隐身技术的发展及应用

隐身技术的发展及应用

摘要：介绍隐身技术带来了军事装备的变革，并探讨有源和无源隐身原理，并重点介绍了无源隐身中利用理想对消特性、频率差将破坏相干性、相位差的影响、幅度差的影响，以规避雷达对目标的检测。

接着分析了隐身技术的现状及其原理，分别从可见光隐身技术、声波隐身技术、雷达隐身技术、激光隐身技术及红外辐射隐身技术方面介绍了当前所采用隐身技术的原理、方法及其应用。通过采用可见光、红外及激光隐身兼容技术，更好的达到隐身的效果，即可得隐身兼容技术才是隐身技术的发展方向。

隐身技术迅猛发展，新的隐身方法和技术应运而生。仿生技术、等离子体隐身技术、“微波传播指示”技术及智能隐身技术丰富和扩展了隐身技术的领域。在新的隐身方法中，重点介绍了等离子体隐身技术这一典型事例，通过介绍其原理、方法，以及在军事装备上的应用，以便我们把握这一隐身技术的发展方向。

隐身材料的开发和利用一直是隐身技术发展的重要内容，是飞机等隐身兵器实现隐身的基石，接下来介绍了正在研制开发的新型隐身材料：宽频带吸波剂、高分子隐身材料、纳米隐身材料、手征材料、结构吸波材料及智能隐身材料。新的隐形材料的研制，必将推动隐身技术迈向新的台阶。

隐身技术与反隐身技术的发展，是相互制约、相互促进的，无论哪一方有新的突破，都将引起另一方的重大变革。最后，我们探讨了当今反隐身技术的发展，以及探讨反隐身技术的方法：采用长波低频雷达探测技术、采用激光雷达探测技术、采用光电探测技术、采用数据融合技术、采用自动化和智能化技术。希望隐身技术和反隐身技术，这对矛和盾，能够加快我国的武器装备现代化的进程。

关键词：有效散射截面积（RCS）无源及无源隐身技术 等离子体技术

1 前言

在1991年海湾战争中,美空军F-117A隐身攻击机,共出动1296架次,但未损失一架。它出动的架次只占联军出动总架次的2%，但它所击中的战略目标却占全部被联军击中的战略目标的40%。造成这一非凡战绩的原因，除伊拉克防空系统的部署及运作上的不利以外，主要应归功于F-117A的隐身能力。

隐身技术的出现促使战场军事装备向隐身化方向发展。由于各种新型探测系统和精确制导武器的相继问世，隐身兵器的重要性与日俱增。以美国为首的各军事强国都在积极研究隐身技术，取得了突破性进展，相继研制出隐身轰炸机、隐身战斗机、隐身巡航导弹、隐身舰船和隐身装甲车等，有的已投入战场使用，在战争中显示出巨大威力。

2 隐身技术的概述

现代无线电技术和雷达探测系统的迅猛发展，极大地推动了战争中的搜索、跟踪目标的能力，传统的作战武器所受到的威胁越来越严重。隐身技术作为提高武器系统生存、突防，尤其是纵深打击能力的有效手段，已经成为集陆、海、空、天、电磁六维一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段，并受到世界各国的高度重视。

隐身技术(又称为目标特征信号控制技术)是通过控制武器系统的信号特征，使其难以被发现、识别和跟踪打击的技术。即以削弱己方武器系统的观测特征，使敌方的探测器不能发现目标，或使探测距离大大缩短。一般认为隐身主要包括减少目标的雷达特征、红外特征和电视特征等，其中减少雷达特征主要是减少目标的有效散射截面积（RCS）。

雷达目标(飞机、导弹或军舰等)的隐身方法可分为有源和无源隐身两大类。迄今为止，西方军事强国，经过几十年研究与实践，对飞机、军舰的无源隐身技术已达成熟阶段；无论采用外形控制隐身，还是涂层吸波隐身，已从微波频段、热频段到光频段，

无所不在。著名产品有F-117A。近年年来，随着微型高速计算机技术的发展，有源隐身技术也有了实质性的突破。

2.1无源隐身原理

无源隐身是利用外形特征和(或)涂吸波材料等来减小目标的有效雷达截面积，使探测雷达处理不了接收到的微弱回波信号，从而达到隐身的目的。根据雷达方程可计算得出采用雷达隐身技术后的最大探测距离与目标有效雷达截面积的关系为:

