飞机隐身技术及其雷达对抗措施.pdf

今 日 自 动 化Automation Today自动化技术与应用Automation technology and Application94 2 0 2 3.5 今日自动化2 0 2 3 年第5 期2023 No.51 隐身飞机概况隐身飞机以仿生学为主要的基础性理论，结合飞机制造相关技术完成飞机建造。隐身飞机的研制目的是躲避雷达侦察，降低被雷达探测、发现、识别的可能性，从而实现电子设备方面的“隐身”。隐身飞机自出现后，经历了仿生隐身、高空高速隐身、低探测技术隐身等多个阶段。在前两个发展阶段，隐身飞机主要负责侦察任务；在低探测技术和卫星侦察技术出现之后，隐身飞机从侦察机发展到了战斗机、轰炸机等多种机型。仿生隐身飞机以“鸽”式飞机为代表，是德国专家基于仿生学原理建造的隐身飞机，机身仿照鸽子形态设计建造，以侦察为主要功能。高空高速隐身飞机的典型机型为 U-2和 SR-71，是美国建造设计的隐身飞机，飞行高度较高，可以躲避部分雷达的检测和导弹打击。F-117A 开启了低探测技术隐身飞机的先河，由美国专家研究制造。2 飞机隐身技术2.1 红外隐身技术飞机具有红外辐射特征，这是飞机自身结构与功能设置带来的有源目标特征，利用被动传感器等设备能够探测飞机的红外辐射，发现目标。飞机蒙皮、发动机尾喷管、尾焰等均会产生红外辐射。通过减少飞机红外辐射达成隐身目的的技术手段，通常采用调整飞机结构设计的方式。相关人员可以采取相应的遮挡措施，降低飞机被探测的可能性。针对飞机蒙皮的热辐射，相关人员可以在翼面蒙皮下敷设燃油管散热，或是喷涂红外涂层，降低热辐射，通过喷液氮、气溶胶等方式在短时间内降低飞机发动机的红外辐射，达到隐身目的。2.2 雷达隐身技术雷达利用了电磁波的相关原理，发射、接收并处理电磁波，对其进行分析研究，得出探测目标图像。在当前的时代背景下，雷达是重要的信息化手段，能够有效发现空中目标。基于这一实际情况，飞机隐身技术研究工作的首要目标是躲避雷达的探测和追踪。通常情况下，雷达散射截面大于1 m2的目标为非隐身目标，能够被雷达识别；大于0.1 m2且小于1 m2的目标为低可探测性目标。因此，相关人员在雷达隐身技术的研究方面应当重视雷达散射截面的缩小，尽可能降低雷达散射截面。研究人员可以从气动布局、吸波结构设计、吸波材料等3个方面减少飞机的雷达散射截面。气动布局的主要目的是改变电磁波的反射方向，在隐身性能提升方面起到了极大作用。常见的气动布局设计为飞翼式结构、翼面前缘平行设计、机头棱边设计等。吸波结构设计以及吸波材料吸收或衰减了入射的雷达电磁波，减少了反射雷达波的能量。在以上3个方面优化设计的帮助下，反射雷达波的能摘 要飞机隐身技术及其雷达对抗措施是目前国防事业研究的重点内容之一。文章简单概括了隐身飞机的基本情况，从多个方面分析了现阶段使用的飞机隐身技术，并以此为切入点，研究了行之有效的雷达对抗措施。在此基础上，阐述了研究飞机隐身技术及其雷达对抗措施的现实意义。希望可以为相关人士提供帮助和借鉴，推动飞机隐身技术与雷达对抗措施的进步和发展，为我国的国防事业作出贡献。关键词飞机隐身技术；雷达；对抗措施中图分类号TN974 文献标志码A 文章编号20956487（2023）05009403Discussion on Aircraft Stealth Technology and Radar CountermeasuresWANG Chen，ZHANG KaiAbstractAircraft stealth technology and its radar countermeasures are currently one of the key research topics in the national defense industry.This article briefly summarizes the basic situation of stealth aircraft,and then analyzes the aircraft stealth technologies currently used from multiple aspects.Based on this,effective radar countermeasures are studied.On this basis,the practical significance of studying aircraft stealth technology and its radar countermeasures is elaborated.I hope to provide assistance and reference for relevant personnel,promote the progress and development of aircraft stealth technology and radar countermeasures,and make contributions to Chinas national defense industry.Keywordsaircraft stealth technology;radar;adversarial measures飞机隐身技术及其雷达对抗措施王晨1，张凯2（1.