doi:10．3969/j．issn．1009-086x．2015．06．021
0引言
随着外形、材料、等离子体等现代隐身技术在飞机、导弹、舰艇等武器装备上的广泛应用，旧有的雷达系统因缺乏反隐身能力而难以满足现代空防战争的需要。雷达反隐身技术作为新的探测手段应运而生并取得了巨大进展。实践证明，雷达反隐身技术在改善检测性能、拓展探测范围、提高跟踪能力、研发新型雷达等方面发挥着至关重要的作用，是克服目标隐身的核心和关键技术。目前，雷达反隐身技术已成为当前世界各国研究的热点、难点问题。为此，本文就雷达反隐身技术的基本理论和特性、常用手段及发展趋势作了详细介绍，力求为雷达反隐身技术的快速发展提供参考。
1雷达反隐身技术基本理论
隐身目标的实质是通过降低目标的雷达散射截面积(RCS)实现隐身的，常采用外形、材料、电子干扰与欺骗、阻抗加载等隐身技术。与之对应，雷达反隐身技术正是通过降低或弥补隐身目标RCS的定向缩减实现的。
1．1基于雷达方程的RCS分析
根据雷达方程可知，对于RCS为σ的隐身目标，雷达的最大作用距离为
式中:Ｒmax为雷达的最大作用距离;G为雷达天线增益;Smin为接收机可辨识的最小功率;Pt为雷达发射功率;λ为雷达工作波长。
由式(1)可知雷达的探测距离Ｒmax的四次方与目标的散射截面积σ成正比。因此，为了实现在较小的RCS条件下雷达具有同样的探测距离，必须通过改善雷达的发射功率、天线增益、最小可辨识功率等参数才能保证雷达的反隐身能力，具体分析如下:
(1)增大发射功率
雷达的探测距离与雷达的发射功率成正比。在探测隐身目标(小RCS目标)时，可通过采用功率合成、大时宽脉冲压缩等技术，提高雷达的发射峰值功率从而弥补目标的RCS缩减所造成的探测距离损失。然而较大的发射功率会极大的增强雷达的回波信号能量，势必增大敌方武器系统截获目标回波信号的概率，进而引起敌方反辐射武器的攻击，降低了雷达系统的安全性，为雷达系统战场的安全应用带来了巨大隐患。
(2)降低最小可辨识功率Smin
Smin体现了雷达接收微弱信号的能力，是反映雷达反隐身能力的重要指标，定义为
式中:k为玻尔兹曼常数;T0为标准室温;Bn为噪声带宽;Fn为噪声系数;(S/N)min为最小信噪比。因此要提高雷达检测微弱信号的能力，即降低最小可辨识功率，降低信噪比是最为有效的手段。通常情况下(S/N)min＞10dB，而隐身飞行器由于使用了外形设计、吸波材料涂覆等技术，使得其RCS值减少了20～30dB。根据式(1)，(2)可知，为保证雷达在原有的作用距离上得到相同大小的信噪比，可设法使(S/N)min值减小2～3个数量级来实现。目前提高雷达灵敏度的措施有减小系统噪声系数、采用数字处理代替模拟处理以及微弱信号检测技术等。
(3)增大天线增益G
天线增益是指定向天线在一个特定方向所辐射的每单位立体角功率与全向天线以100%效率辐射的每单位立体角功率之比，是方向的函数。其作用是发射时将能量送到目标，收集从目标反射回来的接收到的回波能量，并能确定目标的角度位置。在接收目标信号时，采用高增益多波束技术、多通道处理技术等，即可保证一定探测空域和脉冲积累数下获得较高的天线增益。若发射波束为扇形波束，且在波束照射范围内共有m个回波波束，则采用高增益天线得到的信噪比增益为(S/N)AF=m．(3)
由式(3)可知，若m=10，则信噪比增益为10dB，雷达作用距离提高1．78倍。因此，较大的天线增益在提高雷达信噪比、实现目标稳跟踪、增大雷达探测距离等方面具有重要意义，能有效的提高雷达系统的反隐身能力。