223R1=?PG??/(4?)Pr?t??1/41/42231/4? ??PG?/(4?)P*?tr???K1?1/4式中 ,Pt为发射功率；Pr为接收功率；G为天线增益；?为雷达工作波长；

?为有效雷达截面积；R1为雷达最大探测距离；

223K1??PG?/(4?)Pr?t??即目标采用隐身技术后与雷达参数有关的系

1/4数。

由式（1）看出，R1与?成4次方根关系，若降低目标有效雷达截面积

?，则雷达的探测距离R1就将减少。如雷达散射截面减小到1/4096，那么

雷达的探测距离便缩短到1/8。可见，采用了隐身技术后，对敌方雷达的探测影响很明显。

2.2有源隐身原理

有源隐身技术是雷达目标利用装载的有源设备发射倒相回波，在雷达接收机天线处与目标真实回波相抵消，从而减弱雷达接收到的目标真实回波，达到雷达隐身的效果。即利用了相参信号的干涉效应，改变目标的散射分布，以减小雷达方向散射功率密度的一种隐身技术，如图1所示。

雷达入射至日标的场强是E（幅度相为i（Ei,?0,?0）），目标反射场强为（Er,?0,?0），目标有效反射面积为?0；目标有源设备发出的无延迟场强为Es(Es,?1,?1)，其相应的等效反射面积为?1。

目标反射面积的一般定义为

E2?0?4?Rr2

Ei2在目标回波中加人有源设备发出场强Es后，目标的综合反射面积变为:

2（Er+Es）?c?4?REi22??01??1??21cos???1??0??t?t0????1??0?????0?0

式中，t0为有源设备发出对消回波的时延,?1为有源设备发出对消回波的相角，?1为有源设备发出对消回波的角频率，而

2Es?1?4?R2

Ei2.2.1 理想对消特性

在有源设备发出对消回波与反射回波全相参、无延时的情况下（?1??0,(t0?0))，这时相位差?1??0将决定目标综合反射面积

?c的大小。最佳对消特性应由有源设备控制输出功率就可控制

同时控制输出相位?1寻优，以达最佳控制。?1(通过控制幅度Es)，

当达最佳对消系数时，有

??1???1?0?????0（2k+1）??1(5)

(k为常数)按式(3) 算得?c?0，即在雷达方向有效地实现了目标的完全隐身。这是理想的目标回波的对消特性。

影响有源对消效果的诸因素中，频差(?1??0)影响最大，其次是初相差(?1??0)，幅度差和对消回波延迟。 2.2.2 频率差将破坏相干性

目标回波是若干脉冲周斯nTr积累相加的，对全相参信号而言，当角频差????1??0较小时，积累相加会出现一些新特性，若载波初相差?1??0?表示，则积（K+1）?,回波列以取样函数?（t-nTr）累相加合成场为

nE?2E0?sinsin(na?)na?2?1??0?tnm2?,?t?Tr(6)

2或E?4E0??sin(ma?)sin(na?) （7）

仅在a为整数时，以上两式才同时为零，即达最佳有源对消；a为其他数值时，有源对消效果与脉冲积累数有关，m很大时(如100个)，回波积累对消效果基本消失。 2.2.3 相位差的影响

当?c??0,?c随????1??0变化的归一化曲线为:

???20lg?c??20lgsin??/2dB (8)

在???1800时，对消效果最好，??0；而当???900时，则

??/2?450，sin450?0.707,??3dB。说明相位差??偏离?的奇数倍越远，有源对消效果越差。 3.4 幅度差的影响

（2K+1）?,且取m?当????1，则?c的归一化曲线可表示?0为:

???20lg1?m （dB） (9)

在m?(0,2)时，均产生有源对消、目标反射面积缩减的效果。该曲线在m =1附近变化剧烈。如在

1?m?0.32时，??10dB;而1?m?0.03时，??30dB。

3 隐身技术的现状及原理

通常所说的隐身技术，即目标特征信号减缩技术或被称为“低可探测技术”。表示目标特征信号的物理量主要有，光学可见度、噪声强度、雷达散射截面（RCS）、红外辐射强度。以此，目前利用的隐身技术主要可分为可见光隐身技术、声波隐身技术、雷达隐身技术、红外隐身技术及激光隐身技术。