航空工业陕西飞机工业有限责任公司，陕西汉中723000；2.空装驻成都地区第三军事代表室，四川成都610000）今 日 自 动 化Automation Today自动化技术与应用Automation technology and Application2 0 2 3.5 今日自动化 952 0 2 3 年第5 期2023 No.5量极大降低，使雷达无法获取足够的能量，无法生成清晰的雷达图像。2.3 射频隐身技术射频隐身技术以电子设备射频有源信号为主要控制目标，躲避无源电子侦察设备，以避免自身射频信号被截获、分选识别以及定位。射频隐身技术利用综合手段控制射频辐射的多维特征，从时、频、空、能等多个角度确保无源探测系统与设备无法截获有效探测信号。射频隐身技术的核心是控制辐射源功率，将辐射信号维持在截获接收机门限值以下。相关人员在研究射频隐身技术时，可以从最小功率、最短驻留时间等角度入手，综合利用定向天线技术，减少次要方向的辐射功率。低截获波形技术的应用，能够缩短无源探测设备的辐射信号截获距离，降低探测精度。在辐射源信号最大不确定性技术的帮助下，信号的抗分选、抗识别能力增强，完成射频隐身。通过上述手段可以发现，射频隐身技术并非某种单一的技术类型，也不能通过单一设备类型完成射频隐身设计，而是多种技术手段和仪器设备的综合运用。2.4 RCS测试技术电磁计算在飞机隐身及技术研究中占据着重要地位，RCS（雷达反射截面，以下简称 RCS）仿真是重要的研究方向之一。在实际工作中，RCS 仿真在电磁计算的帮助下获得对象目标在指定方位角和辐射角条件下的 RCS 数据，根据数据信息完善隐身飞机各方面的设计工作。通常情况下，全机、进气管、尾喷管、雷达罩、天线等为 RCS 测试技术的主要目标对象，吸波结构与材料也是关键的研究内容。RCS 测试技术在飞机设计研究的不同阶段发挥着不同的作用，处理方法各异。概念设计阶段，RCS测试技术的主要目的是判断并选择飞机的外形布局，确定隐身效果较好的外形。此时，设计人员可以就飞机进、排气封堵展开计算，得出现选型方案外形平台的散射规律和量级。随后，设计人员需要考虑腔体影响，逐渐增加散射源，明确机型信息，按照实际情况规划隐身技术与方法手段。需要注意的是，现阶段RCS 仿真测试技术的精度有待提升，设计人员在使用该技术完成隐身飞机设计工作时需要扬长避短，合理利用技术手段。2.5 成像诊断分析成像诊断分析以逆合成孔径雷达成像原理为基础，分析一定范围内的 RCS 数据，并将其制作成成像图，为方案的优化设计工作指明方向。基于成像原理进行近远场转换，工作人员需要建立目标角散射方向函数与散射点的三维散射分布函数的联系，根据实际工作的需求结合条件要求和算法得出结论。基于成像结果的近远场转换，相关人员通过较为简单的方式获取成像结果。在成像图的帮助下，相关人员可以判断强散射源位置，优化隐身设计。需要注意的是，成像的诊断技术需要大量数据作为支撑，数据的准确性极大程度上影响着成像诊断结果。使用近似算法，数据准确性得不到保障，而使用精准算法将会耗费大量的人力和时间成本。相关人员应当根据实际情况选择算法。3 雷达对抗措施3.1 小波交换法小波交换法是雷达对抗侦察中使用较为普遍的典型方法之一，通过分析雷达信号的时频特征发现目标，能够有效提取雷达信号的时频特征，工作效率较高。小波交换法在不平稳信号的区分和分析工作中，起到了较为显著的突出作用，利用伸缩或平移小波基的方式测量时间和频域的区域性变化，在当前尺度下分析频率成分。基于这一特点，在实际应用过程中，小波交换法可以弥补快速傅里叶交换法的不足，开展更加全面、立体的雷达对抗和信号探测。除了不平稳信号，小波交换法处理突变信号的吉布斯效应时具有较好的拟合效果，能够实现正交。在相位编码、频率编码等信号的波脊分析中发挥了作用。可以分析识别编码序列的规律，获取信号特征。3.2 雷达告警器雷达告警器在雷达对抗中主要起到早期预警作用，通过截获、识别、并定位地方辐射源的方式判断目标对象的威胁等级，向工作人员发出预警。现代社会的电磁环境比较复杂，雷达告警器面临着更加严峻的工作挑战。雷达告警器以电子侦察接收机为主要工具，截获电磁信号后通过告警设备内部的信号处理模块识别，根据信号特征和信息划定危险等级，给予声光或显示告警，提醒相关人员注意，采取相应的预警防范措施。在当前的时代背景下，雷达体制的多样化、密集复杂的电磁环境、雷达信号模拟器的干扰以及噪声压制干扰为雷达告警器的正常运行造成了负面影响。相关人员应当针对雷达告警器在工作过程中遇到的挑战，研究相应的提升措施，确保雷达告警器能够在雷达对抗中起到良好作用。雷达告警器需要基于盲源分离技术完成雷达信号的预分选，有意识调制识别雷达信号。