雷达隐身技术的发展及应用

                       马云方 2012034020018

           (电子科技大学 微电子与固体电子学院 应用化学系  ，成都 四川  610054 )

      摘 要 ：阐述了雷达隐身技术的理论及基本原理， 对采用外形隐身、材料隐身、对 消技术、干扰技术等雷达隐身技术的机理和方法进行了分析，介绍国内外新型隐身技术发展趋势及应用进展情况。 

         关键词 ：隐身技术 隐身材料 

引 言 

    现代无线电技术和雷达探测系统的迅猛发展,极大地推动了战争防御系统的搜索、跟踪目标的能力，传统的作战武器所受到的威胁越来越严重。隐身技术作为提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段，已经成为集陆、海、空、天、电磁五位一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段,并受到世界各军事大国的高度重视。

    隐身技术是通过采用独特的外形设计和吸波、透波材料，以降低飞机对雷达波的反射；降低飞机发动机喷气的温度或采取隔热、散热措施，减弱红外辐射。由于在未来战争中,雷达仍将是探测目标的最可靠手段,因此隐身技术研究以目标的雷达特征信号控制为重点,同时展开红外、声、视频等其它特征信号控制的研究工作,最后向多功能、高性能的隐身方向发展。本文首先分析了隐身技术的理论及基本原理，然后对隐身技术进行具体分析，最后介绍隐身技术方向发展趋势。

1 雷达隐身理论基础 

雷达隐身的本质就是使敌方雷达无法准确地探 测到目标的回波信号。目标的雷达散射截面积 ( ＲCS) 表征目标返回到雷达的回波信号幅度。所 以，要实现雷达隐身，核心就是降低目标 ＲCS。 

1. 1 基于雷达方程的 ＲCS 分析    

   雷达最大作用距离方程:

   其中: Ｒmax 为雷达的最大作用距离; Pt 为发射功率; Smin 为接收机可辨识的最小功率; G 为天线增益; λ 为雷达工作波长; σ 为雷达散射截面。 由公式可知，雷达的探测距离 Ｒmax 的四次方与目标的散射截面积 σ 成正比。若要减少雷达的探测距离，必须降低目标自身ＲCS。ＲCS 与照射功率、飞行器离雷达距离远近无关，只与目标表面导电特性、结构、材料、形体和姿态角等有关。所以，雷达 隐身可以通过改变目标的外形、材料结构和电磁特 征来实现。 

1．2 基于电磁散射的 ＲCS 分析 

   ＲCS 是单位立体角内目标朝发射源方向反射的 功率和从给定方向入射于该目标的平面波功率密度 之比。ＲCS 值可通过在不同入射场条件下进行大量 测试获得，而瞬态的雷达入射场又可以通过平台上 传感器检测得到。根据 ＲCS 定义［1］:

    其中: Ｒ 是雷达到目标的距离，Er 是回到雷达的回 波信号电场强度，Ei 是照射到目标处的入射波电场 强度。因此，降低目标 ＲCS 实质就是降低目标的回 波功率或散射波电场强度。实现方法通常有两种: 一是采用外形设计、吸波或透波材料等，降低反射 功率; 二是产生与散射场相干但相位相反的场，实 现有( 无) 源对消。

2雷达隐身技术

    雷达隐身是目前隐身飞行器 采取的主要措施。它通过外形设 计和采用吸波材料或吸波结构材料来大大降低飞行器的雷达散射 截面积。

2.1外形隐身 

    飞行器的外形对飞行器的雷达散射截面积影响最大，所以隐身飞机的外形设计是隐身的主要措施，并被证实确实有显著的效 果。任何一架隐身飞行器都是一 个复杂的形体。虽然可将其分解 成十多个主要的和几十个甚至上 百个较小的形体. 先分别计算出它们每个形体的雷达散射截面 积，再进一步得出整个飞行器的 雷达散射截面积，但每个典型形 体的雷达散射截面积都随着雷达 波的入射方向、波长和极化方向 变化而变化，且各个小形体之间 还存在雷达波的相互干扰。所以 整个飞行器的雷达散射截面积的 计算过程十分复杂。 计算机技术的飞速发展，使 得这种复杂的计算能够在较短时 间内完成。现在美国、俄罗斯等一 些国家已能够模拟和评价各种各 样的隐身外形，从而研究出和不 断完善减缩雷达散射截面积的各 种方法，并建立一定的设计规范。 

