發展中的飛行器射頻隱身技術

何謂射頻隱身技術

射頻隱身技術的內涵

隱身是目標相對探測系統而言的，目標未被探測系統發現或者識別，認為目標實現了隱身；目標已被探測系統發現或識別，認為目標未能隱身。雷達隱身、紅外隱身是指目標與雷達及紅外探測系統間的對抗概念。射頻隱身是指目標與無源探測系統間的對抗概念。無源探測系統可以根據武器平臺上電子設備（系統）輻射的電磁波確定武器的位置（角度和距離）信息。射頻隱身技術是武器平臺上的電子設備針對無源探測系統的隱身技術，屬于武器平臺有源或主動信號特征控制范疇。飛行器紅外隱身技術、潛艇的減振降噪技術也屬于有源或主動特征信號控制范疇。

射頻隱身的技術特點

雷達隱身及紅外隱身要求盡可能地減小目標的雷達及紅外特征，即目標的RCS及紅外輻射強度越低越好。但射頻隱身則有很大的不同，不能無限制地減小目標的射頻特征。因為電子設備要依靠輻射的電磁波工作，電子設備輻射的電磁波能量小到一定值后，電子設備的功能和性能會下降或消失而失去作用。因而射頻隱身的一大特點或限制條件是保持電子設備的功能及性能，滿足使用需求。

發展射頻隱身技術的重要性

迅速發展的無源探測系統對飛行器構成了嚴重威脅

近年來，隨著傳感器的元器件水平和計算機軟硬件水平的不斷提高，無源探測系統（無源態勢感知、電子情報系統ELINT、信號情報系統SIGINT、電子支援措施ESM、反輻射導彈ARM等）對各種機載、艦載、車載、彈載輻射源的探測能力已大大提高。無源探測系統具有作用距離遠、不發射電磁波、隱蔽性好的特點，對配有各種主動電磁輻射源的軍事裝備構成了嚴重威脅。

F-22機載無源態勢感知系統，工作波段0.5～20GHz，對飛行器無源探測距離大于460千米，信號測角精度小于15度，能夠探測的雷達信號類型包括：連續波、脈沖、脈沖多普勒、脈沖壓縮、脈沖重復頻率捷變、載頻捷變等，能夠識別的輻射源模式大于10000個；

美國ES5000機載信號情報系統（SIGINT），工作波段0.02～18GHz，對飛行器的最大作用距離350千米（10千米高度），測角精度小于3度，瞬時帶寬400MHz，能夠探測的雷達信號類型包括：脈沖、連續波、脈沖重復間隔捷變（2～10000微秒），能夠識別的輻射源模式大于10000個；

捷克的ERA公司研制的“伯拉普”電子情報偵察/電子支援系統（ELINT/ESM），采用先進的寬帶干涉測向技術，工作波段0.1～1GHz，1～18GHz，或18～40GHz，瞬時帶寬200MHz，對飛行器的作用距離約450千米，能同時跟蹤200個目標，能夠探測的信號包括：脈沖，連續波，塔康導航，敵我識別；

“鎧甲”雷達系統由烏克蘭國營托帕茲公司研制，于1987年投入批量生產，系統靈敏度為-145dBw，可以發現、跟蹤并確定來自空中、地面和水面目標。該雷達是一種被動無線電偵察自動系統，能夠發現800千米以內的空中目標，可以偵察縱深600千米寬150千米范圍內的地面目標，是目前世界上同類系統中捕捉目標最遠的裝置。

隱身設計與探測性平衡設計原則

在武器平臺進行隱身設計時，應遵循平衡設計原則，即平衡觀測性原則：對主要的探測系統，武器平臺應呈現大致相近的被探測距離。目前雷達、紅外搜索跟蹤系統（IRST）及無源探測系統是對飛行器作用距離最遠的三種探測系統。武器平臺的隱身設計應對這三種主要威脅平衡設計。單獨追求雷達隱身性能，不斷地提高雷達隱身性能（降低其RCS值）是不恰當的。當其雷達隱身性能提高后，雷達對其探測距離降低了。但對方可用紅外或無源探測系統來檢測目標，目標可能首先暴露給對方的無源探測系統，而后暴露給機載紅外與探測系統 （IRST）。所以隱身設計應遵循雷達隱身、紅外隱身、射頻隱身性能平衡設計的原則。