1．2基于电磁散射的RCS分析
RCS是单位立体角内目标朝发射源方向反射的功率和从给定方向入射于该目标的平面波功率密度之比。RCS值可通过在不同入射场条件下进行大量测试获得，而瞬态的雷达入射场又可以通过平台上传感器检测得到。根据RCS定义
式中:Ｒ为雷达到目标的距离;Er为回到雷达的回波信号电场强度;Ei为照射到目标处的入射波电场强度;散射场Er在远区按1/Ｒ衰减，以抵消距离Ｒ的影响。因此增大目标的RCS实质就是增大目标的回波功率或散射波电场强度。其常用手段有:
(1)调整雷达位置，使雷达波照射目标强反射源区域，如飞机边缘、尖端，机体上的凸出物、外挂物;导弹的头部、尾部和翼面不连接处;舰艇的船体和甲板边缘等，进而增强目标的回波信号。
(2)改善雷达波段信息和信号处理方法，克服目标上隐身材料的吸波、透波现象，如增加照射时间、提高脉冲时宽、降低信号带宽等。
(3)增强雷达接收目标回波信号能力，如提高雷达接收机性能，采用率捷变技术、扩频技术、低旁瓣或旁瓣对消等技术提高雷达抗干扰能力，采用信号加密技术克服电子欺骗，改变信号极化方式等。
1．3隐身目标RCS分布分析
隐身目标的RCS不仅与入射波的频率、波形和极化方式有关，还与目标的表面导电特性、结构、材料、形体和姿态角等有关。在实际作战中，隐身目标RCS是随观测角度的变化而不断变化的，其关系式为σ(α)=σ0·10f(α)/10，(5)
式中:σ0为雷达平视时的目标RCS;f(α)为角度的函数，满足f(0)=0。 根据式(5)可知，隐身目标RCS分布具有强起伏特性。因此可通过改变雷达信号照射方向、扩宽探测角度、改变极化方向等增大目标的实测RCS值进而提高反隐身能力。
图1给出了隐身飞机F－22的RCS分布。由图可知，不同的雷达探测视角所观测到目标RCS差距很大，一般呈现机头方向较小、两侧和尾翼较大的现象。
2雷达反隐身特性分析
隐身目标的频率、空间、极化选择特性构成了隐身目标的诸多缺陷，如小空域、单频段、高辐射等。这些缺陷使雷达反隐身技术成为可能并取得了较大进展。实践证明，雷达反隐身技术所具有的优良特性和应用潜力使其基础理论和实践应用都有了快速发展，但由于战场的复杂性、技术的局限性等原因，其快速发展的背后依然面临重重困难，具体包括:
(1)难以定位分析。隐身目标RCS的变化特性使其反射回波信号幅度变化较大，很难确定目标的航迹和位置。
(2)难以探测微弱信号。在实际的电磁环境中，各种杂波信号较多，电子干扰与欺骗复杂，很难探测到隐身目标的微弱回波信号。
(3)受到反辐射导弹、超低空突防武器威胁。且在保证探测概率的同时，难以实现雷达探测范围与精度的提升。
3雷达反隐身技术
雷达反隐身技术对提高雷达系统的生存能力和探测能力具有重要意义。结合雷达反隐身的基本理论和特性，可将雷达反隐身技术具体分为以下几点。
3．1挖掘现有雷达潜力，用先进技术改进雷达
随着电磁环境的复杂多变、电子干扰和欺骗的逐步增多，研究和改进现有雷达技术已成为发展反隐身技术的重要方向，主要方法有:增大天线增益、信噪比、发射功率等提高雷达的探测能力;提高功率孔径积，实现大功率孔径积与低截获概率功率管理的相互兼容;通过研究各种弱信号的检测算法改善弱信号检测技术;增大相参处理的脉冲数及发射信号的时间带宽积，进而增强雷达探测能力和径向分辨率;雷达接收机通过采用数字滤波、电荷耦合器件、声表面滤波和光学方法等先进技术来提高信号处理能力等。据报道，美国FPS－108高功率大型相控阵雷达(峰值功率达15.4MW)能有效探测到1500km范围内的B－2隐身轰炸机(RCS为0.1m2)。
