發(fā)展中的飛行器射頻隱身技術

何謂射頻隱身技術

射頻隱身技術的內涵

隱身是目標相對探測系統(tǒng)而言的，目標未被探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)或者識別，認為目標實現(xiàn)了隱身；目標已被探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)或識別，認為目標未能隱身。雷達隱身、紅外隱身是指目標與雷達及紅外探測系統(tǒng)間的對抗概念。射頻隱身是指目標與無源探測系統(tǒng)間的對抗概念。無源探測系統(tǒng)可以根據(jù)武器平臺上電子設備（系統(tǒng)）輻射的電磁波確定武器的位置（角度和距離）信息。射頻隱身技術是武器平臺上的電子設備針對無源探測系統(tǒng)的隱身技術，屬于武器平臺有源或主動信號特征控制范疇。飛行器紅外隱身技術、潛艇的減振降噪技術也屬于有源或主動特征信號控制范疇。

射頻隱身的技術特點

雷達隱身及紅外隱身要求盡可能地減小目標的雷達及紅外特征，即目標的RCS及紅外輻射強度越低越好。但射頻隱身則有很大的不同，不能無限制地減小目標的射頻特征。因為電子設備要依靠輻射的電磁波工作，電子設備輻射的電磁波能量小到一定值后，電子設備的功能和性能會下降或消失而失去作用。因而射頻隱身的一大特點或限制條件是保持電子設備的功能及性能，滿足使用需求。

發(fā)展射頻隱身技術的重要性

迅速發(fā)展的無源探測系統(tǒng)對飛行器構成了嚴重威脅

近年來，隨著傳感器的元器件水平和計算機軟硬件水平的不斷提高，無源探測系統(tǒng)（無源態(tài)勢感知、電子情報系統(tǒng)ELINT、信號情報系統(tǒng)SIGINT、電子支援措施ESM、反輻射導彈ARM等）對各種機載、艦載、車載、彈載輻射源的探測能力已大大提高。無源探測系統(tǒng)具有作用距離遠、不發(fā)射電磁波、隱蔽性好的特點，對配有各種主動電磁輻射源的軍事裝備構成了嚴重威脅。

F-22機載無源態(tài)勢感知系統(tǒng)，工作波段0.5～20GHz，對飛行器無源探測距離大于460千米，信號測角精度小于15度，能夠探測的雷達信號類型包括：連續(xù)波、脈沖、脈沖多普勒、脈沖壓縮、脈沖重復頻率捷變、載頻捷變等，能夠識別的輻射源模式大于10000個；

美國ES5000機載信號情報系統(tǒng)（SIGINT），工作波段0.02～18GHz，對飛行器的最大作用距離350千米（10千米高度），測角精度小于3度，瞬時帶寬400MHz，能夠探測的雷達信號類型包括：脈沖、連續(xù)波、脈沖重復間隔捷變（2～10000微秒），能夠識別的輻射源模式大于10000個；

捷克的ERA公司研制的“伯拉普”電子情報偵察/電子支援系統(tǒng)（ELINT/ESM），采用先進的寬帶干涉測向技術，工作波段0.1～1GHz，1～18GHz，或18～40GHz，瞬時帶寬200MHz，對飛行器的作用距離約450千米，能同時跟蹤200個目標，能夠探測的信號包括：脈沖，連續(xù)波，塔康導航，敵我識別；

“鎧甲”雷達系統(tǒng)由烏克蘭國營托帕茲公司研制，于1987年投入批量生產(chǎn)，系統(tǒng)靈敏度為-145dBw，可以發(fā)現(xiàn)、跟蹤并確定來自空中、地面和水面目標。該雷達是一種被動無線電偵察自動系統(tǒng)，能夠發(fā)現(xiàn)800千米以內的空中目標，可以偵察縱深600千米寬150千米范圍內的地面目標，是目前世界上同類系統(tǒng)中捕捉目標最遠的裝置。

隱身設計與探測性平衡設計原則

在武器平臺進行隱身設計時，應遵循平衡設計原則，即平衡觀測性原則：對主要的探測系統(tǒng)，武器平臺應呈現(xiàn)大致相近的被探測距離。目前雷達、紅外搜索跟蹤系統(tǒng)（IRST）及無源探測系統(tǒng)是對飛行器作用距離最遠的三種探測系統(tǒng)。武器平臺的隱身設計應對這三種主要威脅平衡設計。單獨追求雷達隱身性能，不斷地提高雷達隱身性能（降低其RCS值）是不恰當?shù)?。當其雷達隱身性能提高后，雷達對其探測距離降低了。但對方可用紅外或無源探測系統(tǒng)來檢測目標，目標可能首先暴露給對方的無源探測系統(tǒng)，而后暴露給機載紅外與探測系統(tǒng) （IRST）。所以隱身設計應遵循雷達隱身、紅外隱身、射頻隱身性能平衡設計的原則。

