水面艦艇雷達隱身技術發展與設想?

馮 洋 朱 煒 黃麗云

（1.上海交通大學 上海 200030）（2.中國艦船研究設計中心（上海） 上海 201108）

1 引言

水面艦船隱身主要包括雷達波隱身、聲隱身、紅外隱身以及其他物理場隱身。對于現代艦船，其海上探測手段主要依靠雷達，海上作戰主要的攻擊武器中如艦炮、反艦導彈等武器也要依靠雷達系統來完成對目標的指示和制導。因此，雷達技術對于水面艦艇而言是一把雙刃劍，各國既要努力提高自身的雷達探測距離和精度，又要想方設法的減小艦艇被他國雷達探測到的概率。

雷達最大作用距離方程［1］：

其中：Rmax為雷達的最大作用距離；Pt為發射功率；S為接收機可辨識的最小功率；G為天線增益；λ為雷達工作波長；σ為雷達散射截面。由公式可知，雷達的探測距離Rmax的四次方與目的散射截面積σ成正比，接收機可辨識的最小功率S與目的散射截面積σ成正比。

對現代化水面艦艇來說，雷達波隱身技術在降低自身雷達波散射截面積的同時帶來了四個方面的戰術意義，一是降低了被敵方雷達截獲的概率，獲得充分的戰斗準備時間，隱蔽接敵，獲取戰場主動；二是減弱了敵方對我方的目標辨識能力，造成敵指揮員對我方目標的誤判，進而貽誤戰機；三是縮短了敵雷達制導武器的攻擊距離，降低了敵方艦艇的作戰效能；四是增強了我艦無源質心干擾的效果，提升了應對敵反艦導彈的能力。

因此，雷達波隱身技術對于水面戰斗艦艇的戰術價值巨大。

2 國內外水面艦艇雷達波隱身技術發展情況

雷達波隱身理論于20世紀60年代被蘇聯科學家彼得·烏菲莫切夫首先提出，最先被運用于空軍領域，到了20世紀70年代，美國科學家根據該理論，發明了飛機“隱身”的概念并將其運用在了F-117戰斗機上。直到20世紀80年代，各國才逐步開展艦艇雷達波隱身技術的研究和應用。經過近幾十年的發展，目前水面艦船雷達波隱身技術措施主要包括隱身外形隱身和吸波材料技術兩大類。

縱觀目前各國現役和在研的水面戰斗艦艇在雷達隱身技術方面的運用和突破，可大致將各國艦艇由低到高劃分為三級，即“次隱身艦”、“準隱身艦”和“隱身艦”。

“次隱身艦”最大的技術標志是開始注重隱身外形隱身技術的運用，將以往水面艦艇上層建筑的外側壁由垂直面做成內傾面，并關注對平臺部分散射源的控制，消除角反射結構［2］。代表艦有美國海軍“阿利·伯克”級驅逐艦，見圖1。

“準隱身艦”［3］在對平臺采用外形隱身的同時重點針對艦面設備開展了精細化的雷達波隱身設計，包括將以往的露天甲板機械進行“隱藏”式設計，將部分甲板設備進行整形以降低對全艦RCS的貢獻程度，部分艦艇還運用了雷達波隱身材料。代表艦有德國F-123型護衛艦和法國“拉菲特”護衛艦等（見圖2），其中“拉菲特”護衛艦采用的吸波材料為木材和玻璃纖維復合材料，硬度與鋼材相當，但質輕、耐火。

“隱身艦”和“準隱身艦”的最根本的區別在于是否運用了射頻集成技術，因為大量的仿真計算和測試結果表明，常規水面艦艇上的各類天線等構件對全艦RCS的貢獻程度占比近40%，而由于功能性要求，各類天線的隱身整形和綜合集成的技術難度相當大，涉及材料學、結構力學、電磁學等多種學科的交叉，目前該類艦船現役的只有三型，即瑞典的“維斯比”輕護艦、美國的LPD-17型兩棲艦和DDG1000驅逐艦［4］。其中LPD-17型兩棲艦采用的綜合集成桅桿其結構由先進的復合材料構成，表面采用了在復合層板內嵌入具有選頻透波功能的濾波材料，允許發射和接受預定的頻率，同時濾除敵方雷達信號，有效減少雷達波散射截面積，而DDG1000驅逐艦不僅采用了隱身內傾船型，同時為減少天線數量而采用了天線孔徑共用技術，而且率先采用一體化上層建筑，使全艦的雷達波隱身性能發揮到極致。

與國外相比，我國水面艦艇雷達波隱身技術起步較晚，20世紀80年代及以前的水面艦艇基本上未采取或較少采取雷達波隱身措施，90年代以后，雷達波隱身技術開始得到應用，并在第二代水面艦艇上采取了部分隱身措施；而在第三代水面艦艇的設計建造中，雷達波隱身技術得到了較廣泛的應用，取得了較好的效果，體現出一定的雷達波隱身水平。

3 水面艦船雷達波隱身關鍵技術

從水面艦艇由“次隱身艦”向“隱身艦”發展的歷程來看，目前已得到工程運用的雷達波隱身技術措施其關鍵技術包括如下幾個方面：

1）隱身船型技術［5］

在確保水面艦艇的航行性能如快速性、耐波性以及操縱性等前提下，盡可能地降低主船體帶來的RCS貢獻值，如DDG1000采用的穿浪單體內傾船型（見圖3），艦艏為“沖角”造型能夠“切穿”海浪，不僅航行阻力低于傳統圓舭船型，而且由于側壁內傾，雷達波隱身性較好。

