雷达隐身与反隐身

陈　鲸　阚　南

现代隐身技术是在20世纪50年代末才逐渐形成的高新技术。它与火箭技术、原子弹与氢弹技术并称为20世纪三大军事技术，是探测技术发展史上的重要里程碑。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、电磁五维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，并受到世界各国的高度重视。另一方面，隐身技术的迅速发展也对战略和战术防御系统提出了严峻挑战，迫使人们考虑如何摧毁隐身兵器并研究反隐身技术。带着诸多疑问，本刊记者走访了总参某研究所高级工程师陈鲸院士。

雷达隐身为主导

记者(以下简称记)：针对探测技术而言，隐身武器主要可分为：雷达隐身武器、红外隐身武器、声隐身武器和视频隐身武器。由于雷达是当前探测目标的最可靠手段，因此隐身技术是以目标的雷达特征信号控制为重点。雷达目标特征信号控制技术的核心是什么?是如何实现的?

陈鲸院士(以下简称陈)：简单说，核心就是降低雷达散射截面(RCS)。要想实现降低RCS，其技术途径主要包括外形技术、雷达吸波材料技术(RAM)和等离子体技术等。

外形隐身技术难度较大，容易使目标的结构性能劣化，而采用隐身材料技术相对简单易行。

记：隐身材料的特点是什么?优势体现在哪些方面?

陈：由于隐身涂料具有很多优点，如使用方便，适宜现场及在野战条件下对武器装备实施快速伪装隐身；对武器装备的外形不需作任何的改动，对设计不提要求，适宜在现有装备上推广使用。还可制成隐身网或隐身罩等，适宜在工事、机库、隐蔽所推广应用等。因而隐身涂料在现代隐身技术中具有广阔的发展前景。其中，RAM技术是隐身涂料的重要组成部分。

RAM按其应用形式可分为结构型RAM和涂覆型RAM。结构型RAM通常是将吸收剂分散在特种纤维(如玻璃纤维、石英纤维等)增强的结构材料中所形成的结构复合材料，其典型特点是既具有好的承载能力又可减小目标RCS。涂覆型RAM是将吸收剂与粘结剂混合后涂覆于目标表面形成吸波涂层。涂覆型RAM以其涂覆方便灵活、可调节、吸收性能好等优点而受到世界许多国家的重视，几乎所有隐身武器系统上都使用了涂覆型RAM。

RAM实质上是一种高分子复合涂料。它是以高分子溶液或乳液为基料，把吸波剂和其它附加成分分散加入其中而制成，或者高分子溶液(或乳液)本身具有吸波功能。RAM技术是指利用雷达吸波材料吸收、衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换为热能而耗散掉或使电磁波因干涉而消失的技术。

记：据国外资料介绍，新的RAM、新的吸波机理的研究与开发日益受到世界各国的高度重视。纳米材料，手征性材料，智能材料、多频谱RAM等新型RAM的研究已在世界范围内得到展开。请您介绍一下这几种新型RAM的情况?

陈：随着未来战场的作战环境日趋恶劣和隐身技术研究的不断深化拓广，现代RAM需要从其吸波性能、带宽特性、重量、环境适应性等方面进行改进，这方面的研究也已在世界很多国家展开，并已初见成效。

纳米材料是指材料组分的特征尺寸处于纳米量级(1～100毫微米)的材料，独特的结构使其具有量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、小尺寸和界面效应，从而呈现出奇特的电磁、光热以及化学等特性，已受到美、德、日本等国的高度重视。

目前，被称作“超黑色”纳米材料的雷达吸收波率高达99％。法国最近研制成一种宽频微波吸收涂层，其厚度约为8毫微米，磁导率的实部与虚部在0.1～18吉赫兹频率范围内均大于6，与粘接剂复合而成的RAM的电阻率大于5欧·厘米，在50兆赫兹～50吉赫兹频率范围内吸波性能较好。

手征性吸波材料又称旋波材料，是一种新的电磁吸波材料。电磁波入射到旋波介质中产生由于电场变化而引起的电偶极矩，导致电磁波在旋波介质中的传播特性发生改变，从而改变旋波介质的电磁性能及吸波性能。与其它RAM相比，手征性吸波材料具有易调整参数及易拓宽频带的优势。但由于这种材料的研究尚处于初始阶段，还有很多技术难点有待于突破，因此目前还不能用于实际中。

智能RAM是一种同时具备感知功能、信息处理功能、自我指令控制并对信号作出最佳响应功能的材料系统／结构。目前这种新兴的RAM已在隐身飞行器设计中得到越来越广泛的应用。同时，它根据外界环境变化调节自身结构和性能，并对环境做出最佳响应的特点，也为RAM的设计提供了一种全新的思路。它将使“智能”隐身目标的实现成为可能。

在不久的将来，RAM领域将是集吸收米波、厘米波、毫米波以及红外、激光等多波段电磁波于一体的多频谱RAM的天下，只具有单一固定吸波频段的雷达吸波材料将会失去用武之地。这也是吸波材料发展的总趋势。涂覆型RAM和结构型RAM两者结合使用可望加大武器系统的隐身效果，拓宽吸波频带。如美国的F-22隐身战斗机和法国的“阿帕奇”(Apache)隐身巡航导弹的弹体，通过将用来吸收高频波的涂覆型RAM涂于用来吸收低频波的结构型RAM的表面而使得吸波频带得以拓展。

记：据报道，俄罗斯在等离子体雷达隐身技术方面领先于美国，他们已经研制出两代等离子体设备，目前正在研制第三代。请您介绍一下等离子体隐身的研究和发展情况?

