雷達隱身作為“全頻譜隱身”的重要內(nèi)容，隨著軍事強國對下一代戰(zhàn)斗機研發(fā)的開展受到越來越多的重視。文中總結(jié)了當前雷達隱身技術(shù)，在分析下一代戰(zhàn)斗機對雷達隱身需求的基礎(chǔ)上，展望了正在發(fā)展的可能應(yīng)用于下一代戰(zhàn)斗機的雷達隱身技術(shù)，對開展我國下一代戰(zhàn)斗機雷達隱身技術(shù)的研究和發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。

引言

雷達作為獲取戰(zhàn)場態(tài)勢信息的主要裝備，具有作用距離遠、發(fā)射功率大、雷達反射截面積（RCS） 大等特點，因此，雷達隱身成為射頻隱身的主要內(nèi)容，若不能有效控制機載雷達系統(tǒng)的RCS 和電磁輻射特征信號，則通過外形、結(jié)構(gòu)和材料隱身而實現(xiàn)的整機隱身會受到嚴重破壞。相反，良好的雷達隱身不僅可以迫使敵方啟動主動輻射探測裝置而非被動探測裝置，從而使己方通過被動裝置感知威脅，對其定位識別，獲得利用反輻射武器和電子攻擊的機會，還可降低敵方探測系統(tǒng)的可信度，迫使敵方增加探測系統(tǒng)、火控系統(tǒng)和導(dǎo)彈等裝備的復(fù)雜度和成本。

1、當前雷達隱身技術(shù)

按照特征信號的類型，雷達隱身可通過主動和被動特征信號控制和縮減兩種途徑實現(xiàn)。主動特征信號縮減的方法通常被稱作低截獲概率( LPI) 技術(shù)，包括輻射功率控制、輻射時間控制、寬頻帶、LPI 波形設(shè)計等。被動特征信號的縮減通常被稱為低可觀測性( LO) 技術(shù)，即通稱的隱身技術(shù)，如雷達罩低RCS外形設(shè)計、頻率選擇表面( FSS) 技術(shù)、雷達罩非工作時間全反射設(shè)計、天線陣面傾斜設(shè)計、雷達艙采用吸波材料技術(shù)等。當前雷達隱身技術(shù)主要有低旁瓣天線技術(shù)、輻射峰值功率控制技術(shù)、隱身波形設(shè)計技術(shù)和孔徑綜合技術(shù)等。

1.1低旁瓣天線技術(shù)

戰(zhàn)斗機雷達的功率頻段多選擇在較高的X 頻段，具有較窄的主瓣波束寬度，照射截獲接收機的概率很低，被截獲接收機截獲的通常是副瓣輻射能量。理論上，通過天線孔徑上幅度加權(quán)函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)任意想要的天線副瓣，實現(xiàn)縮減天線副瓣的目的。當前有源相控陣發(fā)射副瓣縮減的加權(quán)方式有發(fā)射組件線性放大、天線孔徑多階加權(quán)、輻射單元特殊排布方式等。發(fā)射組件線性放大能夠隨意控制輻射功率，其代價是發(fā)射功率降低。天線孔徑多階加權(quán)是均勻加權(quán)與理想加權(quán)之間的折中，具有較好的工作穩(wěn)定性。輻射單元特殊排布通過天線口徑在特定方向上的投影模擬出在要求方向上的理想口徑來實現(xiàn)特定方向上的輻射低副瓣。

1.2 輻射峰值功率控制技術(shù)

高增益、低副瓣狀態(tài)下獲得LPI 的重要途徑是降低天線的峰值輻射功率，為了不損失距離分辨率和探測距離，這通常通過對發(fā)射信號進行調(diào)制，發(fā)射高帶寬時寬積信號來實現(xiàn)。對于多機協(xié)同，可采用連續(xù)波、準連續(xù)波體制的收發(fā)分置方式，一部雷達發(fā)射，其他接收。而對于單機作戰(zhàn)，主要工作于收發(fā)共用的脈沖方式，此時采用高占空系數(shù)和多脈沖重復(fù)頻率來解決低峰值功率、高平均功率、距離遮擋和測量模糊問題。

1.3 隱身波形設(shè)計電子支援系統(tǒng)