飛行器隱身設計的短板

對常規(guī)飛行器，機載雷達對它的探測距離200千米左右，機載IRST（美國的AAS-42）對它的前向探測距離185千米左右，無源探測系統(tǒng)（美國的ALR-94）對它的探測距離460千米左右。而針對雷達隱身的飛行器，其RCS已經(jīng)降到0.1平方米以下，比常規(guī)飛行器降低了20～30dB，機載雷達對它的探測距離降低到了只有幾十千米。作戰(zhàn)飛行器將首先被無源探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，其后將被IRST發(fā)現(xiàn)，射頻隱身已經(jīng)成為飛行器隱身平衡設計的短板。

國外射頻隱身技術的發(fā)展

美國率先進行射頻隱身飛行試驗

美國在開展飛行器雷達隱身（RCS減縮）的同時，就開展了飛行器射頻隱身的研究。據(jù)已解密的公開資料，美國在1979～1980年就完成了第一個射頻隱身的飛行試驗，僅滯后于美國第一架隱身飛行器F-117A的驗證機“海弗藍”首飛（1977年12月）一年多的時間。該計劃開始于70年代中期，由美國國防部預先研究計劃局（DARPA）、美國空軍和海軍主持，休斯飛機公司為主承包商。試驗的未隱身的雷達為法國“幻影”飛機Cyrano雷達系列。射頻隱身后雷達參數(shù)為5w/波束、9波束、320MHz帶寬、天線旁瓣-55dB、LPI波形。射頻隱身的作戰(zhàn)對象為F-111A飛機載的AN/ALR-62雷達尋的告警接收機RHAW（它是當時美國最先進的RHAW）、ELINT和反輻射導彈ARM。

試驗結果顯示，機載雷達采用射頻隱身技術后，在保持雷達對目標作用距離不降低的條件下，威脅方RHAW對飛行器的探測距離從346千米降低到8.5千米，ELINT的從2188千米降低到19.3千米，反輻射導彈的從55千米降低到0.48千米。無源探測系統(tǒng)的探測距離縮減了97%以上，可見飛行器射頻隱身的效果是十分顯著的。

射頻隱身發(fā)展的三個階段

第一階段：F-117A時期，意識到射頻隱身的重要性，但沒有掌握射頻隱身技術。美國自上世紀70年代起，就已經(jīng)認識到射頻隱身的重要性并開展了研究，但美國還沒有掌握射頻隱身技術，在F-117A飛機上沒有裝備機載雷達。

第二階段：B-2時期，美國掌握了部分射頻隱身技術。上世紀80年代后期，美國在B-2隱身轟炸機上裝備了具有低截獲概率（LPI）的APQ-181相控陣雷達，該雷達具有隱身波形和5級輻射功率控制，并不斷對該雷達的射頻隱身性能進行升級，美國掌握了部分射頻隱身技術。

第三階段：F-22和F-35時期，美國全面掌握了射頻隱身技術。上世紀90年代到本世紀初，美國為新一代戰(zhàn)斗機F-22和F-35研制了射頻隱身性能良好的機載雷達、通信導航識別（CNI）等電子設備，并通過上述設備的研制，全面掌握了射頻隱身技術。

總體來說，美國現(xiàn)今已經(jīng)全面掌握各類機載電子設備輻射能量的自適應控制技術，射頻隱身波形設計技術等射頻隱身技術。

射頻隱身技術的研究重點

射頻隱身技術的研究對象是以機載電子設備為主，如飛行器的機間數(shù)據(jù)鏈和機載相控陣雷達的射頻隱身技術，并以飛行器為應用研究為重點。對于具體的電子設備，根據(jù)射頻隱身技術的基本原理，在技術上，應以電子設備輻射能量的自適應控制和發(fā)射信號的空域、頻域、時域不確定性和低截獲波形為重點。對于飛行器應用，應以系統(tǒng)綜合及多種隱身要求的平衡設計、戰(zhàn)術應用為主。

（桑建華，中航工業(yè)集團公司首席技術專家，中航工業(yè)成都飛機設計研究所；陳益鄰，中航工業(yè)發(fā)展研究中心）