國外激光隱身技術的發展＊

高 頌

（空軍駐錦州地區軍事代表室 錦州 121000）

1 引言

隨著激光技術的發展，激光測距機、激光制導武器、激光雷達等已研制成功并裝備部隊。激光制導導彈或炸彈的投擲精度、應戰能力達到了驚人的地步，以致可做到被發現就會被擊中，被擊中就會被摧毀。為了保護自身武器平臺（如飛機、坦克、軍艦）和重要軍事設施（如指揮中心）的安全，提高其戰場生存能力，研發目標的激光隱身技術，已迫在眉睫［1］。

2 激光隱身技術

激光隱身技術的目的是盡可能降低目標在激光工作波長的反射特性。目標實施激光隱身以后可使目標指示器照射到目標上的激光產生微弱的激光回波，不被激光尋的器所接收，從而躲避對目標的攻擊［2］。

2.1 隱身原理

激光隱身的原理主要是基于激光測距機的測距方程。由脈沖激光測距機的測距方程可知，對于漫反射大目標，激光測距機的最大測程與目標反射率的二分之一次方成正比；對于漫反射小目標，激光測距機的最大測程與目標反射率的四分之一次方成正比。因此，要實現激光隱身，消弱激光測距機的測距能力縮短其最大測程，必須降低目標對激光的反射率。當前，利用激光隱身除了要對抗各種軍用激光測距機以外，最主要的是要對抗激光制導武器，主要是半主動激光制導武器，包括激光半主動制導導彈、激光半主動制導炸彈和激光半主動制導炮彈等，目標實施激光隱身以后可使目標指示器照射到目標上的激光產生弱的回波，不能被彈上的激光接收器所接收，從而不能實現對目標的攻擊。除了激光半主動制導武器以外，激光隱身還要對抗的就是激光成像雷達，這時激光隱身的目的將是使目標的激光反射特性與背景一致。

通常使用的激光隱身技術手段主要有兩種：隱身外形技術和隱身材料技術。其中隱身外形技術主要是設計和改變目標的幾何外形，使目標的激光散射截面盡量減小；隱身材料技術則主要是設計和采用對激光低反射率的材料。

2.2 材料隱身性能

激光隱身材料主要性能參數是光譜反射比，它是材料反射與入射的輻射通量或光通量的光譜密度之比，它包括鏡反射比和漫反射比兩部分，由于激光隱身材料通常接近于漫反射體，鏡反射比一般很小，可以用漫反射比近似評價激光隱身材料的性能。反射率是指當材料的厚度達到其反射比不受厚度的增加而變化時的反射比，一般情況下，激光隱身材料都有一定厚度，其厚度變化不影響反射比，因此，評價激光隱身材料性能的參數可稱為光譜漫反射率或光譜反射率。目標在激光工作波長的反射率越小，目標的激光隱身效果就越好［3］。

材料隱身性能就是對目標的反射率的測量。激光測距、激光跟蹤和激光測速等測量系統在測量距離的要求及分析方法是一致的。在試驗場測量中，通常以保證一定回波率的最大作用距離—保證回波作用距離來衡量測量設備的測量能力。激光測量系統的測量方程為

式中，Pr為激光接收系統接收功率；Kr為接收系統透過率；Ar為接收口徑面積；Ps為激光器發射功率；θt為激光發射發散角；Ks為發射系統透過率；As為目標有效反射面積；T為單程大氣透過率；ρ為目標反射系數；θs為反射光發散角；Fs為發射激光束強度分布函數；Fr為接收光強度分布函數；R為目標距離。

若將發射激光束近似為高斯光束，目標反射光束近似為均勻分布的錐形光束，以θ表示目標偏離發射激光束中心的角度，以β表示接收口徑偏離目標反射光束中心的角度，則發射激光束和目標反射光束的強度分布函數分別為

在遠距離目標測試時，多采用大目標作為被試對象，若激光照射器瞄準照射，光斑全部落在目標上，目標偏離照射光斑能量中心的角度θ為0，則Fs（θ）＝2。根據實際測試情況可知，一般β≤θs／2，則Fr（θ）＝1。此時測量方程為

在距離為R處目標有效反射面積等于光斑大小為

測量方程可簡化為

當目標為角反射器時，θs很小，這時測量方程可近似為

當目標為漫反射目標時，θs＝π，這時測量方程由式（6）可簡化為

而對于激光接收系統來說，漫反射目標在接收光學系統前，激光所形成的輻照度（功率密度）為

適當選擇大氣透過率，可計算出目標在實施不同隱身材料時的近似反射率，從而對目標的隱身效果做出評價。

2.3 效果評估

激光效果的評估有兩種方法，一種是利用激光測距機對隱身目標進行測量，另一種是利用激光半主動導引頭模擬器對隱身目標進行實時探測。

1）激光測距評估。激光隱身效果可通過激光測距機測距做出評價。將實驗激光隱身的目標設于試驗地點，用GPS對試驗點進行定位，用激光測距機對目標多次測距，以GPS給出的距離為真值，比較激光測距機測試距離，將準確測試次數與總測距次數相比，測定準測率。