陈：等离子体技术是一种近几年才开始发展的新兴隐身手段。所谓等离子体，就是气体在某种外在因素如高超声速飞行器的激波；核爆炸、喷气式飞机的射流以及放射性同位素的射线等的激发下，电离生成数密度近似相等的自由电子、正离子和少量负离子而形成的第四态物质。理论研究和实验结果表明，等离子体对雷达波具有十分显著的吸收、耗散效果。

美、俄两国早在20世纪60年代就已开始注意到飞行器周围激波产生的等离子体所起的作用，并通过风洞试验做过一些探索性研究。目前已获得两种典型的能有效地产生等离子体包层的方法：一是应用等离子体发生器。该方法的优点是武器结构不用改变，使用方便且隐身效果很好，缺点是等离子体发生器安装部位的隐身化存在困难，而且发生器的电源功率大小受到限制。二是在飞行器的特定部位涂适量的放射性同位素。该方法的技术难点是放射性同位素辐射剂量的难控制性。剂量过小，则由它所产生的d射线不能产生密度和厚度足量的电子；剂量过大，则会由于雷达波来到达飞行器表面时就在包层中具有临界电子密度的位置反射回去。

等离子体技术可作为一种全新的隐身技术，由于它不涉及飞行器本身的空气动力特性、可隐身性以及实际应用方面的廉价性，尤其是对于现役武器系统的易隐身改造化等一系列优点，使得它得到世界很多国家的高度重视。除俄罗斯外，世界其他国家也逐渐开始涉足这方面的研究和应用工作。

反隐身从弱点入手

记：隐身技术的飞速发展和应用，使得武器设计者们不得不同时也思考着如何反隐身。我们可以通过哪些手段实现反隐身呢?

陈：探索或研究反隐身技术，首先要从当前隐身技术的局限性或明显弱点入手。目前的隐身技术主要有两方面的技术局限。

第一，现役或在研隐身飞机均基于以单基雷达为对抗目标。当前正在使用的雷达绝大多数是单基雷达，它的接收天线和发射天线靠得很近或接收功能及发射功能共用一个天线完成。对于单基雷达，接收机接收到的目标散射电磁波是沿入射电磁波路线返回的回波。调整飞机外形只能优选雷达照射角度范围，使回波集中到极少数方向上并偏离发射源。若设法从别的方向上接收回波，或同时从多个角度进行探测，可以作为探测隐身飞机的措施及手段。

第二，难以在整个电磁和红外频谱达到相同的低可探测性。飞机调整外形以及现用RAM，只能有效对抗工作频率在0.2～29吉赫兹的厘米波雷达。当雷达波长与被照射目标特征尺寸相近时，在目标反射波与爬行波之间产生谐振现象，尽管没有直接的镜面反射也会造成强烈的信号特征。

基于上面两个局限性，我们不难得出所需采取的对策。首先，采用多基雷达，可以从其他方向接受隐身目标偏转反射的电磁波，从而发现隐身目标。其次，雷达跳出目前隐身技术所能对抗的波段，将使飞机的隐身性能大大降低或失效。另外，目前的雷达波隐身技术主要是针对微波雷达的，飞机的红外辐射可以减弱并限制在一定的方位角内但却不能完全消除。发展可见光或接近可见光波段的探测器，以及提高红外传感器的探测性能，也可作为探测隐身飞机的措施及手段。

与飞机隐身技术一样，反隐身技术也是综合性技术，单独采用某一种反隐身技术都不可能获得好的反隐身效果，必须综合运用各种反隐身技术才能提高探测隐身飞机的效能。

记：请您具体谈谈目前国外采取的反隐身措施及手段?

