隐身飞机雷达目标特性初探

程肇睿

摘要：本文在明确隐身飞机主要技术及原理等理论基础的前提下，对隐身飞机雷达目标特性进行了研究。本文指出，隐身飞机在低波段的RCS值相对较高、隐身性能较差，在高波段的RCS值相对较低、隐身性能较好。此外，隐身飞机在正向和侧向隐身性能较强，后向隐身性能较弱。

关键词：隐身飞机;雷达;特性

现代战争中，隐身技术的发展使得一系列隐身武器随之而生，其中又以隐身飞机、隐身坦克、隐身导弹和各类单兵隐身武器为代表。隐身武器的广泛应用改变了传统战争中的攻防格局，使得传统雷达难以探测和追踪，进而促进了防御系统和反隐身技术的发展。

在一众隐身武器中，由于F-117等隐身飞机在海湾战争等重要战争中发挥了关键作用，中国、美国、欧盟和俄罗斯等国家向来对隐身飞机这一隐身武器的研究极为关注。2010年，美国洛克希德公司研制出了应用于F-35隐身飞机表面的新型纤维材料。随后，俄罗斯宣布将离子体隐身技术应用于T-50隐身飞机。中国、日本和韩国等亚洲国家也结合自主研发与购买，研制了数代隐身飞机，例如歼-20和歼-31等等。

然而，虽然隐身飞机的研究已然获得了一定成果，但真正实现飞机全向隐身已然存在较大困难。上述现象的成因一方面在于雷达等反隐身技术主动探测能力的提升，另一方面则在于隐身飞机需要在隐身性能和作战性能之间找寻平衡。基于此种背景，本文对隐身飞机雷达目标特性进行初步探析，以期为隐身飞机的发展提供参考。

一、隐身飞机主要技术

雷达自出现以来，用途便始终为目标的探测，特别是以飞机、坦克等大型装备为代表的敌对目标。因此，隐身飞机的主要技术——隐身，是基于反雷达探测而言的。具体来看，隐身飞机的主要技术有六项。

第一项技术是外形隐身设计，意为消除镜面反射、减少角反射及后向散射;第二项技术是材料隐身设计，意为用于机身等处的涂料可吸收或透过雷达波;第三项技术是红外隐身设计，意为降低发动机在飞行中向外辐射的红外信号;第四项技术是电磁辐射隐身设计，意为降低飞机在飞行中的电磁辐射信号;第五项技术是噪声隱身设计，意为减弱甚至消除飞机在飞行中的噪声;第六项技术是磁场隐身设计，意为减弱甚至消除飞机在飞行中的磁场强度。

隐身技术能够帮助飞机在隐身状态下难以被雷达探测，但无法令飞机在任何条件下都无法被雷达探测，这是由于飞机的隐身性能往往与作战性能冲突。

二、隐身飞机外形隐身技术原理及特性

（一）隐身飞机外形隐身技术原理

外形特性是隐身飞机最为主要的雷达特性，故本节对外形隐身技术原理进行简述。外形隐身技术的原则在于消除雷达反射回波，例如可消除隐身飞机表面易于反射、散射电磁波的结构，包括但不限于垂直表面、两面体、矩形槽、不合理腔体和角反射器。除去被动消除雷达反射回波，外形隐身技术还能够变更雷达回波的反射方向，包括但不限于三角翼、后掠翼、内嵌式机舱和修圆机翼翼尖等等。

诚如前文所述，隐身飞机需要在隐身性能和作战性能之间找寻平衡，因此外形隐身设计往往会做出一定让步，无法令隐身飞机在所有角度和波段完成隐身。从波段这一层面来看，现阶段中主流隐身飞机的隐身性能仅能够规避厘米波段雷达的探测，难以规避毫米和米波段的雷达探测。从角度这一层面来看，现阶段中主流隐身飞机的隐身性能仅能够覆盖60-120度的俯仰角和0-45度的方位角，无法覆盖目标的侧向和后向。

（二）非隐身飞机SAR成像特性

本节选用预警机E2这一飞机为代表，分析非隐身飞机的SAR成像特性。E2预警机的机长、翼展和机高分别为17.54、24.56和5.58米，机头初始方向的俯仰角和方位角为90度和0度。值得注意的是，E2预警机的机身上方设有天线罩，增强了该飞机的电磁波反射能力，可能会对其SAR成像特性造成改变。

当俯仰角为90度、方位角为0度（正向入射）和180度（后向入射）时，若正向入射，则SAR图像中无天线罩，有机头、螺旋桨和机翼棱边;若后向入射，则SAR图像中无天线罩，有尾翼、螺旋桨和机翼棱边，这是由于天线罩与电磁波平行。

当俯仰角为120度、方位角为45度和135度时，若方位角为45度，SAR图像中有天线罩、机头、尾翼、螺旋桨和机翼棱边;若方位角为135度，SAR图像与方位角为45度时大致一致。值得注意的是，机翼结构为平板结构，电磁波反射特性偏弱，因此仅能呈现出棱边。