隨著ESM 快速測頻技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，ESM測頻速度越來越快，工作于脈沖多普勒模式的傳統(tǒng)雷達由于必須發(fā)射相參脈沖串以進行相參積累檢測，在幀間不能改變發(fā)射頻率，雷達工作頻率很容易被ESM系統(tǒng)測量。特殊的波形設(shè)計是機載雷達躲避ESM系統(tǒng)偵察的主要手段，通過輻射復(fù)雜調(diào)制信號，可降低截獲接收機對信號的檢測、分選、識別概率，并提高匹配濾波得益。當前廣泛使用的隱身信號有寬帶線性調(diào)頻信號、離散相位編碼信號等，寬帶線性調(diào)頻信號已在機載雷達中廣泛應(yīng)用，雷聲公司16 位的弗蘭克碼也在雷達中得到應(yīng)用。

1.4 孔徑綜合技術(shù)

孔徑綜合是將雷達、通信、導(dǎo)航、敵我識別、電子對抗等功能的天線集成設(shè)計，減少戰(zhàn)斗機上眾多的天線數(shù)量和RCS，實現(xiàn)天線的低可觀測性。這種設(shè)計以第五代戰(zhàn)斗機F /A-22 和F-35 最為典型。F /A-22 使用的APG-77 有源相控陣雷達除了具有雷達功能外，還集成了情報偵察、電子干擾和通信等功能，支持無源定位能力。

圖 1 F-22 戰(zhàn)斗機及其雷達系統(tǒng)

2 下一代戰(zhàn)斗機對雷達隱身的需求

隨著F-22、F-35、J-20 的服役以及Su-57 的成功試飛，軍事強國紛紛開始探索下一代戰(zhàn)機。美軍為繼續(xù)保持空中優(yōu)勢，作了大量預(yù)研工作，其下一代戰(zhàn)斗機有可能在2034 年～ 2035 年服役; 蘇霍伊公司于2016 年向國防部提交了發(fā)展下一代戰(zhàn)斗機的初步報告，宣稱要在2025 年前后首飛; 日本提出i3 戰(zhàn)斗機構(gòu)想，將于2030 年前后服役。

2.1 下一代戰(zhàn)斗機的概念

美俄對戰(zhàn)斗機的劃代采用不同的方法，為避免混淆，本文將F-22、F-35、Su-57、J-20 之后的新一代戰(zhàn)斗機定義為下一代戰(zhàn)斗機。

2.2 下一代戰(zhàn)斗機的能力特點

美軍對下一代戰(zhàn)斗機的主要使命任務(wù)定位為遂行進攻性和防御性的對空作戰(zhàn)，作戰(zhàn)樣式包括空中遮斷、近距空中支援、敵方防空壓制等，要求具有更快的速度、更遠的航程、更好的機動、更強的隱身、更全向的態(tài)勢感知、更突出的武器打擊和防御能力，同時還要求無縫實時接入基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的聯(lián)合作戰(zhàn)體系中。這些特點可歸納為5S，即超飛行能力、超隱身能力、超感知能力、超打擊能力、和超協(xié)同能力。

( 1) 超飛行能力

具有5 倍音速以上的高超聲速飛行能力，實現(xiàn)快速打擊; 能夠?qū)嵤┡郎⒈P旋、滾轉(zhuǎn)和直線加速等各種超常規(guī)機動; 不進行空中加油作戰(zhàn)半徑達到2 000 km的遠航程要求。

( 2) 超隱身能力

實現(xiàn)對雷達、射頻、聲波、紅外和可見光的“全頻段隱身”能力。

( 3) 超感知能力

具有性能先進的傳感器系統(tǒng)，快速實時的數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)能力，以及先進的多傳感器信息融合能力。

( 4) 超打擊能力

搭載定向能武器，具有超高速、超遠程打擊和彈道導(dǎo)彈攔截防御能力。

( 5) 超協(xié)同能力

在體系聯(lián)合作戰(zhàn)框架下，能夠通過動態(tài)重構(gòu)，與各類作戰(zhàn)力量、作戰(zhàn)單元實現(xiàn)全程無縫協(xié)同作戰(zhàn)。

圖 2 美日下一代戰(zhàn)斗機

2.3 下一代戰(zhàn)斗機對雷達隱身的需求

從下一代戰(zhàn)斗機的能力特點來考慮，下一代戰(zhàn)斗機對雷達隱身的最直接的需求是實現(xiàn)平臺“全頻段隱身”，提高戰(zhàn)場生存能力從而完成作戰(zhàn)任務(wù)的客觀要