3．2扩宽雷达工作波段
雷达工作频率是隐身目标RCS值的重要影响因素，同一目标对于不同的雷达工作波段其RCS值变化较大:在瑞利区，RCS与波长的四次方成反比，其值较小;在谐振区，RCS具有很强的震荡性，且随频率的增大震荡幅度减小，易进行目标的探测;在光学区，RCS震荡特性消失，不易于探测。
据资料介绍，隐身目标的RCS在微波段很小，但在米波段、超高频和甚高频等波段相对较大。这是由于在这些波段，雷达的波长与目标的结构尺寸相似，其反射信号不但与雷达的结构外形无关，还使目标处于散射波谐振状态，因而难以实现隐身特性。如隐身飞机F117A在微波波段RCS仅为0.01m2，而在谐振区却高达10～20m2，提高了1000～2000倍。所以，改善雷达工作波段如毫米、红外、激光等波段，均能提高雷达的反隐身性能，如超视距雷达、米波雷达、激光雷达等。表1给出了不同波段下对隐身飞机机头的RCS实际探测值。根据表1可知，隐身目标RCS值随雷达波段范围的变化而变化，频率越低，RCS值越大，频率越高，RCS值越小。
3．3扩展雷达探测空域
隐身目标RCS一般满足头部较小、尾部和两侧相对较大的分布规律。因此，利用隐身目标RCS分布存在的“空间窗口”在不同的方位部署探测雷达，即可避免目标RCS的定向缩减，实现雷达空域反隐身。目前常采用的空域反隐身雷达系统有双/多基地雷达、多频段组网雷达、机载雷达等。
其中，双/多基地雷达是通过收发分置技术使不同方位的接收站接收来自隐身目标腹部、两侧和尾部的侧向反射回波，从而达到反隐身效果，目前，该雷达系统布站正由陆基站向气球载、机载和星载方向发展，进而构成空间一体化的防空网络，进一步提高雷达的抗干扰、反辐射和反隐身能力，且发射站与接收站的夹角越大越有利于捕获隐身目标。实践证明，当发射站和接收站与目标构成的目标散射角大于130°时，隐身目标的RCS会有明显增大(约20dB～30dB)。组网雷达是指对多部不同频段、不同极化方式和不同体制的雷达进行合理的优化布站，形成一个统一的整体的综合探测系统，进而利用空间、频率、能量分集特征提高雷达系统的覆盖范围、探测能力和跟踪性能，达到反隐身目的。
3．4改变雷达极化特性
极化信息反映了电磁波的矢量特性，是目标对电磁波调制效应的重要参量。分析和研究雷达波的极化特性对提高雷达反隐身能力具有重要意义，其主要表现为:一是隐身目标具有极化选择性，这是由于隐身目标的散射波极化与入射波的极化密切相关，具体由入射波的频率、目标形状、尺寸和结构等因素决定。即隐身目标只对特定的极化电磁波有效，但对其余的电磁波不一定有好的隐身效果。因此，可通过改变雷达波极化方向使隐身目标的RCS达到其最大值实现雷达反隐身。二是采用极化滤波、极化增强、极化检测和极化识别等信息处理技术能进一步改善雷达接收信号干扰噪声比，提高雷达对隐身目标的探测能力。三是极化反隐身技术与上文提到的改进传统雷达技术及频域、空域反隐身技术不断融合提升，极大的改善和增强了雷达系统的反隐身能力。另外，采用新型体制雷达也是雷达反隐身技术的重要手段，常见的新型雷达有无源雷达、谐波雷达、相控阵雷达、合成孔径雷达、超宽带雷达等。
4雷达反隐身技术进展
目前，雷达反隐身技术研究正呈现大范围、高科技、深领域现象，已取得了重大进展，主要表现在:
4．1发展长波雷达
