战斗机的隐身与电子战的博弈

裴 云，杨青山

（甘肃省酒泉市十四支局，甘肃酒泉735018）

0 引言

如何突防先进防空系统，美国空、海军选择了不同途径。空军发展和使用隐身作战飞机，通过减小、控制飞机的电磁信号特征，降低敌方探测和攻击范围，压缩敌攻击区和交战时间窗。而海军则注重发展和使用电子战飞机，利用电磁能欺骗、扰乱或瘫痪敌电子信息装备。从作用在电子装备的信号与干扰功率比值S/J来看，隐身通过降低S，而电磁干扰则通过降低或扰乱S/J，来拒止敌方使用电磁频谱。两者各有所长，均为电磁域“致盲”手段，只是着力方向不同。目前看，新一代有人/无人作战飞机普遍采用隐身和先进电子战技术，来获取战场电磁优势。空战电磁域的斗争，将呈现出战斗机的隐身与电子战之间对抗、协同等复杂博弈关系。为了认识这种博弈关系及其影响，文章尝试对该问题进行了探讨和研究。

1 隐身与非隐身的对抗

从目前披露的演练情况看，无论是2006年夏季F-22参加的“北方边境”军演[1]，还是近期F-35对常规战机的模拟空战。隐身五代机F-22、F-35对常规四代机的模拟空战结果，基本呈现一边倒的情形。美军方的演习评估认为，隐身能力是F-22克敌制胜的重要原因之一，F-22在与常规战机作战时，依靠隐身性能可自由选择进入、攻击和脱离作战的时间与方式，而对手基本没有合适的应对战术和有效反击机会。F-22主要采用超视距空战拦截对手，以充分发挥隐身、超声速巡航和信息优势，实现“四先”[1-2]。图1为F-22典型高空超声速迎头攻击战术示意图，飞行高度12000～19000 m，以Ma数为1.6左右的超声速巡航速度实施超视距攻击。使用数据链和机载ESM获取战场态势及目标信息，在确认目标及威胁属性后，在适当距离使用AN/APG-77有源相控阵雷达截获跟踪目标，快速发射导弹攻击目标并脱离。

图1 F-22典型高空超声速迎头攻击战术示意图

1.1“先视”优势

隐身战斗机的超视距空战优势，首先体现在“先视”优势上，即先看到对手，而对手却看不见。在远距发现、截获和“寂静攻击”的同时，对手感知不到威胁信息。下面以假想的F-22对常规战机F/A-18超视距空战为例，探讨隐身与非隐身战机的对抗。

已知机载雷达对RCS 1m2目标作用距离为R1，则雷达对RCS为 σ的目标作用距离Rr近似为：

F-22雷达约2000个T/R单元，每个单元发射功率约10 W，对RCS 1m2目标作用距离200 km[1]。F/A-18雷达约1368个T/R单元，每个单元发射功率按10 W考虑。则根据雷达方程，可估算得F-22和F/A-18雷达对不同RCS目标的作用距离如图2所示。

图2 机载雷达估算距离示意图

F-22雷达对RCS 5m2目标作用距离约299 km，F/A-18雷达对RCS 0.01m2隐身飞机作用距离约47 km。假设F-22、F/A-18的前向RCS分别为0.01m2、5m2，两者前向 RCS之比为 1∶500，相差约 27dB。则从迎头空战对抗比较，隐身的F-22雷达探测距离是非隐身F/A-18探测距离的6倍，具有极大的“先视”优势。可见，战机隐身能力和有源相控阵雷达性能的综合，是“先视”的关键。

即使F-22相对于F/A-18拥有数倍的探测和先制优势，但是如果F-22雷达不具备射频隐身能力，在远距截获、跟踪目标的同时，自身雷达辐射信号被对手截获、识别，则其隐身及先发优势将失去意义。对手可根据机载ESM/RWR告警情况，采取电子干扰或机动规避。因此，隐身亦可视为一种特殊形式的电磁静默，为发挥隐身战斗机的探测和时空优势，必须力争对目标实施“寂静”截获/攻击。“寂静距离”指在该距离以内，机载雷达可通过功率管理等射频隐身措施，在截获/跟踪目标的同时，极大地降低雷达信号被目标机ESM/RWR截获识别的概率，实现电磁隐身。可见，“先视”优势还体现在战机雷达的“寂静跟踪/攻击”能力上。

