機(jī)載雷達(dá)反隱身的頻率優(yōu)選及應(yīng)用研究

王思雨 海軍701工廠

隨著軍事技術(shù)的發(fā)展，隱身戰(zhàn)斗機(jī)開(kāi)始進(jìn)入到空中力量中，由于其發(fā)現(xiàn)距離短，所以會(huì)給預(yù)警機(jī)造成很大的威脅。為此，預(yù)警機(jī)需要選擇合適的雷達(dá)頻率，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱身飛機(jī)。

一、低頻段反隱身頻率優(yōu)選

隱身戰(zhàn)機(jī)在不同的頻率下，RCS會(huì)有明顯的不同，所以選擇合適的雷達(dá)頻率有利于提升對(duì)隱身目標(biāo)的現(xiàn)概率，提升雷達(dá)的反隱身能力。

（一）RCS和反隱身的關(guān)系

隱身戰(zhàn)斗機(jī)的幾何形狀都針對(duì)雷達(dá)進(jìn)行過(guò)特殊設(shè)計(jì)，所以和傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機(jī)相比在電磁波散射機(jī)理上會(huì)有很大不同，這就使得隱身戰(zhàn)機(jī)的RCS非常小，很難被預(yù)警機(jī)雷達(dá)所發(fā)現(xiàn)。但是，隱身戰(zhàn)機(jī)的RCS數(shù)值依然可以在不同的入射條件下測(cè)得，因此RCS的公式為：

其中，R是發(fā)射源到目標(biāo)的距離，Ei是照射到目標(biāo)處的入射電場(chǎng)強(qiáng)度，Er是回到發(fā)射源的回?fù)苄盘?hào)電廠強(qiáng)度。隱身飛機(jī)降低自身RCS是通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)降低散射場(chǎng)的強(qiáng)度和回波率達(dá)到的，所以一般隱形目標(biāo)都會(huì)采用更為特殊的外形設(shè)計(jì)、稀薄材料來(lái)降低放射的功率。在電磁波和隱身戰(zhàn)斗機(jī)相遇時(shí)會(huì)產(chǎn)生散射，或者發(fā)射后的電磁波正好和入射電磁波相位相反，就能夠達(dá)到抵消的目的，最終實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗機(jī)的隱身。

目前，絕大多數(shù)的預(yù)警機(jī)都有400公里以上的探測(cè)范圍，但是由于隱身戰(zhàn)機(jī)的RCS非常小，使得預(yù)警機(jī)難以在很遠(yuǎn)的位置發(fā)現(xiàn)隱身戰(zhàn)機(jī)，往往在發(fā)現(xiàn)隱身戰(zhàn)機(jī)時(shí)已經(jīng)進(jìn)入了被攻擊范圍，使得現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)中預(yù)警機(jī)受到的威脅很大。由于隱身戰(zhàn)機(jī)一般使用1-20GHz的厘米波雷達(dá)作為對(duì)抗頻率，因此在空域、頻域上都有比較大的反隱身窗口，通過(guò)選擇低頻長(zhǎng)波雷達(dá)能夠擴(kuò)大探測(cè)范圍，能夠達(dá)到反隱身的目的。

（二）反隱身頻段的選擇

根據(jù)電磁理論，目標(biāo)的電磁尺寸大小可以根據(jù)RCS變化分為瑞利區(qū)、諧振區(qū)和光學(xué)區(qū)，所以一般使用目標(biāo)的特征尺寸ka來(lái)對(duì)目標(biāo)尺寸進(jìn)行表征，其中ka=2πa/λ（λ為雷達(dá)的工作波長(zhǎng)，k是波數(shù)，k=2π/λ，a是目標(biāo)的特征尺寸）。對(duì)于ka的劃分，采取以下的方法：在ka遠(yuǎn)小于1的時(shí)候，為瑞利區(qū)，工作波長(zhǎng)會(huì)比目標(biāo)的特征尺寸要大，RCS和波長(zhǎng)的四次方成反比；諧振區(qū)是1＜ka＜20的情況，波長(zhǎng)與目標(biāo)的特征尺寸是可比擬的，在該區(qū)域散射分量會(huì)產(chǎn)生干涉，RCS也會(huì)隨著頻率的變化出現(xiàn)震蕩性起伏，波峰目標(biāo)的RCS會(huì)明顯增加，但是如果進(jìn)入波谷，目標(biāo)的RCS并不會(huì)增加，反而會(huì)減小，所以在諧振區(qū)計(jì)算RCS的值是比較困難的；在ka＞20的情況下，就進(jìn)入了光學(xué)區(qū)，在這種情況下RCS會(huì)趨于一個(gè)常數(shù)，其具體數(shù)值，和戰(zhàn)斗機(jī)的蒙皮設(shè)計(jì)、表面光滑程度、幾何特性有關(guān)。