3.1 可见光隐身技术

可见光隐身，就是降低军事装备本身的目标特征，使敌方的

可见光相机、电视摄像机等光学探测、跟踪、瞄准系统不易发现目标的可见光信号。采用可见光隐身技术的目的，是通过减少目标与背景之间的亮度、色度和运动的对比特征，达到对目标视觉信号的控制，以降低可见光探测系统发现目标的概率。

可见光隐身技术手段主要采用迷彩、伪装技术，在武器系统表面涂上与背景颜色相近的迷彩，或者在武器表面罩上网。试验表明，涂敷迷彩具有相当好的隐身效果，如用微光夜视仪观测1000m处坦克的发现概率,无迷彩时为77%，有迷彩时只有33%。现代迷彩兼有吸波作用，不仅可降低坦克的可见光探测概率，还可减弱坦克的红外辐射。伪装网是一种通用性的伪装器材，主要用来伪装常温状态的目标，使目标表面形成一定的辐射率分布，以模拟背景的光谱特性，使之融于背景之中%同时在伪装网上采用防可见光的迷彩，可更有效对抗可见光侦察、探测和识别。

此外，各国正在研究各种新的可见光隐身方法，如美国正研究一种电致变色涂敷材料，用不同的电压控制时，材料将显示出不同的特性，使武器颜色随背景变化。

3.2声波隐身技术

声波隐身技术，也称为听觉隐身技术。隐身武器应具有低声特征信号的隐身特点，以用来对抗性能和种类日趋完善的防御探测系统。飞行器作为主要武器系统之一，它的噪声主要由螺旋桨／旋翼的旋转和涡流噪声，发动机进气、排气、燃烧的噪声，机体空气动力尾流噪声以及涡流噪声等声源组成。尤其是直升机，因为其飞行高度在50m左右，为了避免被侦测到，同时也避免声触发地雷和导弹的打击，降低噪声是极为重要的。另外对低空无人机和潜艇来说也存在同样的问题。

针对噪声源，可应用以下降低噪声的措施：

（1）减震结构：通过采用具有减震作用的蜂窝夹层结构或镶入减震材料，降低噪声源引起的噪声。

（2）整流结构：设计由许多流线型叶片构成的隔栅，纠正气

流的不均匀流动，降低高频谐振。

（3）吸声结构：以吸声材料制成的密集角锥，可以有效地吸收产生的噪声。

降低噪声的措施有时与降低RCS的措施及抑制红外辐射措施是结合的。

3.3雷达隐身技术

雷达隐身技术是以电磁波散射理论为基础,为了不被雷达发现,最有效的办法是减少飞行器的雷达截面积RCS。即采取各种措施使目标在雷达探测波束照射范围内具有极小的雷达截面积，大幅度减少可被敌方雷达接收机截获的电磁波能量，使雷达对目标的探测距离缩短，从而达到隐身的目的。被实践证明行之有效并投入实用的隐身技术有：外形隐身技术和材料隐身技术。雷达外形隐身技术的主要理论依据来自目标各个部件的电磁散射机理，利用计算机辅助设计等现代设计手段，对飞机以及其他装备进行设计，在保持一定性能的前提下，使其被探测的雷达截面积最小。 3.3.1 外形隐身技术

在气动力允许的条件下，改变飞行器外形，使其在特定的照射角度范围内显著降低特定照射角度范围内的RCS的技术成为外形隐身技术。其采用的方法通常如下：

（1）飞机的机翼、机尾和机身之间的结合都是能产生角反射器效应的部位，可采取翼身融合体结构，V型尾翼或倾斜式双立尾结构等方法。

（2）变后向散射为非后向散射，采用后掠翼和三角翼结构对付正前方入射光。

（3）用边缘衍射代替镜面反射，尽量使机上造成镜面反射的部分平滑，使之形成边缘衍射而无强反射。

（4）用平板外型代替曲面外形，减少散射源数量。可将飞机的机身、短舱等处向扁平方向压缩或做成近似三角形机身。

如图2，用倾斜的平板组成的多面体机身代替常规的二次曲面机身，可将入射到机身的雷达波的大部分能量偏转到在一定的角度范围内，雷达接收不到的方向上，雷达接收到的只是很弱的回波e，因此可显著降低机身的RCS。

