「軍事科技」- 主動反雷達隱身技術

克里斯Chris

主動反雷達隱身技術

來自：現代雷達科技

主動反雷達隱身技術也稱為雷達干擾技術，指採用有源干擾或無源干擾方法來規避敵方雷達探測設備探測的一種技術。由於它是一種積極主動的雷達隱身技術，相對於被動反雷達隱身技術來說，主動反雷達隱身技術具有成本低、易製造、容易在現有飛機上安裝、維護簡便等優點。該技術近十幾年來越來越受到各國專家的重視，主要包括低截獲概率雷達技術、電磁對消技術、具有壓制性干擾和欺騙性干擾的射頻干擾機／雷達誘餌技術、等離子隱身技術、鋅鉑條、角反射器等。

　　低截獲概率雷達技術

　　這種技術就是在保證完成任務的情況下，盡量減少機載電子設備電磁信號被截獲的機會，如自動管理發射功率，雷達一旦捕獲到目標，立即自動將輻射能量降低到跟蹤目標所需能量的最小值。在時間、空間和頻譜方面控制雷達的發射，並快速改變其發射頻率等，使敵方以為是雜波而難以發現察覺。例如F/A-22的AN/APG-77火控雷達系統就採用了這種技術，它由大約2000個很小的發射／接收模塊組成有源電子掃瞄陣，可以同時進行搜索、干擾和通信功能。它可以在很短的時間內發出電磁波脈衝，而且似乎以隨機變化頻率和波形射向不同的地方，使敵方很難探測或者被搞得暈頭轉向。

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F-22利用雷達等傳感器和計算機存儲器識別敵方的雷達信號，確定敵方雷達鎖定目標所需的時間，以便在敵方雷達重新啟動鎖定循環的同時將雷達波束轉到執行其他任務，並在適當時間轉回來對敵方進行干擾，直到離開敵方雷達的探測範圍。F-22的雷達對敵方雷達進行干擾時，只要分出一些發射／接收模塊來發出一股很細的波束在很窄的頻段內進行干擾即可。F-22採用的干擾方法可能涉及保密的速度門拉離和距離門拉離技術，以此來躲避敵雷達被動探測或反輻射導彈的攻擊。與此同時，F-22的飛行員還可利用其雷達來瞭解敵方的電子戰次序（EOB），這個術語是指確定戰場上的電子信號，識別遇到的設備（如引導面空導彈的雷達）並精確標出它們的位置。

　　電磁對消技術

　　由於雷達靠穩定的電磁波同波來探測目標，因此利用電磁對消技術，使飛行器等效為一個無反射體，那麼飛行器就不會被雷達發現了，也就實現了雷達隱身，這就是電磁對消技術的原理。電磁對消可分為無源對消技術，即阻抗（或電抗）加載技術，以及有源對消技術，或稱有源加載技術。

　　無源對消技術就是在目標表面引進另一個回波源，例如在表面開槽或開孔，通過合理設計，使其散射場和原散射場相抵消。這種方法的優點是不破壞原有外形，不增加自重，結構簡單、製造容易、經濟性好等。但這種方法只對簡單形體容易實現，而對有眾多散射中心的複雜目標，實現起來比較困難。此外，無源對消技術不可能覆蓋所有頻率，因此發展前景不大。

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有源對消技術是建立在逆反射基礎上的，目標必須能預知本身的電磁散射特性，然後發射一幅度與之相等、相位與之相反的電磁波，使之與目標本身的散射場相對消。要實現對消就要對目標本身成像，這就要求設計出一套先進的系統。該系統應其有多種功能，響應速度快，以便調整本機信號源的幅度和相位。有源對消法採用相干手段使目標散射場和人為引入的輻射場在敵方雷達探測方向相干對消，使敵方雷達接收機始終位於合成方向圖的零點，從而抑制雷達對目標反射波的接收。目前，美國裝備的B-2隱身轟擊機所載的ZSR-63電子戰設備就是一種有源對消系統，它主動發射電磁波來消除照射在其機體上的雷達能量，大大降低了自身的RCS。