雷達(dá)反隱身需要選擇合適的工作頻率，從而增大雷達(dá)的散截面積。如果是探測(cè)單一隱身目標(biāo)，就可以利用兩種極化下的諧振波峰重疊的頻率作為反隱身工作頻率，如果諧振波并沒(méi)有波峰存在，可以在范圍內(nèi)選擇具有最大諧振波峰的頻率作為反隱身工作頻率。對(duì)于兩種或者兩種以上的隱身目標(biāo)，同一極化的作用下，不同的諧振波峰和重疊區(qū)域可以作為計(jì)劃下統(tǒng)計(jì)最后的反隱身工作頻率。假如只有部分小諧振波峰重疊區(qū)存在，就選擇諧振波重疊區(qū)域出現(xiàn)最高的工作區(qū)間作為反隱身的工作頻率；如果沒(méi)有重疊區(qū)域，就選擇具有最大諧振波的波峰雷達(dá)。

二、高頻段反隱身頻率的選擇

目前為了提升對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)探測(cè)的精度，主要使用高頻雷達(dá)，由于隱身戰(zhàn)機(jī)的特殊設(shè)計(jì)，使得高頻雷達(dá)難以進(jìn)行隱身飛機(jī)的探測(cè)。但是高頻雷達(dá)依然具有探測(cè)隱身戰(zhàn)機(jī)的能力，通過(guò)和低頻雷達(dá)配合，確定隱身戰(zhàn)機(jī)的大致位置，再使用高頻雷達(dá)對(duì)較小的范圍進(jìn)行搜索，準(zhǔn)確確定隱身戰(zhàn)斗機(jī)的位置。

（一）雷達(dá)探測(cè)距離和頻率的關(guān)系

雷達(dá)的工作頻率將會(huì)決定很多指標(biāo)，并且會(huì)影響雷達(dá)的性能，會(huì)對(duì)探測(cè)距離造成影響。

（1）天線增益

天線的增益是雷達(dá)性能的主要因素，影響天線增益的因素包括天線的口徑、工作波長(zhǎng)，其計(jì)算公式為：

其中Ar是天線的孔徑面積，λ是工作波長(zhǎng)。對(duì)于雷達(dá)雙程增益，一般取G2，但是由于天線互耦和接收需要進(jìn)行加權(quán)等因素的影響，雷達(dá)實(shí)際上的雙程增益要比G2要小很多。

（2）大氣傳輸損耗

電磁波在傳輸?shù)倪^(guò)程中，會(huì)受到大氣的影響導(dǎo)致傳輸?shù)膿p耗。對(duì)于晴朗的天氣情況，如果雷達(dá)的工作頻率較低，那么衰減是可以忽略的，但是高頻率的分米波和厘米波就會(huì)有明顯的衰減。電磁波在大氣中的衰減會(huì)隨著頻率的升高而增加，衰減得越嚴(yán)重，雷達(dá)的探測(cè)距離就會(huì)越小，所以雷達(dá)的探測(cè)距離和工作頻率是呈反比的。

（二）雷達(dá)反隱身頻率的選擇

根據(jù)仿真結(jié)果，雷達(dá)探測(cè)距離最大的頻率在2-3GHz區(qū)間之內(nèi)，實(shí)際應(yīng)用中，如果使用C波段或X波段必然需要面對(duì)較大的大氣衰減，并不能發(fā)揮出高頻率所帶來(lái)的精度優(yōu)勢(shì)，而探測(cè)距離明顯下降則不能保證反隱身能力。因此，頻率的升高并不能給天線帶來(lái)比較高的增益，也不能讓雷達(dá)的作用距離有明顯提升。所以，在探測(cè)若目標(biāo)時(shí)，仍然要使用L波段和S波段，并且在實(shí)戰(zhàn)當(dāng)中，S波段的探測(cè)距離明顯高于L波段，具有更好的反隱身效果，所以S波段是高頻率反隱身比較合適的波段。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著當(dāng)前軍事的發(fā)展，隱身設(shè)備的數(shù)量會(huì)越來(lái)越高，大量低可探測(cè)的設(shè)備給預(yù)警機(jī)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。所以，所以要選擇合適預(yù)警機(jī)雷達(dá)頻率提升對(duì)隱身飛機(jī)的探測(cè)性能。通過(guò)以增大目標(biāo)的RCS進(jìn)行頻率的選擇，以及使用值仿真等方法，得到最合適的隱身頻段。并且，高頻和低頻雷達(dá)需要做好配合，通過(guò)高低頻結(jié)合的工作模式來(lái)做好對(duì)隱身戰(zhàn)斗機(jī)的探測(cè)。