6雷达截面与隐身技术

雷达对抗技术電子工程技術研究所目标和内容了解与雷达隐身技术相关的概念、原理和方法。雷达截面相关概念及特性缩减雷达截面的方法（隐身技术）雷达截面的测量方法目标和内容電子工程技術研究所隐身技术的现状6.1雷达截面（RadarCrossSection）雷达截面也称雷达目标截面积，是目标向雷达接收天线方向散射电磁波能力的量度。雷达目标反射或散射的功率可表示为一个有效面积与入射波能流密度的乘积，这个假想的等效面积就是雷达截面，用符号(西格玛)来表示，单位是平方米，工程上通常以对数形式表示，称为分贝平方米，记为。雷达截面的英文为RadarCrossSection，通常缩写为RCS。基本概念電子工程技術研究所2dBm雷达截面定义式基本概念電子工程技術研究所2*00201122,Z(377)12iiiiiiiiEHEZEHPEZ入射平面波能流密度分别表示入射电场和磁场强度，是自由空间波阻抗。目标雷达截面获得的总功率222020222R48124irrrriEPRZREZERE距离目标处的散射能流密度同时也可以用该处场强表示所以比较两式可得理论定义式基本概念電子工程技術研究所222222lim4lim4rrRRiiEHRREH•只有在满足远场条件（即当目标距离足够远时）目标在接收天线处的散射波才近似地表示为平面波。•雷达截面的理论定义式为：•这一定义反映出雷达截面与距离无关。实验测定公式基本概念電子工程技術研究所•已知发射功率Pt，发射和接收共用天线，增益为G，波长λ，目标到雷达的距离R,则不考虑其他损耗时目标处和雷达接收天线处的能流密度分别为：2224144titrGPRGPRR实验测定公式2基本概念電子工程技術研究所•雷达接收天线截获的功率为：2221444trGPGPRR•则雷达截面的公式为：3422(4)rtRPGP雷达截面的特征基本概念電子工程技術研究所1.目标结构（形状、尺寸和材料）2.入射波的频率和波形3.入射波和接收天线的极化形式4.目标相对入射和散射方向的姿态角•雷达截面是下列因素的函数:(,)ij•雷达截面的统计特性:起伏变化剧烈，需用统计特性来描述雷达截面的频率特征基本概念電子工程技術研究所1.低频区（瑞利区），随频率4次方增加2.谐振区，表现为震荡特性3.高频区（光学区），趋于常数aRCS112103102ka1kakak对于信号波长半径为的金属球单站，三种情况的条件分别是:）））其中是波数雷达截面与可探测性基本概念電子工程技術研究所•根据接收机噪声Ni和最小可检测信噪比SNRmin的限制可确定允许的最小接受信号电平（功率）Pmin为：1224max3min(4)tGPRP•并由此确定雷达对该目标的最大探测距离为：minminiPNSNR隐身技术的定义基本概念電子工程技術研究所•隐身技术定义是：在飞机等研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现的专门技术。•本章研究的是雷达隐身技术（区别于其它，如红外隐身技术等），其目的就是使敌方的雷达探测系统发现不了我方的飞机等，这样也就无法对我方实施拦截和攻击。所以通常说的隐身（隐形）飞机并不是真的看不见了。隐身技术与RCS的关系基本概念電子工程技術研究所•由前面给出的目标最大探测距离公式可知最大探测距离与RCS的4次方根成正比。所以如果能将目标RCS降低12dB,雷达的最大探测距离将缩减一半。•隐身技术就是通过减小目标雷达截面积的方法，实现降低敌方雷达作用距离的目的，从而提高己方武器平台的突防能力和生存率。下面就将介绍雷达截面的缩减技术。6.2缩减雷达截面的方法雷达截面缩减技术電子工程技術研究所概述•各种相互矛盾要求的折衷（机动性能，重量，代价等）•无论采用什么方法，成本代价逐步增高，缩减到50%可能很低，在提高20%代价要高一些，项缩减到95%时代价就极其昂贵，甚至无法承担了。