將激光測距機和隱身目標分開一定距離架設，并使目標做遠距離測距機的移動。同時激光測距機對目標連續測距，直至無法測量時，記錄最大測試距離，在確定準測率下對測試最大距離進行計算，得出最大測程。

2）激光探測評估。激光隱身效果可通過對激光半主動尋的器對目標的探測概率做出評價。將激光半主動尋的器與激光目標照射器分開一定角度架設，使實施激光隱身的目標在不同距離上運動，激光目標照射器對目標進行照射，記錄、統計激光尋的器對目標的探測概率，與目標不實施隱身時的探測概率相比較，從而評價目標的隱身效果。

3 兼容性

激光隱身涂料與可見光、紅外以及雷達波隱身技術的兼容問題，需要通過復合技術將不同波段的吸波劑及低紅外發射材料有效耦合在一起，將其做成涂料等，以實現對多種探測手段的復合隱身［4］。

3.1 激光與可見光

可見光一般指波長為0.4～0.78μm的光線，可見光隱身涂料也稱為迷彩涂料，它的作用是使目標與背景的顏色協調一致，使敵方難以辨識，故選用適當的迷彩顏料進行配色是可見光隱身涂料的關鍵。激光隱身涂料主要是以降低激光反射率為目標，其對光的作用范圍和可見光隱身涂料不同，因此需要對激光隱身涂料進行適當的配色處理，使其同時實現可見光隱身的兼容。

3.2 激光與雷達

雷達波長范圍很寬，從100MHz～3000GHz都是雷達波的范疇，其中2～18GHz的雷達應用比較廣泛，然而由于30～300GHz的毫米波雷達在大氣中存在幾個損耗較小的“窗口（35GHz、94GHz、140GHz、220GHz）”，所以其在軍事上的應用正越來越受到重視。雷達波隱身技術主要有兩個方面，1）外形技術，2）雷達隱身材料，目標通過合理的外觀設計，并應用雷達波隱身材料便可達到目標對雷達波隱身的目的。就雷達波隱身涂料來說，其目的就是降低目標表面的雷達波反射率。激光隱身涂料的目的是降低目標在1.06μm以及10.6μm處的反射率，因此激光隱身涂料與雷達波隱身涂料并不矛盾。可采用多頻段吸收劑應用于涂料中解決，其難點在于尋求具有寬頻帶吸收的涂料用吸收劑，如能制得寬頻帶吸收劑，激光隱身與雷達隱身的問題就可迎刃而解。對于近紅外激光隱身涂料，可利用近紅外激光隱身涂料對毫米波的透明性，將激光隱身涂料涂敷到毫米波隱身涂層表面，制備毫米波與激光復合隱身涂層。

3.3 激光與紅外

紅外探測指的是利用波長在3～15μm的紅外輻射特征進行探測的方法，考慮到大氣層對紅外線的吸收，紅外探測器的實際工作波段為3～5μm和8～14μm，其熱成像技術在軍事領域已經得到廣泛的應用。隨著紅外偵察、探測、制導和熱成像處理技術的發展，反紅外探測隱身技術也越來越重要，它是通過抑制目標的紅外輻射，或改變目標的熱形狀，從而達到目標與背景的紅外輻射不可區分的一門技術。目前，反紅外探測隱身技術的主要技術措施有：一是改變紅外輻射特征，二是降低紅外輻射強度。主要是通過降低輻射體的溫度和目標的輻射功率，除目標的設計因素外，使用紅外隱身涂料是應用最為廣泛的紅外隱身技術手段。紅外隱身涂料主要是針對紅外熱像儀的偵察，旨在降低武器在紅外波段的亮度，掩蓋或變形武器在紅外熱像儀中的形狀，降低其被發現和識別的概率。紅外隱身涂料根據其隱身機理可大致分為兩個類別，一類是通過隔熱的方式，使目標體表面溫度降低以達到降低紅外信號的目的；另一類，也是應用范圍最廣的是紅外低輻射隱身涂料，即通過隱身涂料在目標表面的涂覆，使得目標體的紅外輻射信號減弱從而達到紅外隱身的目的。根據平衡態輻射理論，對于非透明材料，相同波段范圍內的發射率與反射率之和等于1。由于目前激光探測器工作波長絕大部分為1.06μm和10.6μm，正好處于紅外波段，激光隱身要求材料要有盡可能低的反射率，而同時紅外隱身要求材料要有盡可能的低的發射率，這樣激光隱身和紅外隱身就不可避免地成為了一對矛盾體，故兩者協調很重要。而且，采用多頻譜隱身材料是無法協調此矛盾的。通常是在涂敷紅外隱身涂料或多波段兼容隱身涂料的基礎上對激光反射采取一些補救措施。如采用對抗激光的方法，如發射煙幕彈等；還有一種方法是犧牲局部范圍的紅外隱身，就是使涂料在1.06μm／10.6μm附近出現較窄的低反射率帶，而其他波段均為低輻射，以此來達到對激光的隱身，同時又要對紅外隱身的影響不大。這一方法要求低反射帶盡可能窄，因而也成了該方法的難點。理想狀態的激光／紅外隱身涂層應在1.06μm和10.6μm具有極低的反射率，而在其他紅外波段則具有盡可能高的反射率。然而這種材料實際上很難獲取。近來，摻雜半導體成為激光隱身涂料的研究熱點，摻雜半導體可作為涂料體系中的非著色顏料，經過適當選配半導體載流子參數可使涂料的紅外和激光隱身性能都達到令人滿意的結果，同時也不會防礙涂層滿足可見光偽裝的要求。摻雜半導體一般選用InO3或者In2O3和SnO2。通過摻雜使得等離子波長處于合適的范圍，使材料在1.06μm處具有強吸收低反射，在熱紅外波段具有低吸收高反射，從而達到兩者隱身兼容。