3.3.2 材料隐身技术

利用材料对电磁波的通透性能、吸收性能及反射性能实现降低RCS的目的，属于材料隐身技术。 1 吸波材料的应用

吸波材料技术通过吸波材料吸收照射在飞机上的激光，其吸波能力取决于材料的导磁率和介电常数。吸波材料从工作机制上可分为两类，即谐振（干涉)型与非谐振型。谐振型材料中有吸收激光的物质，且其厚度为吸收波长的1/4，使表层反射波干涉相消。非谐振型材料是一种介电常数、导磁率随厚度变化的介质，最外层介质的导磁率近于空气，最内层介质的导磁率接近于金属，由此使材料内部较少寄生反射。

吸波材料从使用方法上可分为涂料与结构型两大类。涂料可涂覆在飞行器表面，但在高速气流下易脱落，且工作频带窄。结构型是将一些非金属基质材料制成蜂窝状、波纹状、层状、棱锥状或泡沫状，然后涂吸波材料或将吸波纤维复合到这些结构中去。其特点对比如下： 涂料吸波材料特点：

（1）吸波涂层可抑制镜面反射、行波、爬行波和边缘散射

（2）吸收效果和吸收频率与厚度有关

厚度/mm 1.5 -2 0.5-1.5 频率/GHz 8-12 10-12 吸收率 98-99.4% 97% （3）优点：不需要改变外形

（4）缺点：重量增加，2mm厚每平方米6kg；逾高温易氧化，不适用于高速飞行器和喷管；S波段和L波段吸波涂层很厚，重量无法被接受。 吸波结构特点：

（1）承力结构件，将吸波材料加入复合材料中，制成飞行器部件

? （2）不改变气动外形，不增加太多重量 （3）可以吸收S、L波段电磁波

蜂窝芯层厚度为16mm，蜂窝管宽度为6mm，芯层密度为0.032g/cm3的结构型吸波材料的吸收特性图如图3所示：

图3 结构型吸波材料的吸收特性

2 透波材料的应用

采用透射材料是指让光透射而反射。从原理上讲，透射材料后应有一光束终止介质，否则仍会有反射或散射光存在。

利用玻璃钢、凯福勒等复合材料制成的透波结构对电磁波透射率可达80-95%，而后向回波剩下很少。但入射电磁波穿过它的透波外壳后，照射到复合材料内部的金属构件和设备上，仍会产生很强的散射回波，其强度甚至远远超过容纳这些设备或元件的流线形金属外壳在同样入射条件下直接产生的散射回波。我们即

可在其表面涂以涂覆型吸波涂层或耗能泡沫进行屏蔽。用这种方法设计的立尾，其RCS峰值可较全金属立尾降低90%-96%。

3 镶入式吸波结构的应用

利用透波材料做承力结构，在结构内部镶入不参加承力的、含有碳等耗能物质的泡沫型吸波材料，可以构成一种有效吸收电磁波的特殊结构。这种特殊结构可称作镶入式吸波结构。镶入式吸波结构与结构型吸波材料构成的吸波结构相比，不同之处在于前者的吸波材料不参加承力，而后者的吸波材料参加承力。

镶入式吸波结构的特点：加工易成型；吸收能力强，与金属结构相比，在8-12GHz可使回波RCS衰减99-97%，在4GHz可使RCS衰减90-94%；由于碳耗能泡沫型吸波材料的密度只有0.06-0.08g/cm3，其重量较轻；另外与金属管相比，可明显降低管壁因高速气流冲击引起的谐振噪声。

4 屏蔽格栅的应用

如果让雷达波入射到进气道的唇口及管道内部，那么唇口及管道内的压气机会产生很强的散射回波。用反射性或吸收性格栅罩在进气口外，可以有效减弱上述两项回波。

反射性格栅是用金属材料制成的网状格栅。它可将入射电磁波的绝大部分能量反射到雷达接收不到的方向上，只允许少量能量透过。根据所对抗的雷达波长，合理设计格栅网眼参数，即可获得可观的屏蔽效果，又可使进气道的进气压力损失不多。同样的网眼参数，入射波长越长，屏蔽效果越高。简单的金属网并不具备对气流的疏导作用，具有这种作用的反射性格栅，其网眼必须使按气动力要求设计的，具有一定深度的管状网眼。

用吸收性格栅也能屏蔽进气道，减弱前述两项回波。在金属格栅表面包括管状网眼内表面，施以涂覆型吸波材料，或用加入吸收剂的复合材料制造格栅，就成为吸收性格栅。这种格栅吸收电磁波的原理与蜂窝状结构型吸波材料很相似。吸波效果也与网眼参数及入射波长有关。这种格栅的屏蔽作用是由吸收及反射两