2.2材料隐身 

    雷达吸波材料的应用是实现 隐身的主要技术性措施之一，也 是隐身技术中研究的主要内容。 由于气动方面的，飞行器的许多部件无法采用外形隐身，只 能在这些部件上采用雷达吸波材 料来减缩雷达散射截面积。雷达 吸波材料主要有两种：涂敷型雷 达吸波材料和雷达吸波结构材 料。其应用形式有：索尔慈波里屏 蔽层、蜂窝和开放式网状结构、梯 度多层吸波、达伦巴奇层、电路模 拟吸波、乔曼吸波和导电高分子 吸波等。

2.2.1涂敷型雷达吸波材料

    涂敷型雷达吸波材料可分为 磁性吸波材料和介电吸波材料两 类。磁性吸波材料是通过控制添 加的磁性材料的性质和涂敷材料 的厚度来获得材料高导磁率的特性，通过对添加剂和吸收剂进行 适当的选择、集中和分布来调节 吸波材料，使其能在整个涂敷厚 度内达到所需要的阻抗和损耗系 数，从而获得最佳的吸波效能，其 有效设 计厚度仅 0.5~1.25mm。介电吸波材料是将材料 设计成表面阻抗接近自由空间阻 抗、介电系数随离表面的深度增 加而增大，这样有助于吸收电磁 波，并且反射很弱。 该类材料按基料的不同可分 为塑料类、橡胶类、树脂类和其它 类，一般有涂料型和贴片型两 种。涂料型就是把电磁波吸收剂 同粘合剂混合后按涂料的方法使 用；贴片型就是把吸收剂和基料 混合后做成薄片，使用时把贴片 粘贴于金属表面。 塑料类是以泡沫塑料为载体 的隐身材料，这类材料几乎都是 贴片型。 橡胶类材料都是贴片型的， 其基料为各种各样的橡胶，如丁 腈橡胶、天然橡胶、硅橡胶和氯丁 橡胶；吸收剂为铁氧体、导电纤 维、导电碳黑和金属超细粉末 等。这类材料的最大优点是制成 贴片，可以准确地控制厚度，不足 之处是不能用于复杂形体的隐 身。 树脂类材料都是涂料型的， 它通过在树脂基料中加入高吸收 率的电磁波吸收剂来构成，吸收 剂有金属超细粉末、导电碳黑和 铁氧体粉末等。通常为了使吸收 剂发挥高效率，还可以适当地加 入导电纤维。导电纤维的长度由 入射雷达波的波长决定，一般取 波长的一半。涂层的厚度取入射 雷达波长的 " 5 !。最能实现宽频 带隐身的是磁性材料，现在有部 分隐身材料中含有磁性物质。如 果采用多层涂料结构，能得到更 宽频带的隐身效果。 另外，陶瓷片吸波材料特别 能耐高温，适用于高速飞行器鼻尖和进气道等部位的隐身。

2.2.2雷达吸波结构材料 

    雷达吸波结构材料是由吸波 材料和能透过雷达波的刚性材料 相组合而成。它是将非金属蜂窝 结构表面用碳或其它耗电磁能材 料加以处理，然后再把金属蒙皮 粘结在其表面而制成的刚性板 料。它既能吸收高频雷达波，又能 吸收低频雷达波。非金属透波蒙 皮通常用玻璃纤维和芳纶纤维的 树脂基复合材料制成，表面喷涂 吸波材料，蜂窝芯网通常用含有 碳粉类耗电磁能添加剂的树脂浸 渍，从而得到特定的阻抗。 它与涂敷型雷达吸波材料相 比，除了有吸波和承载功能外，还 有其它显著的特点，如有助于拓 宽吸波频带，不增加飞行器的重 量等，所以它有逐步取代涂敷型 雷达吸波材料的趋势。 雷达复合结构材料已经历了 由玻璃纤维增强到碳纤维及其混 杂纤维、由次承力件到主承力件、 由热固性树脂到热塑性树脂的发 展过程。随着先进复合材料在飞 行器上应用的不断扩大，采用吸 波结构材料已成为新一代军用飞 行器材料研究的重要方向。可以 这样说，吸波材料的发展在很大 程度上影响着隐身材料乃至整个 隐身技术未来的发展趋势。[2]

