探测隐身目标的技术和系统.pdf

探测隐身目标的技术和系统王稚、王耿罗隐身平台最主要的特点是难以被发现和跟踪，反隐身首先必须解决能够发现和跟踪隐身目标的问题反隐身探测大致可分为常规的探测方法和非常规的探测方法常规探测方法主要指雷达探测，非常规探测包括无源微波探测、光学探测和声学探测等①提高雷达探测能力提高和改进雷达仍是反隐身探测的重要措施，实施的技术途径有两个：一是改进现有雷达本身的探测能力；二是研制新型雷达或使用新的探测方法A.超宽带雷达冲击式雷达或无载波雷达是一种超宽带雷达，它的发射脉冲极窄，峰值功率很高、频谱分布在很宽的范围内，具有相当高的距离分辨力，能够有效对付采用雷达吸波材料和平滑外形等隐身技术的隐身目标冲击式超宽带雷达的优势和能力有如下几点：a. 测距分辨率可高达厘米量级，可以获得足够高的的分辨率b. 具有能够识别和区分各目标的重要能力c. 超宽带雷达发射的脉冲包含许多频率，因此它能够突破窄频段吸波材料的吸波效应d. 具有对单个或多个目标的高分辨率成像能力e. 具有较强的穿透植被、土壤和墙壁的能力 f. 能够通过距离选通(range gating)技术抑制杂乱回波和减少多径干扰g. 具有一定对抗电子对抗的能力。

B.超视距雷达当前飞机等隐身武器系统主要对抗频率为0.2 ～29GHz的厘米波雷达，超视距雷达工作波长达 10 米，靠谐振效应探测目标，几乎不受现有雷达波吸收材料的影响电磁波的波长与目标的尺寸相当时，目标对它的反射最强，隐身飞机的尺寸与超视距雷达的波长相当，因此很容易被这种雷达发现同时，超视距雷达波是经过电离层反射后照射到飞行器上的，因此它成了探测隐身武器的有力工具国外试验表明，超视距雷达可以发现2800 千米外、飞行高度 150～7500 米、雷达截面为0.1 ～0.3 平方米的目标 采用了相控阵技术的超视距雷达，能在1500 公里处探测到像B-2 隐身轰炸机这样的目标美军正在建造米波段的AN/FPS-118 超视距预警雷达和可移动的小型战术超视距雷达澳大利亚、俄罗斯、英国、法国、日本等也在部署超视距雷达但超视距雷达的缺点是它提供的跟踪和位置数据不够精确美军也在不断发展毫米波雷达技术C.双基地或多基地雷达多基地雷达的发射机和接收机处在不同的地方，最简单的多基地雷达是由一部发射机和一部接收机组成的双基地雷达多基地雷达利用目标的侧向或前向反射回波，从不同的方向上对隐身飞机进行探测，破坏了隐身武器通过减少后向反射进行隐身的目的。

测试表明，利用前后向反射探测的雷达截面值比仅利用后向反射的高大约15dB多基地雷达的发射站和接收站相对目标之间的夹角越大，就更有可能捕获到隐身目标由于多基地雷达的接收机是被动接收，所以不会受到定向干扰和反辐射导弹的威胁双基地雷达预计今后5～10 年内可提供使用D.双波段雷达和多种探测装置融合美国反隐身导弹技术的核心是频带相隔较宽的双波段雷达系统这种雷达使用一个频率非常低的频段，探测远距离目标；使用另一个频率较高的频段，对目标进行非常精确的测量和定位最后把融合的雷达信息与由光学和红外探测装置得到的部分数据进行综合，构成能精确确定和分析目标的多频谱系统美军正在研制的舰载X和 S双波段雷达系统，一个波段用于搜索弹道导弹，而另一个波段与远程光学和红外系统用于收集导弹的物理量，其分离情况、材料甚至其精度E.穿透树叶雷达美军正在执行一项“ 反伪装、反隐蔽和反欺骗“ 计划，研制一种能够穿透树叶的机载合成孔径雷达，它采用UHF和 VHF双波段，能够进行实时成像和自动探测目标F.机载和浮空器载雷达隐身飞行器的隐身重点一般放在鼻锥方向±45°角范围内，机载或浮空器载探测系统，通过俯视探测， 容易探测隐身目标。