　　雷達干擾技術

　　雷達干擾技術是現代飛機等飛行器應用最廣泛最成熟的一種技術，已有幾十年的歷史。該技術利用雷達告警接收機、射頻干擾機以及誘餌等進行電子欺騙和干擾，可使作戰飛行器戰場生存能力提高50%以上。通過全向雷達告警在360°範圍內探測接收來自地面和機載的電磁波信號；用先進計算機鑒別戰鬥機可能遭到威脅的雷達工作頻率，用射頻干擾機發射這種頻率脈衝，使敵方雷達屏幕上出現虛假信號；或在兵器上安裝干擾機，不斷發射干擾信號；或採用先進的空射或拖曳誘餌系統。這種誘餌能辨認敵方雷達或紅外探測信號，並能快速產生對抗信號，使敵方誤認為誘餌是真目標。目前，美歐空軍都十分重視雷達電子干擾技術，大部分現役戰鬥機，如F-15、F-16、F/A-18、EF-2000、「陣風」等都裝有先進的雷達電子干擾設備。

　　等離子體隱身技術

　　等離子隱身技術是目前談論最多的一種隱身技術，很多蘇俄武器迷對它寄予厚望，希望這種技術與蘇式超級機動戰鬥機結合，可以打造出能夠與美式新戰機一較高低的未來超級戰鬥機。

　　這種隱身技術依賴的等離子體是指當任何不帶電的普通氣體在受到外界高能作用後，部分原子中電子成為自山電子，同時原子因失去電子而成為帶正電的離子。這樣，原中性氣體變成由大量自由電子、正電離子和部分中性原子組成的新氣體，該氣體被稱為物質的第四態或等離子態。等離子體能夠吸收雷達電磁波。當外界雷達波的頻率高於目標等離子的本底頻率時，高頻雷達的波信號進入等離子體，通過波與帶電粒子的相互作用，把波的能量轉移到等離子體的帶電離子上，從而減少反射回雷達站的電磁波信號。

　　當外界雷達波的頻率低於目標等離子的本底頻率時，電磁波具有繞過等離子體的傾向。這是因為等離子體對電磁波來說相當於一個凹面鏡，電磁波進入等離子體後會偏折方向，自然繞過等離子體，從而繞過被等離子體包裹的物體。

　　等離子體能夠使反射的電磁波失去原有的頻率和相位特徵。入射的雷達電磁波信號在等離子體中會通過散射而發生頻譜展寬、頻移、相移，甚至通過激發不穩定性而發生模式轉化，使得出射電磁波完全喪失入射電磁波的特徵。即使雷達站截獲反射信號，也無法計算得到目標的準確位置和速度信息。

　　生成隱身等離子體的方法主要有脈衝放電式、電子束式、微波／激光激髮式、鹼金屬燃料燃燒、放射性同位素塗層等。

　　脈衝放電式即在低溫下，通過電源以高頻和高壓的形式提供的高能量產生間隙放電、沿面放電等形式，將氣體介質激活，電離形成等離子體。

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　電子束式是一種仿照老式電視發射機的陰極電子束產生裝置，在真空中產生電子束，將氣體介質激活，電離形成等離子體。

　　鹼金屬燃料燃燒是在燃料中摻有銫、鉀、鈉等易電離成分，從而形成火箭和噴氣式發動機的燃氣射流，這些都可以形成弱電離等離子體。

　　微波激髮式採用微波與自轉磁體的組合方法激發易電離氣體介質，生成等離子體。

　　激光激髮式採用激光激發易電離氣體介質，生成等離子體。

　　放射性同位素塗層是在飛行器的特定部位（如強散射區）塗層放射性同位素對雷達波進行吸收。與前者相比，放射性塗料對其成員和維護保障人員十分危險，維護困難且維護成本極高。（註：在這裡有必要說明一下，被動隱身技術與主動隱身技術有時難以截然分開，例如在被動隱身技術中採用放射性同位素塗層產生等離子隱形的功能也包含了積極的隱身技術成分）。

　　隱身等離子體存在方式目前在飛行器表面產生隱身等離子體的存在方式分為外部開放式（開式）和封閉循環式（閉式）以及二者混合式。

　　•外部開放式就是用於隱身的等離子氣體是覆蓋在飛行器體表上。根據產生等離子體物質的來源不同又分為大氣電離式和攜帶工作氣體介質等離子體發生器。其中，大氣電離式就是採用各種激發方法將飛行器外表面的大氣電離而形成等離子體，通過大氣等離子體來吸收反射干擾雷達波而達到隱身目的。而攜帶工作氣體介質等離子體發生器是利用放電、微波等各種激發方式將工作氣體在發生器內電離，然後利用壓力差釋放到飛行器外面形成等離子體層，從而達到隱身目的。顯然，這種發生器相對於大氣放電形式具有結構簡單、工作可靠、維護便利、成本低廉等優點。

