陳建軍 王江濤 李大圣 王盛利

（南京電子技術(shù)研究所，南京，210039）

引 言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，利用隱身技術(shù)可以大大提高飛行器、導(dǎo)彈等的生存、突防和縱深打擊能力。因此近年來各國研制的各種作戰(zhàn)平臺，特別是第四／五代戰(zhàn)機（如美國F－35、俄羅斯 T－50、日本的F－X隱身戰(zhàn)機等）都特別重視隱身技術(shù)的使用［1］。

與此相應(yīng)，現(xiàn)代雷達(dá)也必須具備反隱身探測能力，才能在復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境中處于優(yōu)勢地位。傳統(tǒng)的依靠提高雷達(dá)發(fā)射功率和增大天線增益的手段在現(xiàn)代先進(jìn)的隱身技術(shù)面前已顯得十分乏力。所以，必須針對現(xiàn)有的隱身手段，盡可能綜合采取多種反隱身措施，才能取得較好的探測效果。本文首先介紹了目前已有的隱身手段和一些現(xiàn)役隱身目標(biāo)。在綜合梳理現(xiàn)有雷達(dá)反隱身技術(shù)基礎(chǔ)上，本文提出了外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)。

1 隱身和反隱身技術(shù)

隱身技術(shù)通過改變武器裝備的電、光、聲、磁等特征，使對方設(shè)備難以發(fā)現(xiàn)和識別，包括弱化表示目標(biāo)存在的射頻、紅外、聲波和視覺等信號特征來降低系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和跟蹤目標(biāo)能力的各種技術(shù)［2］。反隱身技術(shù)則是指使目標(biāo)采用的隱身措施效果降低甚至失效的技術(shù)。

1.1 隱身技術(shù)

隱身技術(shù)，主要包括：無源隱身技術(shù)、有源隱身技術(shù)和等離子體隱身［2］。

無源隱身技術(shù)是指利用電磁波的傳播規(guī)律，將吸波材料和透波材料涂覆到飛行器上，使得電磁波信號照射到目標(biāo)上時能量減弱；或者利用電磁反射規(guī)律，合理設(shè)計目標(biāo)外形，使其對電磁波在某些方向的反射大大減弱，從而使對方的探測系統(tǒng)難以發(fā)現(xiàn)或發(fā)現(xiàn)概率很低［3］。采取的措施主要有整形設(shè)計、涂覆吸波材料和阻抗加載技術(shù)等。

有源隱身技術(shù)是指通過主動發(fā)射信號（如電磁波、聲波等）來迷惑、干擾或抵消對方探測系統(tǒng)，使己方目標(biāo)隱蔽。這類技術(shù)是靠加強目標(biāo)的可探測信號來達(dá)到目標(biāo)隱身的目的。

除了這兩種隱身技術(shù)之外，還有等離子體隱身技術(shù)。這種技術(shù)是將飛機周圍的空氣變成等離子云，以此來吸收和散射雷達(dá)波。20世紀(jì)80年代初，蘇聯(lián)就已開始等離子體隱身技術(shù)的研究，最近已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，發(fā)展至第3代。前2代等離子體隱身產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行過飛行和地面試驗，可將飛機被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的概率降低99%［1］。

1.2 反隱身技術(shù)

隱身技術(shù)不可能在所有的角度和頻率上都具有優(yōu)良的隱身效果，還是給雷達(dá)探測留有“空間窗口”和“頻率窗口”。綜合起來看，雷達(dá)反隱身技術(shù)主要包括以下幾個方面［4］。

（1）研制米波雷達(dá) 米波雷達(dá)可以對付隱身目標(biāo)的外形隱身設(shè)計以及吸波材料隱身。米波雷達(dá)工作在目標(biāo)散射的諧振區(qū)。經(jīng)試驗分析，同頻率下處于雷達(dá)諧振區(qū)（Radar cross section，RCS）的目標(biāo)比光學(xué)區(qū)提高10～20dB。國外對各種受關(guān)注目標(biāo)的RCS頻率特性都有大量的試驗積累，表明諧振區(qū)多在米波段［5］。

（2）采用雙／多基地雷達(dá)系統(tǒng) 雙／多基地雷達(dá)系統(tǒng)將發(fā)射機和接收機分置在兩個或者多個不同的站點。通過合理布站可形成大雙站散射角，獲得空間增益文［6－7］。

（3）發(fā)展空基或天基平臺雷達(dá) 現(xiàn)有空中隱身目標(biāo)的重點一般在鼻錐方向±45°角范圍內(nèi)。因此，將空基或天基雷達(dá)向下探測，可獲得大RCS，提高檢測性能。美國空軍的E－3A預(yù)警機和海軍的“鉆石眼”預(yù)警機以及高空預(yù)警氣球都可以有效地探測隱身目標(biāo)。另外，美國還在研制預(yù)警飛艇、預(yù)警直升機和預(yù)警衛(wèi)星等［8］。

