機載雷達反隱身的頻率優選及應用研究

王思雨 海軍701工廠

隨著軍事技術的發展，隱身戰斗機開始進入到空中力量中，由于其發現距離短，所以會給預警機造成很大的威脅。為此，預警機需要選擇合適的雷達頻率，以便能及時發現隱身飛機。

一、低頻段反隱身頻率優選

隱身戰機在不同的頻率下，RCS會有明顯的不同，所以選擇合適的雷達頻率有利于提升對隱身目標的現概率，提升雷達的反隱身能力。

（一）RCS和反隱身的關系

隱身戰斗機的幾何形狀都針對雷達進行過特殊設計，所以和傳統的戰斗機相比在電磁波散射機理上會有很大不同，這就使得隱身戰機的RCS非常小，很難被預警機雷達所發現。但是，隱身戰機的RCS數值依然可以在不同的入射條件下測得，因此RCS的公式為：

其中，R是發射源到目標的距離，Ei是照射到目標處的入射電場強度，Er是回到發射源的回撥信號電廠強度。隱身飛機降低自身RCS是通過特殊的設計降低散射場的強度和回波率達到的，所以一般隱形目標都會采用更為特殊的外形設計、稀薄材料來降低放射的功率。在電磁波和隱身戰斗機相遇時會產生散射，或者發射后的電磁波正好和入射電磁波相位相反，就能夠達到抵消的目的，最終實現戰斗機的隱身。

目前，絕大多數的預警機都有400公里以上的探測范圍，但是由于隱身戰機的RCS非常小，使得預警機難以在很遠的位置發現隱身戰機，往往在發現隱身戰機時已經進入了被攻擊范圍，使得現代戰場中預警機受到的威脅很大。由于隱身戰機一般使用1-20GHz的厘米波雷達作為對抗頻率，因此在空域、頻域上都有比較大的反隱身窗口，通過選擇低頻長波雷達能夠擴大探測范圍，能夠達到反隱身的目的。

（二）反隱身頻段的選擇

根據電磁理論，目標的電磁尺寸大小可以根據RCS變化分為瑞利區、諧振區和光學區，所以一般使用目標的特征尺寸ka來對目標尺寸進行表征，其中ka=2πa/λ（λ為雷達的工作波長，k是波數，k=2π/λ，a是目標的特征尺寸）。對于ka的劃分，采取以下的方法：在ka遠小于1的時候，為瑞利區，工作波長會比目標的特征尺寸要大，RCS和波長的四次方成反比；諧振區是1＜ka＜20的情況，波長與目標的特征尺寸是可比擬的，在該區域散射分量會產生干涉，RCS也會隨著頻率的變化出現震蕩性起伏，波峰目標的RCS會明顯增加，但是如果進入波谷，目標的RCS并不會增加，反而會減小，所以在諧振區計算RCS的值是比較困難的；在ka＞20的情況下，就進入了光學區，在這種情況下RCS會趨于一個常數，其具體數值，和戰斗機的蒙皮設計、表面光滑程度、幾何特性有關。

雷達反隱身需要選擇合適的工作頻率，從而增大雷達的散截面積。如果是探測單一隱身目標，就可以利用兩種極化下的諧振波峰重疊的頻率作為反隱身工作頻率，如果諧振波并沒有波峰存在，可以在范圍內選擇具有最大諧振波峰的頻率作為反隱身工作頻率。對于兩種或者兩種以上的隱身目標，同一極化的作用下，不同的諧振波峰和重疊區域可以作為計劃下統計最后的反隱身工作頻率。假如只有部分小諧振波峰重疊區存在，就選擇諧振波重疊區域出現最高的工作區間作為反隱身的工作頻率；如果沒有重疊區域，就選擇具有最大諧振波的波峰雷達。

二、高頻段反隱身頻率的選擇

目前為了提升對戰斗機探測的精度，主要使用高頻雷達，由于隱身戰機的特殊設計，使得高頻雷達難以進行隱身飛機的探測。但是高頻雷達依然具有探測隱身戰機的能力，通過和低頻雷達配合，確定隱身戰機的大致位置，再使用高頻雷達對較小的范圍進行搜索，準確確定隱身戰斗機的位置。

（一）雷達探測距離和頻率的關系

雷達的工作頻率將會決定很多指標，并且會影響雷達的性能，會對探測距離造成影響。

（1）天線增益

天線的增益是雷達性能的主要因素，影響天線增益的因素包括天線的口徑、工作波長，其計算公式為：

其中Ar是天線的孔徑面積，λ是工作波長。對于雷達雙程增益，一般取G2，但是由于天線互耦和接收需要進行加權等因素的影響，雷達實際上的雙程增益要比G2要小很多。

（2）大氣傳輸損耗

電磁波在傳輸的過程中，會受到大氣的影響導致傳輸的損耗。對于晴朗的天氣情況，如果雷達的工作頻率較低，那么衰減是可以忽略的，但是高頻率的分米波和厘米波就會有明顯的衰減。電磁波在大氣中的衰減會隨著頻率的升高而增加，衰減得越嚴重，雷達的探測距離就會越小，所以雷達的探測距離和工作頻率是呈反比的。

（二）雷達反隱身頻率的選擇

根據仿真結果，雷達探測距離最大的頻率在2-3GHz區間之內，實際應用中，如果使用C波段或X波段必然需要面對較大的大氣衰減，并不能發揮出高頻率所帶來的精度優勢，而探測距離明顯下降則不能保證反隱身能力。因此，頻率的升高并不能給天線帶來比較高的增益，也不能讓雷達的作用距離有明顯提升。所以，在探測若目標時，仍然要使用L波段和S波段，并且在實戰當中，S波段的探測距離明顯高于L波段，具有更好的反隱身效果，所以S波段是高頻率反隱身比較合適的波段。

三、結束語

隨著當前軍事的發展，隱身設備的數量會越來越高，大量低可探測的設備給預警機帶來了極大的挑戰。所以，所以要選擇合適預警機雷達頻率提升對隱身飛機的探測性能。通過以增大目標的RCS進行頻率的選擇，以及使用值仿真等方法，得到最合適的隱身頻段。并且，高頻和低頻雷達需要做好配合，通過高低頻結合的工作模式來做好對隱身戰斗機的探測。