2）設備與平臺融合設計技術

據統計，艙面電氣設備、電子武備以及舾裝設備對全艦RCS的貢獻值約占40%，艙面設備除自身的散射貢獻外，其與主船體、上層建筑艦間的耦合也會產生較大影響。將艙面設備與平臺進行雷達波融合設計（見圖4），在降低設備自身散射值的同時，設備與設備、設備與平臺間的耦合也降到了最低程度。

3）射頻孔徑集成技術

常規艦艇外露的天線對全艦RCS貢獻占比大，射頻孔徑集成技術能夠在滿足雷達、電子戰、敵我識別和通信導航等任務的前提下，盡量以共用天線的方式減少外部天線數量［6］。如DDG1000驅逐艦，其上層建筑開口有70個天線孔徑位置，采用射頻孔徑集成技術，一部天線就可完成多種功能，且后續新增功能不必再新增天線，見圖5。

4）先進隱身材料技術

隱身材料是實現雷達波隱身的第二重要途徑，是對外形隱身措施的補充，雷達波隱身材料其本質是對雷達波信號的選擇通過和吸收。先進隱身材料除了應具有盡可能寬的吸收頻帶外，對于涂覆型吸波材料關鍵技術在于吸收劑成份和顆粒形態的改進控制［7］；對于結構型吸波材料關鍵技術包括材料強度提升、吸波材料與船體結構的連接、防火性能等方面，同時由于復合制導武器廣泛使用，隱身材料還要兼顧紅外等特征信號的隱身。

5）一體化集成上層建筑技術［8］

運用復合材料將桅桿、機艙進排氣系統、信號收發設備、艦橋以及上層建筑艙室等功能性要求進行綜合集成，形成一個互相融合的完美整體。涉及一體化上層建筑功能區規劃、天線板陣化設計、與主船體協調設計、輕型化復合材料綜合運用等方面。一體化集成上層建筑技術是綜合集成桅桿技術的拓展，將以往全艦中部區域上層建筑、收發天線、照明燈具、進排氣管等散射源進行了綜合集成，極大地控制了該區域的散射效應。

4 雷達波隱身前沿技術

目前世界軍事強國正在開展雷達波隱身前沿技術開發工作，目前具備一定運用前景的前沿技術包括等離子體隱身技術和雷達波有源對消技術。

1）艦船等離子體隱身技術

離子體隱身技術是指產生并利用在飛機、艦船等武器裝備表面形成的等離子云來實現規避電磁波探測的一種隱身技術，其特點為：吸波頻帶寬，吸收率高，隱身效果好。美國休斯實驗室進行的一項實驗表明，采用等離子體技術，可使一個長13cm的微波反射器的雷達截面積在4GHz～14GHz頻率范圍內平均降低20dB，即雷達獲取回波的信號強度減弱至原有的1%。

2）雷達波有源對消技術

通過有源方式產生與目標散射回波相干的一列波，利用互相干涉效用，改變目標的散射分布，達到縮減RCS的目的。其工作時與電子戰系統配合使用，其技術難點在于若敵探測雷達信號出現跳頻，我方產生的相干回波頻率也要相應的改變，這一過程的時間差會降低對消的效果。相關資料顯示，美國DARPA近年來研制出一套認知通信電子戰系統［9］，融合了通信電子戰、認知無線電等技術，基本實現了實時跟蹤敵方跳變信號的目標，這樣就解決有源對消技術的前端問題。

5 技術發展設想

隨著武器攻擊模式由單一向多樣化方式發展以及海上交戰兵力投入由單艦向規?；D變，未來戰場背景下的水面艦船雷達波隱身技術可能朝以下幾個方面發展：

1）威脅方向由水平入射向大角度入射擴展

以往雷達波隱身性主要考慮來至水平方向入射的雷達波隱身，這也是由目前各國海軍廣泛列裝的反艦導彈飛行模式決定的。目前裝備的反艦導彈一般采用掠海方式飛行，導彈末端的飛行高度可降到距水面2m～8m，在此背景下，雷達波隱身性主要考慮來自水平方向的威脅。

彈道導彈作為反艦導彈進入戰場［10］，使得大入射余角下的雷達波隱身性有了現實的戰術需求，其技術原理雖與水平方向相同，但對水面艦船的總體設計技術水平提出了更高的要求。

2）隱身對象由單艦隱身向編隊隱身覆蓋

根據體系作戰需求，未來海上強國在戰場上的兵力投入將更加巨大，特別是以航母為核心的海上編隊建成，使得以往“一對一”的較量變為“多對多”的對抗，這也為雷達波隱身技術帶來了新的問題，如何解決編隊的雷達波隱身［11］，編隊的雷達波隱身性與單艦的隱身性是何關系？體系作戰條件下總體資源如何分配？這些都是需要研究解決的問題。

3）隱身方式由被動方式向主動方式轉變［12］

各國海軍從20世紀70年代開始發展自身的雷達波隱身技術，到目前為止，排水量在萬噸級的水面艦船RCS已由原來的數十萬平方米量級降至上百平方米，隱身技術水平呈現出指數提升，未來RCS值降低的空間有限。目前美國最新型的驅逐艦DDG1000采用的雷達波隱身方式仍為被動式——即通過外形和材料技術降低自身的RCS值，設想未來的雷達波隱身將依靠某種特定技術，進一步釋放總體資源，實現被動方式向主動方式轉變，使艦船達到“隱”、“現”可控。

6 結語

各國海軍在水面艦艇雷達波隱身技術上投入巨大，特別是美國、法國、瑞典為代表的國家在此方面已取得了矚目的成就。雷達波隱身是一項系統工程，我國如何在目前技術水平基礎上取得更大突破，進入“隱身艦”行列，這一切有賴于在材料、電磁、天線系統、工業設計等多個基礎學科上逐步提升技術實力，同時注重對雷達波隱身總體設計人才的培養，合理統籌總體資源，更好地從頂層把握和牽引雷達波隱身技術的發展和運用。

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