求。這包含兩個方面內(nèi)容:

第一是下一代戰(zhàn)斗機雷達輻射信號具有較低的被敵方被動接收裝置偵測的可能性;

第二是對敵方主動輻射裝置的低可觀測性。

隨著ESM、雷達告警接收機(RWR) 等被動探測手段的突飛猛進，以及新型雷達探測體制、工作頻段、處理技術(shù)的飛速發(fā)展，下一代戰(zhàn)斗機被敵方預(yù)警探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的概率在成倍增加，必須把雷達隱身作為下一代戰(zhàn)斗機隱身的整體中綜合考慮。

3 下一代戰(zhàn)斗機雷達隱身技術(shù)

針對下一代戰(zhàn)斗機對雷達隱身的需求，以下從先進雷達體制、先進波形設(shè)計和一體化設(shè)計三個方面進行分析。

3.1 先進雷達體制

3.1.1 量子雷達

量子雷達在發(fā)射端對量子態(tài)進行調(diào)控，在接收端對量子態(tài)進行處理，通過對量子資源的利用，提高了雷達信號的信息維度和處理效果，提升雷達的探測性能。在雷達隱身方面，量子雷達通過對光子量子態(tài)的檢測，突破傳統(tǒng)探測對電磁波幅度、相位等宏觀物理量的局限，具有超高靈敏度，因此在保持目標檢測能力不變的前提下，所需的發(fā)射功率更低，降低了被截獲和偵收的可能; 另一方面，量子雷達對信號的量子態(tài)調(diào)制能夠增強目標與雜波和干擾信號之間的區(qū)分度，從而提升在對抗環(huán)境下的抗干擾能力。

量子雷達的研究于20 世紀60 年代起步，經(jīng)過30 年的緩慢發(fā)展， 90 年代開始設(shè)計量子探測問題， 2000 年以后，量子雷達的研究逐步系統(tǒng)化，并圍繞量子糾纏－干涉、量子照明以及量子相干態(tài)接收三方面展開。

3.1.2 人工智能雷達

人工智能雷達是將人工智能技術(shù)于雷達技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生的新一代雷達系統(tǒng)。人工智能雷達采用閉環(huán)系統(tǒng)架構(gòu)，以學(xué)習(xí)積累知識為核心，以信息熵為探測理論，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、自主化的目標和環(huán)境感知。在雷達隱身方面，人工智能雷達能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實時感知信息以及任務(wù)需求自適應(yīng)調(diào)整發(fā)射頻率、波形、功率、波束形狀等參數(shù)，實現(xiàn)雷達資源利用效率的最大化，降低被敵方接收裝置探測的機會。

3.1.3 微波光子雷達

微波光子雷達使用微波光子技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)雷達中基于電子技術(shù)的射頻發(fā)射鏈路，能夠克服傳統(tǒng)電子器件的技術(shù)瓶頸，具有多頻段、大帶寬、可重構(gòu)、多功能特征，對提高雷達低截獲性能具有重要作用。微波光子技術(shù)使用高度集成的光器件，能夠有效降低雷達的體積、質(zhì)量，易于實現(xiàn)天線陣面與輕量化以及與戰(zhàn)斗機表面的共形設(shè)計，可提高雷達的低可觀測性能。美國、俄羅斯、意大利等國對微波光子雷達進行了研究。意大利已成功利用雙波段微波光子雷達在現(xiàn)場試驗中成功檢測到多個海上目標，并精確跟蹤到8 nmile( 1 nmile= 1．852 km) 外的船只，其試驗系統(tǒng)如圖3所示。俄羅斯近期也透漏成功研制出微波光子雷達收發(fā)樣機。

圖 3 意大利雙波段微波光子雷達系統(tǒng)