根据空战时战斗机雷达和目标机电子侦察距离方程，假设式中侦察天线增益为0dB，雷达与侦察损耗系数均取9dB，可近似得到战机雷达天线主瓣对RCS为 σt的目标机ESM/RWR“寂静距离”R0的估算式为：

式中,Gr为雷达天线增益，Pimin为ESM/RWR最小可检测信号功率，Prmin为雷达最小可检测信号功率，SPGr为雷达信号处理增益。

根据前述F-22雷达参数，取Gr为36 dB，可大致估算出F-22雷达对不同RCS和Pimin的目标机“寂静距离”见表1，关系曲线如图3所示。

表1 F-22雷达“寂静距离”与目标RCS、ESM/RWR灵敏度的关系 R0/km

图3 F-22雷达“寂静距离”与目标RCS、ESM/RWR灵敏度关系示意图

由表1和图3可见，F-22雷达“寂静距离”随目标机RCS减小而降低，随目标机ESM/RWR灵敏度提高而降低。如对RCS为5m2的常规战机，当其ESM/RWR灵敏度为-65 dBmW时，F-22雷达“寂静距离”约为210 km，当目标机ESM/RWR灵敏度提高至-75 dBmW时，雷达“寂静距离”降至66.5 km。当目标机RCS大幅降至0.01 m2时，F-22雷达“寂静距离”仅约9.4 km，已完全丧失了超视距射频隐身和“寂静攻击”能力。因此，可用σtPimin作为衡量战机对抗敌雷达射频隐身能力的品质因数。例如，降低战机的RCS或提高ESM/RWR灵敏度均可削弱对手的“寂静距离”，两者协同运用时，产生乘积效应，取得比其单独使用更佳的效果。

1.2“先射”优势

F-22对具有“代差”的常规战机空战，在“先视”基础上，可力争在进入对手有源/无源传感器作用距离前，以超声速巡航状态实施防区外“寂静攻击”和脱离。F-22使用的AIM-120D空空导弹[3]在发射高度10 km，目标速度Ma数为0.8，迎头攻击条件下，最大攻击距离为200 km，导弹发射后平均速度Ma数为3.5，导引头截获距离约25 km。以此分析，对RCS 5m2的F/A-18，当其ESM/RWR灵敏度为-65 dBmW时，F-22可使用AIM-120D空空导弹，在200 km距离上对其实施先发制人的“寂静攻击”。经简单估算，在10 km高度以上，以Ma数为1.6超声速巡航的F-22使用AIM-120D导弹，可对Ma数为0.8跨声速飞行的F/A-18实施至少2次防区外迎头超视距寂静攻击，并安全脱离。

1.3“先脱离”优势

如果F-22采用超声速发射、跨声速制导、超声速脱离的机动模式，还可进一步增加射击次数。但在中制导并脱离时，可能进入F/A-18的探测和攻击区。为避免被动，F-22可利用其优良的超声速盘旋能力高速脱离，实现攻防快速转换，不给对手可乘之机。

由此可知，对抗隐身战机“先视”优势的方法之一，除了缩减自身RCS，提高ESM/RWR系统的灵敏度，还可采用低波段雷达、长波红外搜索跟踪系统、有源相控阵雷达等提高反隐身探测能力的手段。

2 隐身与干扰的对抗

在与隐身战机空战中，目标机施放电子干扰虽无法影响隐身战机的RCS，但可降低或扰乱其雷达的S/J，抑制和削弱雷达性能，抵消其不对称探测优势。因此，对抗隐身战机优势的实用方法之一，就是“抑制”法。即通过电子干扰来压制和削弱隐身战机雷达的性能，进而抵消其隐身先发优势。

2.1 抵消隐身先发优势

战斗机与目标机空战时，目标机采用随队或自卫干扰，对战斗机雷达的干扰方程为：

式中，PJGJ为干扰机等效辐射功率，PtGt为雷达等效辐射功率，LJ为干扰机馈线损耗，Lr为雷达系统损耗，ΥJ为干扰信号极化损耗，Kf=BnBj为雷达接收机带宽Bn与干扰信号频谱宽度Bj之比，KJ为干扰压制系数，SPGj为雷达对干扰信号的处理增益，RJmin为最小干扰距离。