2.2.3几种先进的隐身材料 

    目前，隐身材料正在向宽频 带、薄厚度、轻重量、强吸收等高 性能方向发展，同时各国还在不 断开发新机理吸波材料。现在世 界军事大国正在研究开发以下几 种先进的隐身材料： 导电高分子隐身材料 、手征隐身材料 、纳米隐身材料 、放射性同位素隐身材料、电路模拟隐身材料 、视黄基席夫碱盐隐身材料 、稀土隐身材料等

2.3无源对消与有源对消  

    无源对消技术又称自适应阻 抗加载技术。它通过精密机加工 在目标表面形成洞、腔体或缝隙， 在不影响气动外形的前提下，改 变蒙皮表面的电流分布，被动地 产生与雷达回波频率、振幅相等 但相位相反的附加波，与雷达回 波相互抵消；或者在缝隙中接上 分布或集中参数的电阻、电容元 件，以控制其二次辐射，使其表面 的负载阻抗与自由空间波的阻抗 相匹配，使雷达波无反射地经过 目标继续在空间传播，从而使雷 达散射截面积减小。由于飞行器 外形复杂和雷达频率范围很宽等 因素，用这种方法减缩飞行器的 雷达散射截面积是十分复杂和困 难的。 

    有源对消技术是指在飞行器 上装备有源对消电子设备，以产 生适合对消的电磁波，通过相消 干涉减弱或消除反射波。这种方 法比无源对消具有通用性，能极 为有效地减缩飞行器的雷达散射 截面积，是一种具有发展前景的 隐身技术。但它要求飞行器上具 有能够测出入射雷达波频率、入 射角、波形和强度的高性能传感 器等对消电子设备，并能实时地 产生对消所需要的电磁波信号， 因此技术难度比较高，到目前为 止尚未有实际应用。

2.4无源干扰和有源干扰

    无源干扰技术从原理上看主 要有两种途径： 

2.4.1欺骗式

    在目标周围制造假的目标信 号，增大对方的识别难度和时间 以及使其出现识别错误，最终丢 失目标。目前，欺骗式无源干扰主 要是以箔条为主要研究对象，它 在射频对抗特别是厘米波干扰中 起着极为重要的作用。另外，新型 箔条材料对毫米波也具有有效的 干扰作用。 

2.4.2遮蔽式 

    在目标信号的传输途径上施 放干扰介质，使目标信号受到衰 减或压制，从而使对方无法发现 或无法分辨目标，以致丢失目 标。遮蔽式干扰主要利用干扰介 质中每一质点的吸收和空间上总 散射的作用之和所产生的衰减作 用，它的主要根据是米氏散射理 论。目前由于毫米波技术的飞速 发展，毫米波无源干扰技术的研 究日益受到重视。 

    有源干扰技术采用的主要措 施是设法测出敌方雷达威胁的工 作频率，然后用这种频率发射电 磁波，使敌方雷达屏幕上出现虚 假信号，从而保护隐身飞行器。这 项技术尤其是对于局部隐身的飞 行器，将大大提高其生存能力。目 前，美国正在研制一种新型诱 饵。它能发射甚高频、特高频和微 波信号，可以模仿飞行器，以达到 隐身目的。[3] 

3隐身技术的发展趋势 

3.1未来的隐身材料

    传统的隐身材料以强吸收为 主要目标，新型的隐身材料要求 满足“薄、轻、宽、强”，而未来的隐 身材料则应满足多频谱隐身、环 境自适应、耐高温、耐海洋气候、 抗核辐射等更高要求，以适应未 来战场的需要。其中多频谱隐身 材料与智能型隐身材料将成为隐 身材料的两个主要发展方向。 

3.1.1多频谱隐身材料

    迄今为止的隐身材料都是针 对厘米波雷达（2~18GHz),而先 进的红外探测器、米波雷达、毫米 波雷达等先进探测设备的问世， 要求隐身材料在不久的将来要发 展成为能够兼容米波、厘米波、毫 米波、红外、激光等多波段电磁隐 身的多频谱隐身材料。单波段隐 身材料在未来将不再具有实战意 义。在同一目标上使用的材料不 应该再是单功能多层结构，而希 望采用多功能材料，实现四个或 五个波段的多功能隐身材料一体 化设计。 