（4）提高現(xiàn)有雷達(dá)的探測能力 可以通過采用功率合成技術(shù)等增加雷達(dá)的發(fā)射功率。發(fā)展微弱信號檢測、智能雜波抑制等雷達(dá)信號處理技術(shù)，提高雷達(dá)信號處理能力。

綜合起來看，現(xiàn)有反隱身技術(shù)是通過利用目標(biāo)散射特性、改進(jìn)現(xiàn)有雷達(dá)工作方式等措施來探測隱身目標(biāo)［9］。

2 外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)

縱觀目前世界上的雷達(dá)反隱身技術(shù)和現(xiàn)有產(chǎn)品可以看出，當(dāng)今的反隱身技術(shù)主要是利用已有隱身技術(shù)存在的“空間窗口”和“頻率窗口”來探測隱身目標(biāo)。本文將多種反隱身技術(shù)相結(jié)合，提出了利用外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)。該系統(tǒng)兼有米波工作頻段、外輻射源、準(zhǔn)連續(xù)波、雙／多基地和雷達(dá)組網(wǎng)等多方面的優(yōu)勢。另外，該系統(tǒng)主要是基于已有的雷達(dá)設(shè)備，無需昂貴的高功率發(fā)射機，因此系統(tǒng)研制生產(chǎn)成本較低。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理

外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)的主要組成部分包括：待探測隱身目標(biāo)、外輻射源（調(diào)頻電臺）、外輻射源雷達(dá)、雷達(dá)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和處理中心等。

圖1 外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)構(gòu)成

外輻射源（調(diào)頻廣播電臺）發(fā)射的信號有一部分直接被雷達(dá)接收（直達(dá)波），可以作為樣本參考信號，用于相干處理。外輻射源的發(fā)射信號也在隱身目標(biāo)表面發(fā)生散射，外輻射源雷達(dá)通過接收上述散射信號，從而實現(xiàn)對目標(biāo)的檢測。由于在市區(qū)內(nèi)調(diào)頻電臺較多，在某個區(qū)域附近可能會存在多個可用的外輻射源信號。因此，多部外輻射源雷達(dá)可以組成雷達(dá)網(wǎng)，協(xié)同探測。各部雷達(dá)的接收數(shù)據(jù)或者探測結(jié)果傳輸?shù)嚼走_(dá)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理中心，通過數(shù)據(jù)融合，綜合探測目標(biāo)。

根據(jù)選用的外輻射源和參與工作的雷達(dá)數(shù)量，外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)可以有4種不同的工作模式。

（1）單外輻射源單部雷達(dá) 網(wǎng)絡(luò)中只使用一部雷達(dá)工作，而且只使用一座調(diào)頻電臺作為外輻射源。這種工作方式的優(yōu)點是系統(tǒng)構(gòu)成簡單，便于實現(xiàn)，而且成本也最低。其缺點是使用的外輻射源數(shù)量和雷達(dá)數(shù)量少，只能從有限的幾何構(gòu)成中觀察目標(biāo)，因此系統(tǒng)的探測威力有限。

（2）多外輻射源單部雷達(dá) 網(wǎng)絡(luò)中有一部雷達(dá)系統(tǒng)工作，但該雷達(dá)利用多部調(diào)頻電臺的輻射信號來探測目標(biāo)。此時系統(tǒng)使用多個電臺信號，可用不同的工作頻率和入射方位照射目標(biāo)，增加了探測目標(biāo)的威力。此時仍是一部雷達(dá)工作，使用數(shù)字波束形成技術(shù)同時接收多座電臺的信號，因此系統(tǒng)復(fù)雜度的增加主要是在雷達(dá)信號處理部分，成本增加有限。但這種工作方式使雷達(dá)的工作負(fù)荷較大，且不能多角度接收散射回波，雷達(dá)的工作狀態(tài)對系統(tǒng)性能影響很大。

（3）單外輻射源多部雷達(dá) 多部雷達(dá)同時工作，而且所有的雷達(dá)都使用同一外輻射源。在這種工作方式中，系統(tǒng)可以接收目標(biāo)對入射波在多個方向上的散射回波，提高了探測目標(biāo)的性能。而且多部雷達(dá)使用同一外輻射源工作，易于實現(xiàn)射頻信號融合。

（4）多外輻射源多部雷達(dá) 多部雷達(dá)組網(wǎng)同時工作，而且使用多個外輻射源信號。此時可以充分發(fā)揮本文提出的外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)在多工作頻率、多發(fā)射、多接收等方面的優(yōu)勢，最大程度地提高系統(tǒng)的探測性能。然而這種工作方式最復(fù)雜，對系統(tǒng)性能的要求也最高。另外，由于需要多部雷達(dá)，而且需要有數(shù)據(jù)綜合傳輸處理中心，系統(tǒng)的成本費用也最高。