假设目标机使用电子战设备对F-22雷达实施侦察和干扰，设 Pt为 20 kW，Gt=Gr为36 dB，LJ=Lr，ΥJ为-3 dB，Kf=1 3，KJ取20 dB。当采用相参干扰技术（如灵巧噪声、相参假目标等）时SPGj近似取SPGr。则根据干扰方程可估算出不同目标RCS、RJmin条件下，所需要的干扰等效辐射功率PJGJ见表2，对应曲线见图4所示。

表2 目标机干扰等效辐射功率与目标RCS、最小干扰距离的关系 PJGJ/W

图4 目标机PJGJ与目标RCS、最小干扰距离关系示意图

由表2和图4可见，当目标RCS分别为5 m2、1 m2、0.1 m2时，从估算结果看，将F-22雷达距离干扰压制至数千里，所需要的干扰等效辐射功率在数千瓦或数百瓦量级内。而且目标RCS缩减，所要求的PJGJ降低。当目标RCS为10 m2时，所需要的干扰等效辐射功率约为RCS 5 m2目标的2倍。因此，可用σt/PJGJ作为衡量战机雷达干扰能力的品质因数。

因此，常规战机在侦察、分选和识别F-22雷达信号基础上，采用相参干扰样式，可以压制和破坏F-22的“先视”优势。要求战机装备较高灵敏度的ESM/RWR，以及先进相参干扰机，抵消对手的“先视”优势，力争均势对抗或“反制”态势。此外，战机采用隐身技术，包括：换装有源相控阵雷达，采用保形油箱/弹舱，在飞机强反射部位涂覆吸波材料等。既利于对抗“寂静攻击”，也利于干扰压制对手。例如，美国改型飞机F/A-18E/F、F-15SE的前向RCS均较其原型机有一定的缩减。

2.2 实施后发制人

在美军2009年军演中，1架EA-18G使用AIM-120导弹“击落”了1架F-22。该事件可能创下了机载电子战对隐身战机“先抵消、后反制”的先例。F-22虽拥有优良隐身性能，可大幅降低EA-18G雷达的信息感知能力,但EA-18G作为电子战飞机，装备有先进电子战系统，并与其机载雷达构成共用机头综合孔径，分出部分T/R单元，实现高增益电子侦察（HGESM）和高功率电子干扰（HPECM）模式[4-5]。具备侦察和干扰F-22雷达、通信及导航的能力，使其在擅长的超视距空战中“变瞎变聋”，削弱其先制优势。

假设EA-18G机头前方RCS为10 m2，X波段HGESM模式的灵敏度为-90 dBmW。由表1可见，对应F-22雷达的“寂静距离”降至16.7 km，丧失远距“寂静攻击”能力。双方迎头空战，在16.7 km之外，只要F-22雷达开机搜索、跟踪目标，EA-18G具备侦察截获F-22雷达辐射信号，并采用AN/ALQ-99干扰吊舱或HPECM模式实施干扰的能力。当EA-18G HPECM模式机头天线阵列增益为20 dB，则机头前方X波段干扰等效辐射功率约45 dBW（31.6 kW），具备将F-22雷达作用距离干扰压制到数公里的潜力，使F-22雷达在电磁域“致盲”，大幅削弱其“四先”不对称优势。而EA-18G则具备在47 km范围内，使用雷达和AIM-120导弹，在合适的距离和时机“反击”的机会。而且，EA-18G还可通过灵活调节机头天线阵列增益，实现电子侦察系统灵敏度和干扰功率随空战距离的调节、可变。

3 隐身与电子战协同

首先，由品质因数σtPimin可见，隐身与电子侦察协同运用，可有效对抗敌方雷达射频隐身和“寂静攻击”能力。

其次，从品质因数 σt/（PJGJ）可见，隐身与电子干扰两种“致盲”手段协同运用，相互之间可发挥助力作用[6]。例如，在KJ和其它参数相同条件下，如果在远距干扰基础上，被掩护目标采用隐身措施（σt减小20 dB），则最小干扰距离将减小为原来仅采用干扰时的32%。当采用自卫/随队干扰加隐身，则最小干扰距离减小为仅采用干扰时的1/10。