•不存在普遍适用的最佳RCS设计方法缩减雷达截面的一般原则雷达截面缩减技术電子工程技術研究所•目标可以分解成N个离散散射体的组合，当目标尺寸远大于波长时，目标的雷达截面等于各散射体雷达截面的和1.当目标存在主要散射体时应集中减小目标强散射源贡献。2.当所有散射体贡献大体相当时必须同时减小各散射体的RCS1Nnn缩减雷达截面的一般原则（举例）雷达截面缩减技术電子工程技術研究所2212312233200,2010dB,6dB10dB,0.34dB;,0,0.8dBmm假设目标有个散射体若将减小总减小；若减小总只能减小即使都减小到总也只能减小。21231121232010dB,1.5dB10dB,4.4dB10dB,10dBm若若将减小总只能减小；若和都减小总减小;,和各减小总减小。缩减雷达截面的一般原则（结论）雷达截面缩减技术電子工程技術研究所•具有多个等强度散射体的目标RCS减缩更困难。•但是主散射体RCS减小到与次散射体同量级时，目标又变成等强度组合体了。•进一步减少主散射体RCS时原来较弱的散射体可能会上升为新的主散射体。缩减雷达截面的技术途径雷达截面缩减技术電子工程技術研究所1.外形隐身技术2.材料隐身技术3.无源对消技术4.有源对消技术6.2.1外形隐身技术雷达截面缩减技术電子工程技術研究所概述•修该目标的表面和边缘，使强散射方向偏离单站雷达的来波方向，可以在一定角度范围内显著减小RCS•不可能在所有方向都缩减RCS,一个角域的RCS缩减通常伴随着另一个角域的增加，所以其首要条件是要确定威胁区域外形隐身技术雷达截面缩减技术電子工程技術研究所1.采用斜置外形，将强散射方向移出重点角度范围2.用弱散射部件遮挡强散射部件3.目标应避免二面角或三面角的强反射，可将相交表面设计成锐角或钝角外形隐身分析比较雷达截面缩减技术電子工程技術研究所25RCS0RCS39dB=10,RCS10dB=15,RCS6dB12lw时,平板，倾斜遮盖斜置外形雷达截面缩减技术電子工程技術研究所原理：使反射波远离法向是使用最广泛，最有效的外形设计表现：斜立尾；多面体机身；斜切进气口；斜切翼尖F-117NighthawlF-117Nighthawl弱散射部件占位雷达截面缩减技术電子工程技術研究所2220.16,3.2002,24dB4047E5,26dBDmcm圆板RCS=5m球面RCS=.m降顶角度圆锥RCS=.-m再降B-2SpiritB-2Spirit综合外形设计雷达截面缩减技术電子工程技術研究所长后掠翼尖鼻锥翼身融合圆角平底内倾尾翼6.2.2材料隐身技术雷达截面缩减技术電子工程技術研究所1.透波材料2.吸波材料3.镶入式吸波结构4.屏蔽格栅5.金属镀膜透波材料雷达截面缩减技术電子工程技術研究所1.壳让电波穿过80%-95%，回波很小。2.内部金属设备，会产生较强回波3.可用于立尾等雷达吸波材料（RAM,Radar-absorbentmaterial）雷达截面缩减技术電子工程技術研究所基本要求：•不反射:匹配特性。•迅速吸收：衰减特性。分类：•电吸收材料。石墨•磁吸收材料。铁化合物性能参数：1反射率。2频带宽度。3入射角敏感性4极化特性。5品质因素。d/max电吸收材料雷达截面缩减技术電子工程技術研究所/4吸收层,频率低隔离层厚介电常数增大，厚度减小，但带宽减少金属前放一块电阻片不同厚度吸收层的反射率雷达截面缩减技术電子工程技術研究所d=2.54cmd=1.27cm电吸收涂层雷达截面缩减技术電子工程技術研究所d在金属底板上涂一层厚度为的电损耗吸收材料吸收涂层带宽雷达截面缩减技术電子工程技術研究所d在金属底板上涂一层厚度为的电损耗吸收材料电吸收层磁吸收层多层电吸收材料雷达截面缩减技术電子工程技術研究所单层吸收很难获得大带宽4/吸收层可以匹配不同的电阻涂层可以采用渐变介质磁吸收材料雷达截面缩减技术電子工程技術研究所吸收电磁波由磁损耗产生重量偏大同厚度下，低频效果好增加层数可以扩展带宽各层磁性材料的理想特性吸收材料比较雷达截面缩减技术電子工程技術研究所1.