美空军的E-3A 预警机的S波段脉冲多普勒雷达在高空巡航时可发现100 千米距离以内、 雷达截面为0.1 ～0.3 平方米的目标 美海军正在研制的 “钻石眼 “预警机也能有效地探测隐身目标，俄罗斯、英国、印度等国都很重视发展预警机的工作飞艇和气球等浮空器也有可能作为反隐身平台美国1996 年批准 “联合陆地攻击巡航导弹空中网络探测器“计划，这种在气球平台上载有监视雷达和跟踪照射雷达的系统能探测、跟踪、辅助拦截低空巡航导弹，可连续工作32 天 Mark7-CS 对流层系留气球雷达，高度 3000 米，采用TPS-63 雷达，探测隐身巡航导弹的距离为56G.利用天基雷达探测隐身目标美国对利用地球同步轨道卫星和低轨道卫星探测隐身目标的可行性进行了一系列的研究a. 采用同步轨道卫星在地球上空35786 千米处一般可采用脉冲雷达探测隐身目标根据计算， 卫星需要12千瓦的功率，才能有90% 的机会探测到目标而现在卫星的功率只有5 千瓦将来需要解决功率问题，美空军在发展连续功率为20 千瓦，峰值功率为50 千瓦的卫星美军还在发展“灵活毯子 “太阳能电池阵列，峰值功率可达150 千瓦b. 采用低轨卫星使用低轨卫星跟踪隐身飞机，需要的功率与距离四次方成比例，功率问题得到了解决，但又必须解决低轨卫星提供连续覆盖的问题。

为了提供连续覆盖， 轨道高度若为1000 千米，需要 32 颗卫星这些卫星放置在90 度倾角的8 个轨道平面中，每个轨道内有4 颗间隔相同的卫星如果卫星的天线直径为5 米，为达到90% 的探测概率，探测目标只需0.78 千瓦功率卫星天线直径若达到8 米，跟踪目标需要2.02 千瓦功率，这都容易实现5 米和 8 米天线的功率图尺寸分别为61 千米和 38 千米直径，对应覆盖面积2922 和 1134 平方千米对于伊拉克 441839 平方千米的面积，5 米天线直径的卫星需要花3 秒钟可将该地区扫描一遍；8 米天线卫星需用时1.2 秒由分析可见，同步轨道卫星对现在的隐身飞机有威胁，但由于功率和功率图问题，只能起预警作用，无法区分目标，不能进行跟踪低地轨道卫星能够探测和跟踪隐身目标H.提高现有雷达的探测能力可以用来改进现有雷达，提高探测隐身目标能力的先进技术包括：频率捷变技术、扩频技术、低旁瓣或旁瓣对消、窄波束、置零技术、多波束、极化变换、伪随机噪声、恒虚警电路等技术等还可以通过功率合成技术和大时宽脉冲压缩技术，来增加雷达的发射功率继续增加雷达探测距离必须从提高雷达接收信号处理能力入手，力争使雷达的灵敏度提高几个数量级。

可以通过采用超高频和毫米波超高速集成电路、单片集成电路技术、计算机数据处理技术、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在此基础上，再通过雷达联网来提高现有雷达的反隐身能力I. 其它雷达探测技术正在研究的新体制雷达还有谐波雷达，它能够接收隐身兵器所辐射的入射波谐波，但辐射能量很低，有待于进一步解决另一种雷达是发现隐身飞机的尾流和废气探测从机翼和机体表面产生的翼尖旋涡与附面层产物所形成的尾流是一种可行的反隐身方法，美国国家海洋和大气局已经研制了一种探测和跟踪这种旋涡的短程雷达仔细选择雷达频率，能够探测飞机废气形成的大气电磁“空穴 “的准确位置和尺度从而探测到隐身飞机激光雷达能够探测质点的运动，是探测发动机废气的最好选择②无源微波探测系统无源探测系统本身并不发射电磁波，而仅仅依靠被动地接收其它幅射源的电磁信号对隐身目标进行跟踪和定位按照所依靠辐射源的不同，无源探测系统分为两类：一类通过接收被探测目标幅射的电磁信号对其跟踪和定位隐身飞机在突防的过程中，为了搜索目标、指挥联络等，必然使用机载雷达等电子设备，电子设备发出的电磁波有可能被无源雷达发现据报导，捷克生产的“ 塔玛拉 “ 无源雷达能够探测到隐身飞机。