从 σt/（PJGJ）还可见：一是 F-35 等隐身战机具有RCS小、PJGJ大及综合“致盲”效果好的优势。能深入抵达常规电子战飞机难以进入的地区，实施“防区内”渗透性电子攻击。二是为隐身战机提供电子干扰掩护，所需的干扰功率可以更小，干扰机的体积、质量、电源和成本要求可进一步降低。

4 隐身与电子战的相互作用及结论

1）促进电磁战频段和手段扩展。为对抗隐身战机，发展了V/UHF频段有源相控阵单/多基雷达，尤其是基于机会辐射源的无源雷达。这促使战机发展全向、宽谱隐身技术，并促进电子侦察和干扰技术向低频段扩展，以及各类无人机为平台的干扰机、诱饵群、一次性电子攻击载荷等“防区内电子战”技术发展。还可促进光电侦察与对抗技术、防区外发射“反电子高功率微波导弹”、巡飞弹等电磁战武器发展。

2）促进渗透型电子战技术发展。一是促使美军研发专用“穿透型航空电子攻击”平台，具有全方位、宽波段隐身性能及长续航力和持久性，采用认知电子战技术，具备远程渗透机载电子攻击能力。二是促使美军发展自组织、智能化协同、渗透型集群电子战手段，采用防区内渗透性“抵近”侦察、干扰、诱骗、迷惑或自杀式攻击的电子战方式，来穿透先进防空系统。发挥分布式、近距离、低成本电子战独有的增益和优势，如“小型空射诱饵”MALD及其改型能渗透敌防空，为突入敌空域的隐身飞机提供支援掩护。

3）促进新型电磁战技术发展。隐身与反隐身的斗争，促进传统电子战向新型电磁战技术发展。如美国智库提出“低功率至零功率”电磁战概念，认为应围绕“低功率至零功率”传感器、通信和电磁对抗措施展开博弈。发展网络化、捷变性、多功能、小型化、自适应、渗透性无人机和诱饵、分布式无源 传感器、射频隐身传感器和数据链等关键能力和要素。

4）促进射频隐身和自卫对抗技术发展。隐身与电子战的斗争，既促进了战机机载雷达等装备射频隐身技术发展，也进一步促进了战机以数字式多通道ESM/RWR技术、DRFM相参干扰、有源相控阵技术为代表的先进自卫电子战技术发展。在未来的动态博弈中，还将促进基于人工智能的认知电子战技术发展。

通过以上分析和研究，可得到以下结论：

1）隐身战机“四先”优势源于空战OODA环的第一个“O”环节。通过优良的隐身和雷达等传感器性能，综合形成相对非隐身常规战机的不对称“先视”和“寂静攻击”优势。而电子战可“致盲”隐身战机雷达等设备，破坏其空战OODA环的两个“O”环节，抵消其“先视”和“先射”优势。

2）无论是夺取“四先”，或是对抗、削弱对手的“四先”。战机采用隐身措施，装备先进电子战系统、有源相控阵雷达、长波红外搜索跟踪系统等，均有利于提高战机空战攻防效能。

3）战斗机的隐身与电子侦察和干扰协同运用，相互之间可发挥助力作用，并产生高于单个措施效果的协同增益。

4）隐身技术促进了低频段电子战、渗透性电子战、新型电磁战等技术的发展。

5 结束语

文章探讨了战斗机的隐身与电子侦察、干扰对抗、协同及相互促进的博弈关系。从对抗视角研究了战斗机的隐身优势、电子战的“先抵消后反制”战术，以及战机争夺空战“四先”优势的措施。基于电子侦察、干扰品质因数，探讨了战斗机的隐身与电子侦察、干扰的协同增益。最后，探讨了隐身与电子战的相互促进及新技术发展情况。由此可见，正是战斗机的隐身与电子战这两种电磁域“致盲”手段的复杂博弈和矛盾运动，成为战斗机新型电磁战技术发展进步的推手之一。■