来源 | 雷达信号处理matlab

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隐身飞机及其主要隐身方法

隐身飞机（Stealthy Aircraft）是自 20 世纪 80 年代以来军用雷达面临的最严重的电子战威胁。隐身飞机的特点就是显著地减小了目标的散射截面积（RCS），目前隐身飞机对微波雷达的 RCS 减小了 20～30 dB，下表给出了目前几种飞机在微波频段对同一雷达的 RCS。

图源自网络

根据一些研究资料报道：隐身目标在微波段的 RCS 很小，如美国隐身战斗机 F-117A 在微波波段的 RCS 仅约  ，而在主谐振区的散射截面积却高达  ，提高了近 1000～2000 倍。

雷达探测入侵飞机时主要是依靠飞机鼻锥方向的 RCS，这时 RCS 主要由大后掠角的机翼的前沿决定，RCS 值与波长成正比。下图为不同波长信号对飞机的探测。

图源自网络

由图可知，战机机翼对雷达信号的反射强度较大（即机翼的 RCS 较大），且波长越短（频率越高），其反射强度越大。

根据国外公布的一些数据，在常用雷达频段，常规战斗机根据 RCS 按  来推算，隐身飞机迎头方向的 RCS 见下表。可见，隐身飞机的 RCS 减少了十几分贝至30 分贝。

图源自网络

对雷达截面积减缩的技术途径主要有：外形隐身技术、雷达吸波材料隐身技术、无源对消技术和有源对消技术，其中最常用、最为有效的技术是前两种。另外等离子体隐身技术亦具有较好的应用前景，因而不少国家已开始进行更深入的研究。

外形隐身技术

外形隐身技术是通过改变目标的形状，在一定角域范围内显著地减小其 RCS 特征，一般是修改目标的表面和边缘，使其强散射的方向偏离单站雷达入射波的方向。

但是它不可能在全部的立体角范围内对所有的观察角都达到这一点，因为雷达入射波总会在一些观察角上垂直入射到目标的表面，这时目标的 RCS 就很大。

外形隐身的目的就是将这些高 RCS 区域移至威胁相对较小的空域中。如对飞机采用翼身融合技术，大部分采用圆滑过渡，从而取消了在宽角范围内有强反射特性的直角反射结构，显著降低了雷达的截面积。

美国的 F-117A 是世界上第一部由电子工程师设计的飞机外形，如下图所示，它采用了 66.5° 的大后掠角，其光学和雷达的特征最低。

F-117A 由机翼和机身以及垂尾和平尾构成了强反向源，并采用非直角结构显著地降低了这些两面角的反射。如机身机翼两面角约为 130°，在侧向一个很大的俯仰范围内比直角结构的反射要低 20dB 左右。垂尾采用 V 形外倾结构，与平尾夹角约为 50°，且超出平尾和机身，向后延伸成菱形尾翼，显著地减小了角反射器效应。

雷达吸波材料隐身技术

雷达吸波材料隐身技术基于通过吸收电磁波能量来减小反射回波的能量，它是最早实际应用于隐身的技术。吸波材料主要有表面涂层材料和结构型复合材料两类。

图源自网络

目前大量使用的表面涂层材料是铁氧体吸波材料，其可使一定频带内的反射回波降低 20～30dB，为了扩展吸收频带，采用分层结构或参数渐变结构，如一种优化的 4 层磁性吸波材料在 1～15 GHz 范围内具有最小的反射率，而自身厚度不超过 7.5 mm。

还有很多种其它涂层吸收剂，如对电磁波具有吸收、透波和偏振功能的金属及其氧化物磁性超细粉末，吸波性能良好的碳化硅耐高温陶瓷，能减少入射电磁波的反射及吸收电磁波的属性材料，能减弱电磁波反射的电子型高聚物材料，对电磁波具有良好吸收性能的纳米材料等。

结构型吸波材料是一种复合材料，其以环氧树脂、热塑料等为基体，填充了铁氧体、石墨等吸波材料，并由具有低介电常数的石英纤维、玻璃纤维等组成。这种材料既能减弱电磁波散射，又比一般金属材料铝、钢等重量轻、刚度强、强度高。

等离子体隐身技术

利用等离子发生体在飞机、导弹等兵器表面形成一层等离子云，通过对离子体的能量、电离度、振荡频率和碰撞频率等参数的设计，使照射到等离子体上的电磁波部分被吸收，部分被改变传播方向，从而使直接反射的电磁波大为减小。

图源自网络

等离子体隐身技术的主要优点是：隐身频带宽，隐身效果较好，使用简便，使用时间长，费用较低，维护费用也大大降低，而且不需要改变飞行器的外形设计。

但这种技术也存在一些问题，如在飞行器上所安装的等离子体发生器的部位目前尚无法隐身，而且要求的电源功率较大，设备体积也就显得过于庞大。

不同波段雷达照射F-35时回波强度（图源自网络）

目前这些隐身技术存在一定的局限性：

• 当被照射物体大小与波长相近时，从物体反射的反射回波产生谐振现象，形成较强的反射波

• 对于波长较长的雷达，吸波涂层难以达到所要求的厚度，吸波效果不明显

• 在高频区（20GHz 以上），机体不平滑部位产生角反射，导致 RCS 增大，特别是在某些方向上的 RCS 明显增大

• 当目标散射角大于 130° 时，RCS 明显增加

• 隐身目标的 RCS 减小通常是对单基地的后向散射而言，其侧面、背面、腹部是隐身技术的薄弱环节

• 隐身飞行器所采用的隐身外形、涂层只在一定的频率范围内起作用

雷达反隐身技术

根据隐身技术的局限性，现代雷达的反隐身手段或措施主要有：

• 短波超视距雷达技术。该项技术的优点是：超视距雷达工作在 3～60 MHz，被照射目标产生较强的谐振型后向散射；且外形隐身技术对该雷达影响很小

• 甚高频（VHF）与超高频频段（UHF）雷达技术。波长较长的甚高频（100～300 MHz）和超高频（300～500 MHz）雷达，当克服了目前存在的抗干扰能力低、测角精度和角分辨能力差等缺陷后，可成为对中远距离飞行的隐身飞机进行警戒的地面雷达，甚至实现引导、拦截飞机的有效手段，也有希望作为预警机上效率较高的雷达，完成对超低空飞行的隐身飞机执行警戒和引导飞机实现对其拦截的任务

• 多基地雷达技术。多基地雷达的优点是从多个角度观察目标，降低了隐身目标的隐身效能，且生存力强。其缺点是仅能在发射机波束与接收机的作用范围交叉的区域发现目标，需要进行空域的同步等

• 采用空载平台雷达，从空中俯视目标的上部，系统装在空中平台上。采用天基测量系统，将系统安装在卫星上

• 采用超宽带雷达。所发射的极窄脉冲具有很宽的频率范围（覆盖整个L、C和S波段）；不是利用多普勒效应测速，而是利用某种编码来识别目标

JY-26反隐身米波雷达（图源自网络）

尽管隐身技术使得一般雷达难以发现隐身目标，但是现代雷达可以综合利用频率域、空域的技术手段或措施，空-天-地多基地雷达和雷达组网等，以及优先发展低频段雷达技术，就可以实现对隐身目标的探测。

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