（三）隐身飞机雷达目标特性

1.隐身飞机多波段雷达散射特性

本节选用战斗机F-22这一飞机为代表，分析隐身飞机的隐身飞机的多波段雷达散射特性。多波段雷达散射特性分析通常包括前向角域分析、侧向角域分析和尾向角域分析，此种划分的依据为隐身飞机的RCS。

就战斗机F-22而言，在VHF波段其RCS散射量值较高，这是由于此波段雷达波长大于飞机尺寸，即飞机处于谐振区中。VHF波段中，战斗机F-22的多波段雷达散射特性与其外形投影尺寸存在显著相关性，与其外形细节设计不存在显著相关性。由此观之，VHF波段下不施加其他隐身措施时，F-22的隐身性能较差。

在UHF、L和S波段，战斗机F-22的前向RCS达到了0.1m2量级，但仍然存在较高的侧向散射。VHF波段中，战斗机F-22的多波段雷达散射特性与其外形细节设计存在显著相关性，即低RCS的外形设计令该隐身飞机的前向散射较低。然而，由于侧向散射与飞机外形的投影尺寸存在显著相关性，UHF、L和S波段下不施加其他隐身措施时，F-22的侧向隐身性能有所不足。

在C、X、Ku、K和Ka波段，战斗机F-22的前向RCS达到了0.01m2量级，由此观之，此波段中战斗机F-22借助低RCS的外形设计极大程度地降低了前向RCS。

2.隐身飞机SAR成像特性

本节选用战斗机F-22这一飞机为代表，分析隐身飞机的SAR成像特性。战斗机F-22的机长、翼展和机高分别为18.92、13.56和5.08米，机头初始方向的俯仰角和方位角为90度和0度。值得注意的是，本节对隐身飞机SAR成像特性的分析方式参照了非隐身飞机SAR成像特性的分析方式。

当俯仰角为90度、方位角为0度（正向入射）和180度（后向入射）时，若正向入射，则SAR图像中仅有两个散射点，这是由于正向入射条件下飞机的隐身性能最佳;若后向入射，则SAR图像中呈现了全部机舱和部分机头，这是由于后向入射条件下飞机处于离开战场状态，且机舱具有平板结构，隐身性能较弱。

当俯仰角为120度、方位角为45度和135度时，若方位角为45度，则SAR图像中仅有两个散射点，这是由于隐身飛机F-22的尾翼具有一定的电磁波反射能力;若方位角为135度，则SAR图像中呈现出机翼棱边，这是由于隐身飞机F-22的机翼棱边对电磁波的反射性较强。

三、隐身飞机性能提升建议

由战斗机F-22这一飞机的多波段雷达散射特性和SAR成像特性可知，隐身飞机在VHF波段、UHF波段等低波段的RCS值相对较高、隐身性能较差，即隐身飞机在上述波段易于被雷达探测，与非隐身飞机的目标特性差异不显。其余波段中，隐身飞机相较非隐身飞机则在雷达目标探测层面具有较大优势。因此，隐身飞机性能的提升可基于降低低波段RCS值入手，以减少雷达对隐身飞机探测的概率。

诚如前文所述，俯仰角和方位角的变化为隐身飞机的多波段雷达散射特性和SAR成像特性带来了一定变化，且隐身飞机的主要雷达特性集中于机翼棱边和进气道侧面。本文认为，无尾式布局能够极大程度地提升隐身飞机的侧向和后向隐身性能。具体来看，隐身飞机的尾部可设计成锯齿状，齿边则与两侧机翼前缘平行，目的在于降低雷达散射截面。隐身飞机的进气口则应尽量远离两侧机翼前缘，目的在于规避来自下方的雷达波。另外，隐身飞机的机身表面和转折处还可通过细节设计，将反射波集中在水平面内的数个窄波束。

四、结论

现阶段中，世界各国对隐身飞机的研究已然获得了一定成果，促进了隐身技术和反隐身技术的发展，例如美国的新型纤维材料、俄罗斯的离子体隐身技术和我国研制的歼-20和歼-31等等。然而，当前隐身飞机受到反隐身技术、作战性能等因素的限制，依然难以真正实现全向隐身。

隐身飞机的隐身特性可通过六项设计实现，分别为外形隐身设计、材料隐身设计、红外隐身设计、电磁辐射隐身设计、噪声隐身设计和磁场隐身设计。本文以战斗机F-22这一飞机为例指出，隐身飞机的多波段雷达散射特性为在VHF波段下隐身性能较弱、在UHF、L和S波段下侧向隐身性能有所不足，以及在C、X、Ku、K和Ka波段隐身性能较强;隐身飞机的SAR成像特性则为正向入射和侧向入射时隐身性能较强，后向入射时隐身性能较弱。鉴于此，隐身飞机可基于降低低波段RCS值的角度，进行无尾式布局、进气口改进、机身表面和转折处细节改进等提升。

参考文献

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