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外部開放式等離子體隱身技術與傳統的被動隱身技術相比具有很多優點：吸波頻帶寬、吸收率高、隱身效果好（尤其對長波）、對飛機的外形沒有特殊的要求、無須改變飛機的氣動外形設計。此外，在氣動上利用等離子體隱身技術還可以大大減少飛行阻力，經試驗減阻可達30%。其缺點主要有對電源要求高，電源要有較高的功率。大氣放電需要超過萬伏的高壓、要覆蓋整個飛行器的表面，必須大功率電源才能產生足夠量的低溫等離子體，能耗太大，電源和燃料都太重。因此，用大氣壓放電的方法產生包覆整個飛行器的等離子體層不太現實，只能用在重點強反射部位。而等離子發生器也面臨同樣問題。

　　外部開放式等離子體流場難穩定維持，很難形成大面積均勻等離子體覆蓋層。在大氣中高速運動的飛行器表面低溫等離子體極難控制。磁約束系統太重，能耗太大，亦不可行，要在飛行器表面形成長時間穩定的大面積均勻等離子體更非易事。

　　等離子體產生器對於機載彈藥也十分危險。產生等離子體通常需要高壓，甚至高頻微波來電離氣體，有引爆機載油料和彈藥的潛在危險。等離子體屏蔽雷達探測信號的同時也屏蔽了飛行器自身的導航、通訊、火控等電磁系統，使飛行器和外界失去了聯繫。

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　此外，其最致命的缺點是等離子體自身也輻射一定頻率的電磁波（尤其是本底頻率），極容易被敵方採用無源被動雷達所探測。另外，開式等離子體有強烈的可視和紅外信號源，容易被目視（夜間）和紅外探測所發現和攻擊，應用前景受到很大限制，不容樂觀。

　　因為開式等離子技術存在上述的種種缺點，限制了其在飛行器上廣泛的採用，頂多用在重點強反射部位，其它部位還得使用常規隱形方法。目前只有美國「三叉戟」型潛射彈道導彈裝備採用了這種等離子隱身技術。

　　•封閉循環式為了解決外部開放式等離子體隱身在大氣中高速運動時飛行器表面等離子體難控制、流場難維持穩定以及降低可視和紅外信號等問題，科學家自然想到了採用向日光燈那樣將等離子體密封屏蔽在透波的材料中的辦法。美國早在上世紀80年代初就實驗了將等離子發生片佈置在以酚醛樹脂為透波封閉材料的隱身無人機技術，其基本原理就是將等離子發生裝置產生的等離子體封閉在酚醛樹脂為表面透波材料密閉的空間內，這樣做不僅能減小發生器的體積重量、發射功率、還節約了能量，等離子發生器的開閉可自由控制，以實現飛機的隱身或不隱身兩種狀態。

　　除了在氣動上不能減阻外，相對於開式等離子技術，採用各種透波材料製作的真空腔體內放電激發等離子體的封閉循環式具有的優點是：控制簡單，類似控制日光燈，可以解決屏蔽自身通訊問題，激發功率也小得多。最簡單的直流輝光放電就能滿足要求，消耗能量少、等離子的密度高、對電源的要求低、重量輕、用透波材料製造瓦片覆蓋飛行器表面，非常容易實現長時間穩定的大面積均勻等離子體。而且因為是在腔體內放電，不受外界氣流的影響，無論周圍大氣多複雜、氣壓變化多大、空氣成分如何、飛行器運動多快、飛行姿態如何、甚至在空氣稀薄的大氣層之外也沒有任何影響。

　　採用封閉式等離子隱身的最大難點在裝配製造上。如果將飛機的所有表面上鋪設閉式等離子材料，其一是結構重量增大，影響機動性能。另外，最難的是飛機機身與機翼接合處、進氣道、座艙、起落架、尾噴口等外形複雜的過渡如何加工製造及鋪設（這就要求飛機有像B-2那樣簡單一體化的外形設計），因此將閉式等離子體隱身裝置瓦片覆蓋整個機身表面也不太現實。B-2就採用將閉式等離子體隱身裝置瓦片覆蓋在飛機局部雷達回波強反射區內的方法。它的缺點是載機雷達如何在被動工作狀態探測工作以及主動工作時隱身的問題。