陈：目前，反隐身的措施和手段非常多，有双(多)基地雷达、长波雷达、米波雷达、毫米波雷达、无载频超宽带雷达、无声岗哨技术、空中反隐身平台、改变常规雷达设计、新型反隐身雷达——无源雷达、激光雷达和红外探测系统、综合运用各种反隐身技术等等。我重点介绍其中的几个。

双基雷达系统是将发射机和接收机分置在两个不同的站址，发射站站址可以选择在地面、空中平台或天基平台上。当隐形飞机被雷达波束射照射时，飞行员可以改变航向，以最大限度地减少雷达波的反射，但当飞机上升、投掷武器、打开弹舱时，无线电波会向各个方向反射，双基雷达就可以发现跟踪它。

多基雷达是在双基雷达基础上，由多个分置的发射机和接收机组成。可以采用一部发射机和多部接收机或多部发射机和多部接收机的配置，从而组成一个多元一体化的雷达网同时从各个照射角度对隐身飞机进行探测。

不论是双基还是多基雷达，接收机都必须在发射波束的作用范围之内并与发射机在时间、频率、相位上精确同步。GPS可以快速确定发射机与接收机的相对位置并使两者精确同步，这使得双(多)基雷达易于设计并且使用更加灵活。

长波雷达可以对付隐身飞机的外形调整设计及现用的RAM，使得隐身飞机外形设计与RAM涂层厚度有难以实现的过高要求。当长波雷达波束的波长接近于飞机构件时，如尾翼、机翼或机身时，这些构件就像天线一样开始吸收并反射电磁波。特别是当雷达波长是构件尺寸的两倍时，无线电波被吸收和反射的效率非常高。

近年来。一些国家重新重视研制长波雷达。目前发展很快的长波雷达是“超地平线”雷达(OTH)，其工作波长达10～60米(频率为5～28兆赫兹)，完全在正常雷达工作波段范围之外。这种雷达靠谐振效应探测大多数目标，几乎不受现有RAM的影响。

使用米波雷达，一方面可以跳出隐身飞行器采用的隐身吸波材料的吸收波段，另一方面由于吸收材料的结构和厚度与波长有密切关系，因此，飞行器外形设计和吸波涂层厚度与重量的限制难以达到吸收米波的要求。目前，在米波雷达方面，发展较快的是超视距雷达。如美国、俄罗斯、澳大利亚、英国和日本等国都在研制超视距雷达。其中。美国耗资25亿美元正在建造AN／FPS～118超视距预警雷达，作用距离3700千米，可以探测隐身轰炸机和隐身巡航导弹。

无声岗哨技术本身并不发射信号，而是利用追踪广播与电视噪声的办法，通过分析飞机掠过的信号混乱情况来发现目标。任何一架经过这种广播信号层上空的飞机都会产生几种反射模式。该技术革新可利用普通无线电接收机和大功率并行处理机。通过信号层寻找反射信号，标绘出位置。由于自身不发射信号，所以不易被雷达寻的导弹发现并摧毁。

空中反隐身平台。由于隐身飞行器的顶部隐身能力弱，因此将探测系统安装在空中平台上或卫星上进行俯视探测，可提高低空突防的雷达面积较小目标的被探测概率。预警机和具有下视能力的飞行器是重要的空中反隐身平台，它装有下视雷达，可以增加探测范围。例如，一架美国的E-3A“望楼”预警机的探测范围，相当于30多部地面雷达探测范围之和，能同时探测600个目标，并对其中的100个目标进行跟踪。E-2“鹰眼”预警机，能全高度、远距离、大面积、快速搜索目标，同时跟踪20000个目标。因此，对隐身目标威胁很大。

记：您认为，未来隐身和反隐身的发展趋势是怎样的?

陈：随着隐身理论研究及实际应用技术的不断深入和拓展，以及在现代战争中的探测防御系统飞速发展的推动下，隐身技术正在不断地向各类作战武器系统中渗透，寻求发展宽隐身频带、全方位、全天候、智能化的隐身武器已成为隐身武器研制的大趋势。隐身技术研究应注重在雷达隐身研究和应用的基础上，开始大力展开红外、声、视频、磁等隐身技术的研制工作。

同时，要想对抗隐身目标，实现对隐身目标探测，就必须综合采取多种措施及手段。可靠的反隐身探测／攻击系统的关键，是要组成一个采用不同原理并在不同波长上工作的复杂传感器网络系统。这个网络系统的重要组成部分不仅包括传感器本身，而且包括对不同来源的数据进行收集、处理、关联及显示的数据融合过程。另外，为了达到所需的高探测概率并向拦截系统提供精确的目标数据，传感器所在的位置和布局也至关重要，不仅需要考虑沿边界并向领土纵深部署的布局，同时还需要考虑海、陆、空、天一体化综合探测平台配合使用。

隐身技术与反隐身技术的发展，是相互制约、相互促进的，无论哪一方有新的突破，都将引起另一方的重大变革。

陈鲸院士简介

通信与信息系统专家。1940年11月生于安徽怀宁，1963年毕业于合肥工业大学无线电工程系。任低截获概率信号重点实验室学术委员会委员、顾问，总参某研究所高级工程师、通信与信息系统博士生导师，2005年当选为中国工程院院士。长期从事空间目标信息获取与处理技术领域的科学研究与工程实践，是我国该领域的主要开拓者。研究方向主要是空间目标探测与识别、信号检测与参数估计，多源信息融合和卫星遥感，遥测数据接收与处理等技术。1996年，2004年分别获国家科技进步一等奖。