飛行器隱身設計的短板

對常規飛行器，機載雷達對它的探測距離200千米左右，機載IRST（美國的AAS-42）對它的前向探測距離185千米左右，無源探測系統（美國的ALR-94）對它的探測距離460千米左右。而針對雷達隱身的飛行器，其RCS已經降到0.1平方米以下，比常規飛行器降低了20～30dB，機載雷達對它的探測距離降低到了只有幾十千米。作戰飛行器將首先被無源探測系統發現，其后將被IRST發現，射頻隱身已經成為飛行器隱身平衡設計的短板。

國外射頻隱身技術的發展

美國率先進行射頻隱身飛行試驗

美國在開展飛行器雷達隱身（RCS減縮）的同時，就開展了飛行器射頻隱身的研究。據已解密的公開資料，美國在1979～1980年就完成了第一個射頻隱身的飛行試驗，僅滯后于美國第一架隱身飛行器F-117A的驗證機“海弗藍”首飛（1977年12月）一年多的時間。該計劃開始于70年代中期，由美國國防部預先研究計劃局（DARPA）、美國空軍和海軍主持，休斯飛機公司為主承包商。試驗的未隱身的雷達為法國“幻影”飛機Cyrano雷達系列。射頻隱身后雷達參數為5w/波束、9波束、320MHz帶寬、天線旁瓣-55dB、LPI波形。射頻隱身的作戰對象為F-111A飛機載的AN/ALR-62雷達尋的告警接收機RHAW（它是當時美國最先進的RHAW）、ELINT和反輻射導彈ARM。

試驗結果顯示，機載雷達采用射頻隱身技術后，在保持雷達對目標作用距離不降低的條件下，威脅方RHAW對飛行器的探測距離從346千米降低到8.5千米，ELINT的從2188千米降低到19.3千米，反輻射導彈的從55千米降低到0.48千米。無源探測系統的探測距離縮減了97%以上，可見飛行器射頻隱身的效果是十分顯著的。

射頻隱身發展的三個階段

第一階段：F-117A時期，意識到射頻隱身的重要性，但沒有掌握射頻隱身技術。美國自上世紀70年代起，就已經認識到射頻隱身的重要性并開展了研究，但美國還沒有掌握射頻隱身技術，在F-117A飛機上沒有裝備機載雷達。

第二階段：B-2時期，美國掌握了部分射頻隱身技術。上世紀80年代后期，美國在B-2隱身轟炸機上裝備了具有低截獲概率（LPI）的APQ-181相控陣雷達，該雷達具有隱身波形和5級輻射功率控制，并不斷對該雷達的射頻隱身性能進行升級，美國掌握了部分射頻隱身技術。

第三階段：F-22和F-35時期，美國全面掌握了射頻隱身技術。上世紀90年代到本世紀初，美國為新一代戰斗機F-22和F-35研制了射頻隱身性能良好的機載雷達、通信導航識別（CNI）等電子設備，并通過上述設備的研制，全面掌握了射頻隱身技術。

總體來說，美國現今已經全面掌握各類機載電子設備輻射能量的自適應控制技術，射頻隱身波形設計技術等射頻隱身技術。

射頻隱身技術的研究重點

射頻隱身技術的研究對象是以機載電子設備為主，如飛行器的機間數據鏈和機載相控陣雷達的射頻隱身技術，并以飛行器為應用研究為重點。對于具體的電子設備，根據射頻隱身技術的基本原理，在技術上，應以電子設備輻射能量的自適應控制和發射信號的空域、頻域、時域不確定性和低截獲波形為重點。對于飛行器應用，應以系統綜合及多種隱身要求的平衡設計、戰術應用為主。

（桑建華，中航工業集團公司首席技術專家，中航工業成都飛機設計研究所；陳益鄰，中航工業發展研究中心）