　　自20世紀60年代以來，美國、蘇聯等國就開始研究等離子體吸收電磁波的性能。美軍早在80年代就秘密掌握了等離子隱身技術，並成功應用在彈道導彈和B-2大型隱身戰略轟炸機上。近年來，等離子體隱身技術在俄羅斯也取得了突破性進展。

　　1999年初，俄羅斯克爾德什研究中心就已研究開發出第一代和第二代等離子體發生器（其實這兩種都屬於外部開放式等離子體隱身技術）並在飛機上進行試驗獲得了成功。據悉，其第一代產品是等離子體發生片（高頻大氣放電式），其厚度為O.5-0.7毫米，將該發生片貼於飛機的強散射部位，電離空氣即可產生等離子體。第二代產品是等離子體發生器，在等離子體發生器中加入易電離氣體，經過脈衝放電，對電離介質的電離，即可在發生器安置部位周圍產生等離子體雲層。經飛行試驗證明，它不僅能減弱雷達的反射信號，還能通過改變發射信號頻率實現隱身。

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目前，克爾德什研究中心正在應用新的物理知識研製效果更好的第三代產品。據稱，第三代產品可能利用飛行器周圍的靜電能量來減小飛行器的雷達截面。不過筆者認為，俄羅斯遮遮掩掩所謂第三代產品也不過是像B-2那樣採用的是封閉循環式等離子隱身技術罷了。另外，英、法等國在等離子體研究領域的某些方向上也取得了突破性的成果。如法國航空航天研究院成功地研製了完全隱身的等離子體雷達天線。這種等離子體天線將首先用於反導彈防禦系統的預警及跟蹤，海軍則用於對遠程超聲速反艦導彈的防禦。另據報道，法M-51彈道導彈可能也將採用等離子隱身技術。

　　綜上所述，無論是外部開放式和封閉循環式等離子主動隱身技術，其相對於傳統的被動隱身技術具有優點是：吸收、反射、干擾的頻帶寬、效率高、隱身效果好（尤其對長波），其中外部開放式對飛行器外形沒有特殊要求、無須改變飛機的氣動外形設計，還可以大大減少飛行器飛行阻力等。但該技術也存在著許多缺點和不足：要想實現飛行器整體隱身，就得使等離子體層覆蓋整個飛行器表面，導致所需電源功率極高，整體設備體積龐大笨重。以今天的科學技術，這種飛行器的能否飛行還不得而知。

　　此外，其致命的缺點是等離子體自身也向外界輻射大量的電磁波（尤其是本底頻率），極容易被敵方採用無源被動雷達所探側，如捷克「維拉」、美國「寂靜哨兵」反主動隱身雷達或者利用F-16在2003年就實現的AT30戰術目標定位技術。實際上該技術就是利用三角定理與多普勒原理實現對包括地面、海上和空中目標的輻射源測距定位，以及對敵方與空防有關的射頻輻射源進行快速和精確定位。3架飛機聯網並共享精確信號測量結果，在不使用任何外界硬件的情況下，能夠覆蓋從360°方向上任何角度來的敵方輻射源進行快速精確定位。

　　那種奢望將等離子體覆蓋整個機身表面而實現全面主動隱身的想法還不太現實，只能應用在某些局部的雷達強反射區。筆者認為只有等離子隱身技術（適合用於在遠程對長波段雷達隱身）和其他隱身技術綜合互補，才能取得更好的效果。

快樂魅影

感謝大大的註解

快樂魅影

這邊說到:

當外界雷達波的頻率高於目標等離子的本底頻率時，高頻雷達的波信號進入等離子體，通過波與帶電粒子的相互作用，把波的能量轉移到等離子體的帶電離子上，從而減少反射回雷達站的電磁波信號。

　　當外界雷達波的頻率低於目標等離子的本底頻率時，電磁波具有繞過等離子體的傾向。這是因為等離子體對電磁波來說相當於一個凹面鏡，電磁波進入等離子體後會偏折方向，自然繞過等離子體，從而繞過被等離子體包裹的物體。

不應寫"高於"  我覺得要寫"大於等於"才對
因為只要等於截止頻率以上就會發生這樣的現象