2.2 系統(tǒng)反隱身原理

2.2.1 工作頻段

外輻射源雷達(dá)是工作在米波頻段的雷達(dá)系統(tǒng)。在此頻段內(nèi)，目標(biāo)的后向散射特性處于諧振區(qū)或者近諧振區(qū)內(nèi)。根據(jù)電磁散射理論，諧振區(qū)內(nèi)目標(biāo)的RCS與其形狀沒有關(guān)系，而只是取決于目標(biāo)的體積或者雷達(dá)波的照射面積。這樣目標(biāo)的RCS相對于其他頻段就有很大幅度的提高，使賦形隱身技術(shù)失效。

圖2給出了美國F－22隱身戰(zhàn)斗機在VHF（100MHz），P，L和S頻段時RCS的仿真結(jié)果。從圖中可以看出，與其他頻段相比，VHF頻段的RCS較大，且隨方位角的變化不劇烈，閃爍不明顯。因此，該頻段更有利于對隱身目標(biāo)的探測和跟蹤。

圖2 工作頻段F－22的RCS

采用RAM涂層隱身技術(shù)只是對雷達(dá)工作頻率在1～20GHz范圍內(nèi)才比較有效，而對于此頻率范圍以外的雷達(dá)信號，目標(biāo)的隱身效果不明顯。外輻射源雷達(dá)系統(tǒng)使用調(diào)頻廣播信號，工作頻率在88～108MHz左右。所以，外輻射雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)可以克服現(xiàn)有的RAM涂覆隱身技術(shù)，提高探測隱身目標(biāo)的可能性。

2.2.2 雙／多基地工作模式

隱身目標(biāo)的整形設(shè)計，主要是減小其鼻錐方向附近的RCS值，而在其他方向上減少不多。所以其雖然增加了單基地雷達(dá)探測目標(biāo)的難度，還是為雙／多基地雷達(dá)探測隱身目標(biāo)提供了空域觀察窗口［9］。而且隱身目標(biāo)存在側(cè)向、前向和后向散射回波，采用多基地雷達(dá)布站工作方式，更加有利于從多個不同的方向接收目標(biāo)回波，探測隱身目標(biāo)。

工作頻率為100MHz，雙基地工作模式下的F－22的RCS由圖3給出。圖中，x軸為雙站角，y軸為入射角，z軸為RCS。單基地的RCS對應(yīng)圖中最左側(cè)的豎線。從圖中可以看出，目標(biāo)RCS較大的區(qū)域并非分布在后向散射方向上，而是在前向散射方向區(qū)域附近。這表明，雙／多基地工作方式有可能比單基地獲得更大的RCS。

外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)的外輻射源和雷達(dá)接收機是在不同地點，因此可以發(fā)揮雙／多基地雷達(dá)在反隱身方面的優(yōu)勢，為探測隱身目標(biāo)提供有利條件。由于可以使用多個調(diào)頻電臺作為外輻射源，從而由多個不同方向照射目標(biāo)。而接收機也分布在不同的方位，就有可能從隱身目標(biāo)散射雷達(dá)能量較強的方向接收到回波信號，從而提高隱身目標(biāo)的RCS值。

2.2.3 雷達(dá)組網(wǎng)

通過多部雷達(dá)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)融合，可以獲得單部雷達(dá)無法獲得的數(shù)據(jù)和探測能力，從而可以進(jìn)一步提高對隱身目標(biāo)的探測性能［10］。

另外，雷達(dá)組網(wǎng)還可以實現(xiàn)“雷達(dá)接力”。由于隱身目標(biāo)的RCS較小，大大縮短了單部雷達(dá)的探測距離。外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)可以利用廣泛分布的調(diào)頻廣播電臺和無源雷達(dá)不易被敵方偵測摧毀的優(yōu)勢，沿防御區(qū)域由遠(yuǎn)及近地部署多部雷達(dá)。這樣就可以采用雷達(dá)接力的方式，先由靠近敵方的外輻射源雷達(dá)搜索探測目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)之后，就可以為后方的雷達(dá)引導(dǎo)指示目標(biāo)，依次交替，實現(xiàn)對隱身目標(biāo)連續(xù)穩(wěn)定的跟蹤。

2.2.4 多頻信號

在目標(biāo)外表上涂敷雷達(dá)吸波材料的確可以降低目標(biāo)反射回波，但是其只在較窄的頻帶內(nèi)才有較好的吸收效果，這就為雷達(dá)探測隱身目標(biāo)提供了頻域觀察窗口［11］。