3.1.2智能型隐身材料

智能型隐身材料是一种具有 感知功能、信息处理功能、自我指 令并对信号作出最佳响应的功能 的材料系统或结构。目前这种新 兴的智能材料和结构已在军事和 航空航天领域得到了越来越广泛 的应用。同时这种根据环境变化 调节自身结构和性能，并对环境 作出最佳响应的概念，也为隐身 材料和结构的设计提出了一个崭 新的思路，使智能隐身目标的实 现成为可能。 

3.2等离子体隐身技术 

据报道，俄罗斯已推出了等 离子体隐身技术。这种新技术一 出现就备受美国等国家的强烈关 注。据估计俄罗斯的 21世纪隐身 战斗机 1.42上应用了该技术，因 为其外型不同于美国的F-117A和 B-2等的隐身设计。 

等离子体隐身技术是利用等 离子体对电磁波具有绕射和吸收 能力的特性，回避雷达探测系统 的一种技术。实验证明，应用该技 术可使一个 13cm长的微波反射 器的雷达散射截面在4~14GHz频率范围内平均减小20dB，即雷 达获取的回波能量减少到原来的 1%。

等离子体技术的关键是在飞 行器的飞行环境下在其周围产生 等离子云团，且对等离子体能量、 电离度、振荡频率和碰撞频率等 特征参数进行设计，使其能满足 对雷达波的吸收和绕射的特定要 求。

 自 20世纪 60年代起，美国 和俄罗斯等军事强国就开始了等 离子体吸收电磁波性能的研究。 到 20世纪 80年代，俄罗斯最早开始进行等离子体在高空超声速飞行器上的潜在应用研究。近几 年来，俄罗斯在等离子体技术方 面取得了突破性的进展，已经领 先于美国。 

与美国 B-2、F-117、F-22 等广泛采用的外形和材料隐身技 术相比，等离子体隐身技术具有 如下独特的优点：

———吸波频带宽，吸收率高，隐身效果好，使用简便，使用时间长，价格极其便宜； 

———无需改变飞机等装备的气动外形设计，由于没有吸波材料和涂层，维护费用大大降低； 

———俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不会影响飞行器的飞行性能，还可以减少30%以上的飞行阻力。 

3.3 应用微波传播指示技术 

微波传播指示技术是利用计 算机预测雷达波束在不同大气条 件下传播发生畸变所产生的“空隙”和“波道”，使突防飞行器在雷达覆盖区的“空隙”、“盲区”和“波 道”外飞行，以避开敌方雷达的探测，从而顺利地实现突防。美国海 军航空兵司令部和英国费兰蒂计 算机有限公司对微波指示技术进 行了深入的研究。 

3.4应用仿生技术 

   实验证明，海鸥虽与燕八哥 的形体大小相近，但海鸥的雷达 散射截面积比燕八哥大 200倍。 蜜蜂的形体小于麻雀，但它的雷 达散射截面积比麻雀大16倍。有 关科学家正在研究这些现象，试 图采用仿生技术，寻求新的隐身 技术。[4]

4结束语

 随着探测技术 的发展 , 隐身技术也在不断地深 人和 拓展 。 雷达隐身技术与隐身材料将是未来 隐身技术中的“ 主角” 。从现在周边环境的发展趋势 来看，我国的军用飞行器在未来 的作战环境中将面临严峻的挑 战。因此，发展高性能的隐身飞行 器刻不容缓，必须加大这方面的 研究力度和经费，同时加快现有 隐身技术的应用，对现役的作战 飞行器进行部分隐身改装，以提 高作战和生存能力。近几年发展 起来的等离子体隐身技术有其独 特的优点，将其用于非隐身作战 飞行器的隐身改装和隐身作战飞 行器是可行的，应该开展这个方 面的研究工作。!

                        参 考 文 献

［1］ Merrill I Skolnik． 雷达系统导论． 北京: 电子工业出版 社，2010 

［2］ 隐身技术发展现状与趋势   夏新仁

［3］ 雷达隐身技术分析及进展    师俊朋

［4］ 现代飞机的雷达隐身技术     陶东香