通过吸收能量来减小反射回雷达的能量。2.电吸收材料笨重、脆弱难于用于武器平台。3.磁吸收材料，厚度1.5mm~2mm对8-12G信号可吸收98%~99.4%电磁吸收材料发展方向雷达截面缩减技术電子工程技術研究所1.提高对电磁波的吸收强度；2.展宽工作频带；3.减轻重量；4.提高在高温条件下的热性能和稳定性能6.2.3频率选择表面(FSS)雷达截面缩减技术電子工程技術研究所1.由周期性排列的金属贴片或开孔构成。2.在谐振频率附近呈现全反射（贴片）或全传输（开孔），分别称为带通或带阻型。带阻型雷达截面缩减技术電子工程技術研究所带通型雷达截面缩减技术電子工程技術研究所周期性排列雷达截面缩减技术電子工程技術研究所6.2.4有源阻抗加载雷达截面缩减技术電子工程技術研究所1.通过飞行器中添加自动转发器将接收信号放大变换后与自身反射信号反相，起到相互抵消的作用。实现起来很困难。6.2.5天线隐身必要性雷达截面缩减技术電子工程技術研究所22RCS10dBm,0.60.651.21.3RCS1.11.6dBm,RCS.m假定飞行器降到飞行器上有长度的天线，那么极化匹配时对于=的波相当于半波二次辐射源的天线，其为超过了飞行器一个数量级•因此，天线不采用隐身技术单纯缩减飞行器RCS无实际意义。天线隐身技术雷达截面缩减技术電子工程技術研究所1.不用时隐蔽或调整方向（时域）2.移出鼻锥区（空域）3.带外隐身（频率选择表面）4.极化隐身（极化选择表面）5.带内同极化隐身，较困难，需要采用更多先进技术。6.3隐身技术现状技术现状電子工程技術研究所美国三代典型隐身机比较技术现状電子工程技術研究所美国三代典型隐身机比较•F-22任务包括：夺取制空权，向美军作战提供空中优势，在战区空域有效实施精确打击；防空火力压制和封锁、纵深遮断，近距空中支援。根据设计，F/A-22的雷达反射截面积只有普通飞机的1%，但是，由于要满足超音速巡航和空中格斗等机动性要求，就不得不在隐形性能上做出一些牺牲，特别是当其进入空战状态开启机载火控雷达时将不可避免地暴露目标。因此，F/A-22在隐形性能上很难超过F-117和B-2。•而F-117则主要用于对地攻击，由于采用隐身外形，造成许多难以改变的缺陷，如空气动力性能不好，飞行不稳定，机动性较差，飞行速度低，作战能力低下等等。技术现状電子工程技術研究所F-22猛禽（Raptor）技术现状電子工程技術研究所技术数据长度18.92米(62呎1吋)翼展13.56米(44呎6吋)高度5.08米(16呎8吋)翼面积78.04平方米(840平方呎)空重19,700公斤(43,430磅)正常起飞重量29,300公斤(64,460磅)最大起飞重量38,000公斤(83,500磅)性能数据最大速度2,410公里/小时(2.25马赫)1480公里/小时(1.21马赫)(海平面)巡航速度1,963公里/小时(1.82马赫)实用升限18,000米最大升限19,812米(65,000呎)最大航程3,219公里(1,600哩、1,840海浬)(加挂2个外部燃料箱)F-22猛禽（Raptor）技术现状電子工程技術研究所F-22猛禽三视图技术现状電子工程技術研究所F-22猛禽斜置外形技术现状電子工程技術研究所F-22猛禽涂隐身涂层技术现状電子工程技術研究所F-22弹仓技术现状電子工程技術研究所F-22猛禽技术现状電子工程技術研究所•小反射外形、吸收无线电波材料、用无线电电子对抗器材和小辐射的机载无线电电子设备装备战斗机•机体上还广泛使用热加工塑胶（12%）和人造纤维（10%）的聚合复合材料（KM）。机上使用复合材料（KM）的比例（按重量）达35%。•两侧翼下菱形截面发动机进气道为斜切进气道，发动机压气机冷壁进气道呈S形通道。•隐身设计只是需考虑因素的一