外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)工作時使用多個電臺，各個電臺工作頻率不同，這使得該系統(tǒng)是在多個頻率上工作。不同頻率的電磁波信號經(jīng)過不同的入射和反射路徑，而且其照射隱身目標(biāo)的方位角也不一樣，這樣就會比使用單個工作頻率的雷達(dá)獲得更多的目標(biāo)信息，提高探測隱身目標(biāo)的能力。

圖3 雙基地時F－22的RCS

圖4給出了80MHz，88MHz，100MHz和108MHz時，F(xiàn)－22的RCS。從圖中可以看出，雖然都是屬于VHF頻段，但是F－22的RCS隨著頻率的不同還是有較大的變化。因此外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)的多頻工作模式有可能獲得較大的RCS。

圖4 多頻工作模式時F－22的RCS

2.2.5 準(zhǔn)連續(xù)波

外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)是采用收、發(fā)分置形式工作的雙／多基地雷達(dá)系統(tǒng)。外輻射源為調(diào)頻廣播電臺，發(fā)射的是準(zhǔn)連續(xù)波信號，而且對連續(xù)波信號進(jìn)行調(diào)頻編碼，把信號分布在較寬的頻帶上。在接收時，通過數(shù)字波束形成技術(shù)形成多個波束，實現(xiàn)對直達(dá)波和目標(biāo)回波信號的提取。

與普通的脈沖體制雷達(dá)相比，連續(xù)波雷達(dá)可以長時間地照射目標(biāo)，持續(xù)對目標(biāo)進(jìn)行觀測，獲得更快的數(shù)據(jù)刷新率。這樣就進(jìn)一步提高了對目標(biāo)的檢測概率和跟蹤的穩(wěn)定性。

3 外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

要充分發(fā)揮外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身系統(tǒng)的作用，還有一些關(guān)鍵技術(shù)需要進(jìn)一步深入研究。

3.1 自適應(yīng)外輻射源選擇

由目標(biāo)的電磁散射特性可知，目標(biāo)的RCS在諧振區(qū)是隨著雷達(dá)的工作頻率成振蕩變化的。在波峰處，目標(biāo)的RCS相對于光學(xué)區(qū)有明顯增加；但是如果落入波谷，目標(biāo)的RCS不但不會增加，反而有可能減小。因此，該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是要選擇適當(dāng)?shù)念l率點，使其工作頻率在目標(biāo)RCS諧振的波峰附近。采用自適應(yīng)外輻射源選擇系統(tǒng)可以較好地解決這一問題。該系統(tǒng)可以從備選的調(diào)頻電臺中選擇在目標(biāo)諧振頻率附近的工作頻率，專門用于探測與工作頻率諧振的目標(biāo)。

3.2 目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫

在選擇目標(biāo)諧振頻率點的過程中，除了自適應(yīng)外輻射源選擇系統(tǒng)之外，還需要待探測隱身目標(biāo)的諧振頻率。目標(biāo)不同，目標(biāo)的運動姿態(tài)不同，其諧振頻率就不相同。這樣就需要根據(jù)目標(biāo)自身的物理特性和其運動特征確定不同目標(biāo)的諧振頻率范圍，建立各種目標(biāo)的諧振頻率數(shù)據(jù)庫。在探測隱身目標(biāo)時，就可以根據(jù)諧振頻率數(shù)據(jù)庫選擇適當(dāng)?shù)耐廨椛湓?，使其工作頻率與目標(biāo)產(chǎn)生諧振，發(fā)揮米波雷達(dá)的反隱身優(yōu)勢。但是構(gòu)造目標(biāo)諧振頻率數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)起來比較困難。

4 結(jié)束語

隱身通過綜合外形設(shè)計、吸波涂覆等多方面技術(shù)來實現(xiàn)，因此雷達(dá)反隱身技術(shù)也應(yīng)該是多種措施相結(jié)合的。反隱身還應(yīng)具有一定針對性，不可能設(shè)計出一種能對付各種隱身目標(biāo)的雷達(dá)系統(tǒng)。本文提出了外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)反隱身探測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有米波工作頻段、外輻射源、準(zhǔn)連續(xù)波、雙／多基地和雷達(dá)組網(wǎng)等多個方面的優(yōu)勢，而且系統(tǒng)成本較低。對該系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步深入研究和改進(jìn)，盡量發(fā)揮其功能優(yōu)勢，增強我國在未來反隱身作戰(zhàn)中先敵發(fā)現(xiàn)、先敵打擊和先敵摧毀能力。后續(xù)將繼續(xù)深入開展該系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究，并研究該系統(tǒng)與其他傳感器系統(tǒng)融合，組成多傳感器網(wǎng)絡(luò)的可行性問題。

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