频移比微波雷达高。若采 用相同的接收机带宽与信号处理带宽, 则毫米波雷达较之微波雷达具有更高的目 标速度分辨率。毫米波雷达主要适用于防空和“发射后不管”的导弹导引头,以 对付隐身目标和其它目标。 2.3.3 激光雷达

激光雷达是利用激光对隐身目标进行探测与搜寻的装置, 它工作在红外和可 见光波段。 由于目前隐身目标主要针对雷达波和红外线采取隐身措施,它们对可 见光和接近可见光的波段没有明显的隐身效果,再加上激光雷达具有波长短、波 束宽、光束质量高、定向性强、测量精度高、分辨率高,对目标具有识别、姿态 显示和轨道记录等功能,因此激光雷达能有效地探测隐身目标。 激光雷达因它 的工作波长仅为微波雷达的万分之一到千分之一, 所以它比微波雷达的测量精度 高、分辨率好、抗干扰能力强,且体积小;尤其是当它采用小口径天线低仰角工 作时,能跟踪低空和超低空飞行的隐身飞机。

2.4 采用新体制雷达
2.4.1 超宽带雷达

超宽带雷达是指相对频带大于或等于 20%的雷达,通常所说的冲击雷达或无 载波雷达是一种典型的超宽带雷达。这种雷达具有探测隐身目标的能力,因为任 何隐身目标所能对付的雷达波的频率范围总是有限的, 它很可能被超宽带雷达波

中的某种频率的电磁波探测到。 超宽带天线技术发展很快,目前已经研制出增益 为 10~20 dB 的超宽带天线。 2.4.2 无源雷达

无源雷达本身不发射电磁波, 而是利用空中已有的其它非合作辐射源作为目 标的照射源。 任何一架飞机都会产生几种反射模式。无源雷达正是通过寻找这些 反射,确定目标的方位,并在三维电子地图上标绘出其位置。它通过接收来自照 射的直达波和经目标反射的回波,测得目标回波的多普勒频移、到达时差及到达 角等,经处理后实现目标的探测和跟踪。 由于无源雷达它自身不发射电磁波, 利用地面广播电台、电视台、运动或固定平台上的雷达、广播、通信、GPS 卫星 等作为辐射源, 因而系统不容易被敌方侦察系统发现, 可免受反辐射导弹的攻击, 具有很强的系统生存能力和抗干扰能力。它可依托双基地系统,具有空域反隐身 的特征,可探测到隐身目标前向、侧向或向上的散射信号。正在研究中的无源雷 达有单站、双站或多站无源雷达。单站无源雷达适于对隐身目标进行跟踪,双站 或多站无源雷达适于对隐身目标进行定位。 2.4.3 谐波雷达

人们在研究雷达技术时发现, 雷达波照射到金属目标上时, 除了散射基波外, 还散射谐波能量。而雷达波照射到大多数自然物体,包括植物、大地和海洋等, 只产生反射回波, 不产生谐波再辐射。谐波雷达就是根据这种物理现象研制的接 收金属目标的谐波能量信号作为其回波信号的雷达。 隐身飞行器虽然采用了雷达 吸波材料,但作为金属目标,当它受到雷达波照射时仍会产生谐波再辐射。 2.4.4 相控阵雷达

相控阵雷达是利用电磁波相干原理, 通过计算机控制输往天线面上许多个阵 元电流相位的变化来改变波束的方向,从而完成天线在天空的扫描。相控阵雷达 将多个发射单元的功率在空间合成,形成高能脉冲,提高了本身的发射功率,因 而具有探测隐身目标的能力。 2.4.5 合成孔径雷达

合成孔径雷达利用雷达与目标间的相对运动将雷达在每个不同位置上接收 到的目标回波信号进行相干处理, 这样小孔径天线就能获得大孔径天线的探测效

果, 具有很高的目标方位分辨率,再加上应用脉冲压缩技术又能获得很高的距离 分辨率使得雷达的分辨率大大提高,因而能探测到隐身目标。

3 结束语
隐身技术与反隐身技术之间的竞争,最终将会使两种技术相互促进、共同发 展。 任何一方的技术突破带来的失衡必然会导致另一方技术的奋起直追。技术上 的领先和创新将是未来战争中出奇制胜的法宝。


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