长波雷达已超出正常雷达工作波段之外，能通过谐振作用有效克服隐身目标外形设计引起的散射衰减，也能使吸波材料涂层厚度过高而难以实现。同时，长波雷达还具有分辨率高、抗干扰能力强、天线波束窄等特点，对探测微弱目标具有重要作用。目前发展较快的有超视距雷达、米波雷达、毫米波雷达等，基本情况见表2，如美空军已计划为“爱国者”防空导弹安装35kMHz的毫米波雷达导引头。
4．2发展空基或天基雷达
空基、天基雷达是指将雷达探测系统安装在飞机或卫星上对隐身目标进行俯视或侧视探测，以获取较大的目标RCS。因此，预警机等具有下视、侧视能力的雷达都具有较强反隐身能力。其中，天基预警雷达是工作在地球大气层之外，以卫星、航天飞机、空间站等为天基平台的雷达，主要对在轨的其他卫星、轨道武器、太空碎片、弹道导弹、巡航导弹、战略轰炸机等空间、空中或地面目标进行长时间的预警探测;空中预警机机载雷达是空中活动雷达站，具有搜索、探测、识别、跟踪等多种功能，与普通地面雷达相比可提高探测效率。表3给出了空基、天基雷达的基本特点及目前典型雷达的基本特性。目前，美国、俄罗斯、英国、印度等国都在积极研制预警飞艇、直升机、卫星等现代预警设备。
4．3研发新型探测技术
研究能够探测隐身目标尾气和气流的技术;开发能够过滤复杂噪声和杂波进而探测隐身目标微弱信号的技术，如海浪、城市、高山、峡谷等噪声;研制能探测和跟踪隐身目标能量漩涡的近程雷达;根据“蜂窝技术”原理，利用广播、电视和移动通信等信号对隐身目标进行跟踪、探测。如隐身飞机F－117A，B－2飞行时的尾部气流密度是背景大气密度100多倍，沉默哨兵无源雷达利用民间广播FM信号和电视TV信号实现对隐身目标的探测。
4．4发展复合反隐身技术
由于目标的复合隐身特性和单一雷达反隐身的局限性，综合运用多种反隐身技术探测隐身目标已是必然趋势。如超视距雷达距离、方位分辨率较低，超宽带雷达由于功率较高易被敌方发现等。为了弥补单一雷达系统的功能不足，通常将雷达与红外、声纳、光电等探测技术结合起来，组成综合反隐身的信息融合系统。目前，发展较快的是雷达组网技术，就是综合运用无源雷达、MIMO雷达、扩谱技术、雷达接力等诸多优点，通过优化部署和信息融合实现高精度、高效率探测。
5雷达反隐身系统设计
根据目前常用反隐身雷达、反隐身技术缺陷及隐身目标特性，客观给出了一种新的雷达组网反隐身模式，具体如下:
(1)采用米波或更低频段雷达，降低隐身目标外形、涂层效能，利用谐振效应强化信号反射特性，提高雷达发现概率;
(2)采用雷达信号收发分离技术，利用空中探测、地面多方位接收的方法，克服隐身目标方位隐身特性，并保护己方接收设备安全;
(3)在发射真实探测信号之前发射欺骗信号或威胁信号，引起敌方侦察接收机截获。此时，敌方目标一般会采用有源干扰措施，可根据目标施放的干扰信号利用地面被动雷达网截获跟踪该信号;
(4)利用地面被动跟踪雷达网提供的被动跟踪信息，组网指控中心快速完成拦截解算，利用最有利的导弹发射平台发射导弹，最有利的制导平台进行制导，实现对目标的快速、有效拦截和摧毁。
6结束语
隐身目标隐身手段的多样性决定了雷达反隐身方法的复合性，既有多种技术手段的结合，也有多种雷达的分工组网。但在目前的技术水平下难以设计一种能够克服各类隐身目标、实现各类跟踪、适合各种距离探测的综合型雷达，建立具有一定针对性、灵活性的雷达系统是必然趋势。具体的说，应从以下2个方面做起:一是综合部署各类反隐身雷达，应用多种反隐身技术，杜绝防空漏洞;二是不断完善打击系统，确保快速定位和摧毁目标。