3.1.4 分布式協(xié)同探測

根據(jù)美國、俄羅斯、日本等國對下一代戰(zhàn)斗機需求公布的信息，美國下一代戰(zhàn)斗機將以系統(tǒng)簇( FoS) 的形式出現(xiàn); 俄羅斯則明確表示其下一代戰(zhàn)斗機將是無人機; 2016 年日防衛(wèi)省在其《未來無人裝備研發(fā)愿景》中提出發(fā)展與其下一代戰(zhàn)斗機編組作戰(zhàn)的無人機。可以發(fā)現(xiàn)，以分布式協(xié)同探測為特征的“超協(xié)同能力”都將成為下一代戰(zhàn)斗機的核心能力。超協(xié)同能力是指下一代戰(zhàn)斗機在體系聯(lián)合作戰(zhàn)框架下，能夠“即時入網(wǎng)”、“動態(tài)重構(gòu)”，并隨時與各類作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)力量實現(xiàn)全程無縫協(xié)同作戰(zhàn)的能力。這種協(xié)同實現(xiàn)了陸、海、空、天、電、網(wǎng)一體化，實現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互聯(lián)互通互操作，被稱為“超維度網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”。通過這種途徑，輻射源就可以根據(jù)戰(zhàn)場整體局勢的需要開啟或關(guān)閉，從而提高戰(zhàn)機載高威脅區(qū)的生存能力。

3.2 先進波形設(shè)計

先進波形設(shè)計隨著復(fù)雜信號產(chǎn)生和處理技術(shù)的發(fā)展，峰值功率低、大帶寬、調(diào)制形式復(fù)雜的隱身信號將成為支撐雷達隱身的重要手段。混沌信號、隨機信號、混合調(diào)制信號等將成為LPI 信號研究的熱點。混沌信號是確定性非線性系統(tǒng)中產(chǎn)生的一種貌似隨機的信號，具有對初值敏感、各態(tài)歷經(jīng)、長期不可預(yù)測等特點。混沌信號與噪聲信號類似，具有寬闊連續(xù)的頻譜，雷達中的混沌信號有混沌編碼( PSK/FSK) 和連續(xù)波調(diào)制混沌信號兩大類型。隨機信號是一種類似噪聲形式的雷達信號，由于信號的隨機性，隨機雷達信號具有非常優(yōu)異的LPI 性能，同時其模糊函數(shù)是理想的“圖釘”形，具有很高的無模糊距離測量和速度測量性能和分辨率。典型的隨機信號有隨機調(diào)頻連續(xù)波、正弦加隨機調(diào)頻連續(xù)波、隨機二相碼連續(xù)波等。為了進一步增強隨機信號的LPI 性能和抗干擾性能，具有多重隨機性的隨機信號成為研究的重要方向。

3.3 一體化設(shè)計技術(shù)

下一代戰(zhàn)斗機雷達一體化設(shè)計一方面是指功能設(shè)計的一體化，另一方面是指結(jié)構(gòu)設(shè)計的一體化。功能設(shè)計的一體化將在當前綜合孔徑的基礎(chǔ)上，向更高的集成度、綜合度和共用度上發(fā)展。結(jié)構(gòu)設(shè)計的一體化指雷達天線、天線罩和天線倉設(shè)計的一體化。一是雷達天線將采用減小天線外形尺寸的內(nèi)埋( 嵌入式) 設(shè)計，共形布置在機身內(nèi)部。二是雷達天線罩要能夠使頻帶內(nèi)、同極化的信號高百分率透過，而對頻帶外信號和不同極化信號有效阻斷，從而實現(xiàn)頻率、極化的濾波。對于天線倉，需要處理各種高頻散射，如鏡面反射、表面不連續(xù)散射、爬行波發(fā)射、行波散射、凹形區(qū)域散射等，可通過傾斜天線陣面、非工作表面涂覆吸波材料、連接部位采用混合線過渡，確保天線罩和天線倉以及天線倉隔離板的表面阻抗沒有不連續(xù)性，平臺表面到自由空間滿足阻抗匹配等。

4 結(jié)束語

隨著軍事強國日漸把下一代戰(zhàn)斗機列入研制日程，我國發(fā)展下一代戰(zhàn)斗機也迫在眉睫。雷達隱身已經(jīng)成為下一代戰(zhàn)斗機隱身性能設(shè)計的瓶頸問題。實現(xiàn)雷達隱身既要利用量子、微波光子、人工智能等新興技術(shù)開展創(chuàng)新型雷達系統(tǒng)的研制，也要應(yīng)用主動和被動特征信號縮減手段，從雷達信號形式、天線孔徑等方面開展研究和改進。要將雷達工作效能和隱身性能之間綜合考慮，均衡設(shè)計，避免顧此失彼，以飛機總體單位需求為牽引，突破關(guān)鍵技術(shù)，保證第六代戰(zhàn)斗機研制工作的開展。