4 發展分析

激光隱身技術的發展趨勢：一是新型材料；二是紅外／激光隱身；三是納米激光隱身等［5］。

1）新型材料。例如，研發半導體化合物、研發光譜轉換材料等。

半導體化合物。在半導體等離子波長大于入射光波長情況下，半導體有低反射率，半導體的等離子波長取決于它的載瀛子濃度。通過摻雜控制其載流子濃度，從而改變摻雜半導體化合物等離子波長，使其在1.06μm波長附近產生強吸收。同時通過摻雜改性還可以使摻雜半導體化合物的紅外輻射范圍脫離紅外大氣窗口，達到紅外與激光復合隱身兼容的目的。

光譜轉換材料。研發光譜轉換材料，達到可以吸收多個低能量的長波長光子，然后發出高能量的短波長光，利用它對激光頻率的轉換特性來降低激光回波反射的能量，從而達到激光隱身的目的。

2）紅外／激光隱身。紅外與激光復合隱身中紅外隱身需要低發射率的材料，激光隱身需要低反射率的材料，這兩者的復合隱身是矛盾的。據報道，通過對各種紅外透明粘合劑如酚醛樹脂、環氧樹脂、醇酸樹脂、Kiaton樹脂、改性乙丙橡膠的研究，以及一些金屬顏料、半導體顏料如ITO的研究，已基本上研制出1.06μm激光與8～14μm紅外波段的復合隱身涂料。此外采用雙層乃至多層涂敷法也是復合隱身研究的一種比較容易的方法。由實驗分析可知，激光隱身涂料對雷達波的透波性能良好，并且厚度很小約為0.1mm，可以將其涂敷于雷達吸波材料表面，從而實現激光與雷達復合隱身。

3）納米激光隱身。納米材料是指材料組分特征尺寸在0.1～100nm的材料。它具有極好的吸波特性，具有頻帶寬、兼容性好、質量小和厚度薄等特點，對電磁波的透射率及吸收率比微米粉要大得多。

將納米粉體應用于涂料制成納米隱身涂料，由此制得的涂層在很寬的頻帶范圍內可以躲避雷達波的偵察，同時能很好地吸收可見光、紅外線，包括激光探測常用波段的吸收，使其具有紅外隱身和激光隱身作用，可以顯著改善目標的隱身性能。而且納米粉體一般在涂料中的添加量較傳統粉體少，易于實現高吸收、涂層薄、質量輕、吸收頻帶寬、紅外微波吸收兼容等要求，是一種極具發展前景的隱身涂層材料。

5 結語

由于激光探測器大多采用主動式探測方式，即依靠接收目標后向反射能量來進行工作，因此，激光隱身是以降低目標激光后向反射信號，即降低目標后向散射截面為出發點。目前，隱身涂料正向多頻譜、寬頻帶方向發展，而納米隱身涂料由于其突出的優點，可以制得綜合機械性能良好，以及多頻段、強吸收的多波段隱身涂料，必將成為激光隱身涂料的一個發展方向［6］。

［1］周建勛，胡江華，皮德富.紅外與激光復合隱身［J］.紅外技術，1996（5）.

［2］王廣民，房紅兵，汪貴華，等.地面武器的紅外與激光隱身技術［J］.紅外技術，1998（2）.

［3］王自榮，孫曉泉，余大斌.多波段隱身兼容中的幾個矛盾問題的分析［J］.現代防御技術，2004（6）.

［4］王自榮，余大斌，孫曉泉，等.激光與紅外復合隱身涂料初步研究［J］.激光與紅外，2001（5）.

［5］張晶，李會利，張其土.激光隱身技術的現狀和發展趨勢［J］.材料導報，2007（S1）.

［6］林文學，劉勁松.激光與紅外復合隱身材料—摻雜半導體［J］.科技信息（科學教研），2007（11）.