机载雷达反隐身的频率优选及应用研究

王思雨 海军701工厂

随着军事技术的发展，隐身战斗机开始进入到空中力量中，由于其发现距离短，所以会给预警机造成很大的威胁。为此，预警机需要选择合适的雷达频率，以便能及时发现隐身飞机。

一、低频段反隐身频率优选

隐身战机在不同的频率下，RCS会有明显的不同，所以选择合适的雷达频率有利于提升对隐身目标的现概率，提升雷达的反隐身能力。

（一）RCS和反隐身的关系

隐身战斗机的几何形状都针对雷达进行过特殊设计，所以和传统的战斗机相比在电磁波散射机理上会有很大不同，这就使得隐身战机的RCS非常小，很难被预警机雷达所发现。但是，隐身战机的RCS数值依然可以在不同的入射条件下测得，因此RCS的公式为：

其中，R是发射源到目标的距离，Ei是照射到目标处的入射电场强度，Er是回到发射源的回拨信号电厂强度。隐身飞机降低自身RCS是通过特殊的设计降低散射场的强度和回波率达到的，所以一般隐形目标都会采用更为特殊的外形设计、稀薄材料来降低放射的功率。在电磁波和隐身战斗机相遇时会产生散射，或者发射后的电磁波正好和入射电磁波相位相反，就能够达到抵消的目的，最终实现战斗机的隐身。

目前，绝大多数的预警机都有400公里以上的探测范围，但是由于隐身战机的RCS非常小，使得预警机难以在很远的位置发现隐身战机，往往在发现隐身战机时已经进入了被攻击范围，使得现代战场中预警机受到的威胁很大。由于隐身战机一般使用1-20GHz的厘米波雷达作为对抗频率，因此在空域、频域上都有比较大的反隐身窗口，通过选择低频长波雷达能够扩大探测范围，能够达到反隐身的目的。

（二）反隐身频段的选择

根据电磁理论，目标的电磁尺寸大小可以根据RCS变化分为瑞利区、谐振区和光学区，所以一般使用目标的特征尺寸ka来对目标尺寸进行表征，其中ka=2πa/λ（λ为雷达的工作波长，k是波数，k=2π/λ，a是目标的特征尺寸）。对于ka的划分，采取以下的方法：在ka远小于1的时候，为瑞利区，工作波长会比目标的特征尺寸要大，RCS和波长的四次方成反比；谐振区是1＜ka＜20的情况，波长与目标的特征尺寸是可比拟的，在该区域散射分量会产生干涉，RCS也会随着频率的变化出现震荡性起伏，波峰目标的RCS会明显增加，但是如果进入波谷，目标的RCS并不会增加，反而会减小，所以在谐振区计算RCS的值是比较困难的；在ka＞20的情况下，就进入了光学区，在这种情况下RCS会趋于一个常数，其具体数值，和战斗机的蒙皮设计、表面光滑程度、几何特性有关。

雷达反隐身需要选择合适的工作频率，从而增大雷达的散截面积。如果是探测单一隐身目标，就可以利用两种极化下的谐振波峰重叠的频率作为反隐身工作频率，如果谐振波并没有波峰存在，可以在范围内选择具有最大谐振波峰的频率作为反隐身工作频率。对于两种或者两种以上的隐身目标，同一极化的作用下，不同的谐振波峰和重叠区域可以作为计划下统计最后的反隐身工作频率。假如只有部分小谐振波峰重叠区存在，就选择谐振波重叠区域出现最高的工作区间作为反隐身的工作频率；如果没有重叠区域，就选择具有最大谐振波的波峰雷达。

二、高频段反隐身频率的选择

目前为了提升对战斗机探测的精度，主要使用高频雷达，由于隐身战机的特殊设计，使得高频雷达难以进行隐身飞机的探测。但是高频雷达依然具有探测隐身战机的能力，通过和低频雷达配合，确定隐身战机的大致位置，再使用高频雷达对较小的范围进行搜索，准确确定隐身战斗机的位置。

（一）雷达探测距离和频率的关系

雷达的工作频率将会决定很多指标，并且会影响雷达的性能，会对探测距离造成影响。

（1）天线增益

天线的增益是雷达性能的主要因素，影响天线增益的因素包括天线的口径、工作波长，其计算公式为：

其中Ar是天线的孔径面积，λ是工作波长。对于雷达双程增益，一般取G2，但是由于天线互耦和接收需要进行加权等因素的影响，雷达实际上的双程增益要比G2要小很多。

（2）大气传输损耗

电磁波在传输的过程中，会受到大气的影响导致传输的损耗。对于晴朗的天气情况，如果雷达的工作频率较低，那么衰减是可以忽略的，但是高频率的分米波和厘米波就会有明显的衰减。电磁波在大气中的衰减会随着频率的升高而增加，衰减得越严重，雷达的探测距离就会越小，所以雷达的探测距离和工作频率是呈反比的。

（二）雷达反隐身频率的选择

根据仿真结果，雷达探测距离最大的频率在2-3GHz区间之内，实际应用中，如果使用C波段或X波段必然需要面对较大的大气衰减，并不能发挥出高频率所带来的精度优势，而探测距离明显下降则不能保证反隐身能力。因此，频率的升高并不能给天线带来比较高的增益，也不能让雷达的作用距离有明显提升。所以，在探测若目标时，仍然要使用L波段和S波段，并且在实战当中，S波段的探测距离明显高于L波段，具有更好的反隐身效果，所以S波段是高频率反隐身比较合适的波段。

三、结束语

随着当前军事的发展，隐身设备的数量会越来越高，大量低可探测的设备给预警机带来了极大的挑战。所以，所以要选择合适预警机雷达频率提升对隐身飞机的探测性能。通过以增大目标的RCS进行频率的选择，以及使用值仿真等方法，得到最合适的隐身频段。并且，高频和低频雷达需要做好配合，通过高低频结合的工作模式来做好对隐身战斗机的探测。