另一类利用电台、电视台甚至民用移动发射台在近地空间传输的电磁波，通过区分和处理隐身目标反射的这些电磁波的信号，探测、识别和跟踪隐身目标此方法的优点是：第一，民用电视发射机和中继站网、移动发射台，在实战中被敌方攻击的可能性小；第二，接收站不以辐射方式工作且机动性强，不易对其探测和攻击，生存能力强；第三，信号源是40～400 兆赫的低频、 波长较长的电磁波，有利于探测隐身目标和低空目标；第四，该系统简单，尺寸小，可以安装在机动平台上；第五，该系统可以昼夜和全天候工作；第六，价格低廉但是，这种被动探测方法需要解决一系列技术问题，主要是必须在无线电发射机直接辐射信号背景上鉴别出很弱的目标反射信号（衰减1 万～ 1 千万倍）此外，为测定目标角坐标需要高速测量和信号幅相特性处理设备，需要新一代超高性能信息处理机目前美国、法国和德国正在研制这种探测技术的系统A.美国的 “隐蔽哨兵 “雷达美国洛克希德 2马丁公司研制的这种跟踪飞机、直升机、巡航导弹和弹道导弹的新型被动探测系统，称为“隐蔽哨兵 “它实际是一个无源接收站，利用商业调频无线电台和电视台发射的50～800MHz连续波信号能量，检测和跟踪监视区内的运动目标。

该系统由大动态范围数字接收机、相控阵接收天线、每秒千兆次浮点运算的高性能商用并行处理器和软件等组成大约2.5 米的面阵天线安装在建筑物一侧面，能获得关于频率反射能量的精确方向该测试系统采用标准电视接收天线，一个平面阵能覆盖105°方位，仰角50°，横向视角 60°内覆盖最好 要求覆盖360°方位则需要用多个面阵，它们可共用一个处理器，但更新速率会降低该系统的核心是所谓的“ 无源相干定位“技术该系统的早期试验证明，它跟踪 10m2小目标的距离可达180 千米， 改进后可达220 千米 该系统经过改进后，最终能同时跟踪200 个以上的目标，间隔分辨力为15 米B.法国的 “黑暗“ 雷达法国 “ 汤姆森 -CSF“公司研制了 “黑暗 “探测系统，配置在巴黎市郊，它从20 千米外的埃菲尔铁塔上的以及距巴黎180 公里的电视发射机信号中获得目标信息据称，该系统与典型的空间探测雷达的指标可一比高低在接收站试验时所用的是“亚其 “式波道天线（八木天线），价格不超过400 法郎该接收站将于2001～2003 年进行综合试验C.德国的无源雷达德国西门子集团将移动设施可以作为对付隐身飞机的雷达系统该系统将移动基站作为 “ 发射机 “ ，用于照射空中目标，使用手提箱大小的接收机系统截获目标反射的信号。

通过计算接收到的几个基站的信号之间的相位差，就能提供飞机的位置③利用光学装置探测隐身目标在导弹逼近告警中，光学探测设备占有极其重要的地位光电告警设备角分辨率高( 可达微弧量级 ) ，体积小、重量轻、成本低，且无源工作，能准确引导干扰系统( 特别是激光武器 )实施干扰， 所以能辅助雷达告警设备，是隐身导弹告警的重要技术手段这些光学装置也可以作为反隐身飞机的辅助手段目前，红外告警设备由于采用大型面阵列的区域凝视技术，目标的分辨率最高可达微弧量级， 告警距离可达10～20 公里 要将红外探测系统作为反隐身手段，就得提高其作用距离以及在不良天候下的使用效能紫外告警利用波长为220～280 纳米紫外波段的“ 太阳光谱盲区 “ 来探测导弹的尾焰在此波段内的太阳紫外辐射几乎被地球的臭氧层所吸收，如果能探测出紫外辐射，就可能是导弹目前研制的第二代导弹逼近紫外告警系统是以多元或面阵器件为核心探测器，它角分辨率高，探测能力强，可对导弹进行分类识别激光雷达有更高的分辨率、更远的作用距离和良好的抗电磁干扰能力，是反辐射导弹告警的重要技术手段，也可以用作反隐身美国在弹道导弹防御计划中试验过激光雷达相干多普勒激光雷达已经用于飞机尾流和大气湍流的探测和成像，但尽管可以探测到32 公里处的大气运动，但战术应用还存在一些问题。

美国进行的秘密研究表明，激光能有效对付目前的隐身飞机④声学探测A.利用声学探测装置探测隐身飞机和导弹为了成功地对付B-2 轰炸机，要求在25~200 英里（ 40~320 千米）远处进行探测、跟踪、杀伤为此，美军提出并分析了50 种非常规概念，一些进行了详细研究分析，还进行了一些实验，其中包括对声学探测系统声学探测系统的基本探测装置是麦克。