另外，雷达告警器应当能够实现雷达信号无意调制识别。3.3 多传感器系统隐身飞机采用了多种隐身技术手段，为有效探测隐形飞机位置，相关人员应该综合使用多种类型的探今 日 自 动 化Automation Today自动化技术与应用Automation technology and Application96 2 0 2 3.5 今日自动化2 0 2 3 年第5 期2023 No.5测器，从各个方面展开探测。综合探测器应当包括红外传感器、电光、激光系统和其他非射频传感器，根据各探测器的特征科学组合，充分发挥探测器优势，收集不同种类的探测信号和信息，并将其集中在同一工作平台中，统一处理探测信息，获取目标对象的探测信息。综合探测器的应用建立了性能强大、功能齐全、频谱广泛的探测系统，以较为科学有效的手段完成了隐身目标的探测。此外，应当加强军民雷达系统的混合使用，建立两用雷达系统。和平时期，雷达系统负责保障民用系统的安全，当出现军事需求时则用于雷达对抗，提高雷达网络的密度，建立强大的雷达对抗工作基础。这一手段在部分国家中已经得到了应用和落实，并给予了法律层面的保障。3.4 先进红外传感器红外传感器是红外探测技术的重要工具之一，能够就隐身飞机的红外性能对其进行探测和预警。在雷达对抗中，红外传感器利用红外线完成数据处理，探测隐身飞机。红外传感器是重要的红外探测工具，可以有效识别工作区域内的异常红外辐射信号。作用距离是衡量红外传感器探测和预警性能的重要指标。相关人员在雷达对抗中使用红外传感器时应当注重作用距离，明确红外传感器的作用距离，在保障探测结果的前提下延长作用距离。在使用过程中，红外传感器相对比较容易损坏。相关人员在使用红外传感器时需要明确传感器性能，在规定范围和环境中使用，避免工作环境影响传感器质量。温度是影响传感器工作质量的重要因素，相关人员需要严格控制红外传感器工作环境的温度，尽可能将传感器周围环境的温度维持在正常室温范围内。工作人员可以根据工作情况调整传感器工作点，使红外传感器的功能等得到最大程度地发挥和利用。3.5 快速傅里叶变换方法快速傅里叶变换方法是现阶段时频变换中普遍应用的技术手段之一，该技术手段需要雷达对抗侦察接收机作为辅助工作，将接收机截获的信号进行采样，获取离散的雷达信号，采用快速傅里叶变换方法得出雷达信号频谱。基于信号频谱，相关人员可以分析信号的频率分布，从频段幅度、谱峰数量、相对电平等数据判断截获脉冲信号的数量和调制样式。如果应用快速傅里叶变换方法得出了谱峰数量较多且不易区分，相关人员可以综合利用能量谱密度估计方法，增强测频结果的准确性和可靠性。使用快速傅里叶变换方法的过程中，栅栏效应的出现概率较高，在雷达对抗中造成了负面影响，导致频率泄露较大，测频结果与实际情况之间存在较大差距。另外，快速傅里叶变换方法在雷达对抗中存在一定的局限性，当截获信号不平稳时，快速傅里叶变换方法的频谱分析结果准确性较差，无法完整提取脉内细微特征。当快速傅里叶变换方法无法分辨和识别不同信号时，工作人员可以引入小波交换法，共同进行雷达对抗侦察。3.6 多站协同搜索隐身目标现阶段，凭借某一单位单独的能力完成雷达对抗任务的行为较为困难。相关人员可以采取多站协同搜索隐身目标的方式探测隐身飞机。通常情况下，多站协同搜索隐身目标需要各站之间分享雷达探测信息，通过整合雷达探测信息、扩大搜索范围的方式提高雷达对抗和搜索效率。相关人员可以将多个接收站联系起来，组成网络雷达对抗系统。由于不同接收站之间可能存在搜索部分的重叠，因此，相关人员在多站协同搜索隐身目标过程中，需要合理规划接收站。一般情况下，重叠区面积较大意味着整体搜索面积变小，容易影响搜索结果，而重叠区域过小则有可能导致目标突破防线，离开探测区域。为在最大程度上发挥多站协同搜索隐身目标的作用，相关人员应当根据防空任务内容以及重要性的不同，合理设置重叠区大小。为达成隐身目标的精准定位，通常需要3个及以上接收站协同搜索，规划测量方位，探测目标对象的位置、速度和方向。4 研究飞机隐身技术及其雷达对抗措施的意义隐身与反隐身、探测与反探测是军事发展的主线。隐身飞机的出现改变了传统的军事模式，是军事研究的重中之重。飞机隐身技术极大提升了飞机的生存力，使飞机能够躲避侦察和探测，在更加安全的条件保障下执行任务。研究飞机隐身技术将会提升隐身飞机性能，以更加隐蔽、高效的方式完成各类军事任务。雷达对抗作为电子手段的关键部分，在现代军事中有着重要作用。积极研究并探索科学有效的雷达对抗措施将会极大提升战斗力，应对现代军事的挑战。5 结束语现阶段可以使用红外、雷达、射频的隐身技术实现飞机隐身目的，配合 RCS 测试技术和成像诊断分析完成隐形飞机的整体设计任务。面对隐身飞机，可以使用小波交换法、快速傅里叶变换方法等技术手段提取信号时频特征，利用雷达告警器、先进红外传感器等先进的仪器设备侦查隐身飞机，在此基础上，可以采用多传感器系统以及多站协同搜索隐身目标的方式完成雷达对抗。参考文献1 谢高权.空中幽灵 隐身飞机 J.科学 24 小时，2021（9）：8-11.