隐身飞机大都采用涡轮风扇发动机，从而使隐身性能大大改善。

（2）采用材料对发动机进行隔热

采用隔热隔温材料对发动机进行隔热；可防止发动机热量传给机身，从而减少飞机的红外辐射特征。

（3）改进发动机喷管的设计

隐身飞机普遍采用了二元喷口（包括S形）从而大大改善飞机的隐身特性。

（4）利用气溶胶屏蔽发动机尾焰的红外辐射

利用气溶胶屏蔽发动机尾焰的红外辐射，可有效遮挡或屏蔽红外辐射，同时也可干扰雷达、激光和可见光探测器。

（5）使用新的燃料降低排气的红外辐射

改进燃料成份，采用喷气束滤波手段，抑制和改变红外辐射波段，使之处于红外导弹响应波段外。

（6）在飞机表面涂覆红外涂料

在飞机表面涂覆红外涂料，在涂料中加入隔热和抗红外辐射成份，以抑制飞机表面温度和抗红外辐射。利用涂料减少或消除飞机的反射特性，减少飞机与背景的对比度；或吸收飞机自身的红外辐射，把这些辐射能转化为其它形式。

（7）采用闭合回路冷却系统

采用闭合回路冷却系统，能把载荷设备产生的热传给燃油，以减少飞机的红外辐射；或者把热在大气中不能充分传热的频率下散发掉。

2 舰艇的红外隐身技术

军事目标的红外隐身在空中和海上的应用与发展是不平衡的。就目前的水平看，飞机

的红外隐身技术比较成熟，已达到或接近实用阶段，而且已经开始应用于飞机的设计和制造中。舰艇的红外隐身技术才刚刚起步，其作用只能是对现有装备进行小的改进，完成低水平的热抑制，

它离实用阶段还有一定距离。为了降低水面舰艇的红外辐射，各国实际采用的措施主要有：

①冷却上升烟道的可见部分；

②冷却排烟，使其可能接近环境温度；

③选取适当材料，用它来吸收3?m-5?m的红外辐射； ④采用绝缘材料来限制机舱、排气管道及舱内外结构的发热部位；

⑤对舰桥等上层建筑涂敷红外隐身涂料，这样不仅能减少红外辐射，而且能减少光 反射。

3 坦克装甲车辆的红外隐身技术

坦克的红外辐射主要来源于发动机及其排出的废气，火炮发射时的炮火，履带与地面

摩擦，以及受阳光照射而产生的热等。坦克装甲车辆的红外辐射抑制措施主要有：

①发动机排气和冷却空气出口只能指向后方，而且不能直指地面，以防扬尘。排气中

粒子杂质含量极低，以减少其热辐射。采用陶瓷绝热发动机，降低坦克的红外辐射强度。

②内部热耗散较低，朝向天空水平表面部分应具有较高的发射率，以防向天空辐射。垂直面及与垂直面成小角度平面的发射率应足够低，以使车辆热点视觉温度降到最低。

还可采用不同发射率的隐身涂料来构成热红外迷彩，可使大面积热目标分散成许多个小热目标，分割歪曲了目标的热图像，在热像仪屏上各种不规则的亮暗斑点打破了真目标的轮廓，降低目标的显著性，这样即使有一部分的红外能量辐射出去，但由于已改变了目标的热分布状态，热像仪也难以分辨出目标的原来形状，从而增加敌方探测、识别目标的难度。

4 可见光、红外、激光的复合隐身技术

由于高技术战争中光电侦察和制导手段的多样性，可见光／红外／激光复合隐身技术已经成为隐身技术研究的热点与难点。在光电隐身技术中，复合隐身涂料具有使用方便、性能可靠、性价比高、不会影响目标的原有性能等优点而倍受重视，是光电隐身技术发展的重点。

对于红外侦察与制导系统来说，对目标的探测与制导目标和背景表面温度和发射率密切相关，所以红外隐身材料的主要指标是该红外波段的低发射率?。而激光侦察与制导要依赖于目标对激光的回波，所以激光隐身材料的主要指标是对该波段激光的高吸收率

?或低反射率R。

激光侦察与制导都是有源的，而红外侦察与制导则是无源的；激光威胁源主要是工作在1.06?m的Nd：YAG激光器，因此激光／红外隐身材料在这个波长具有低的反射率即可，且在3?m～5?m和8?m～14?m这两个波段具有高的反射率，就能具有激光／红外隐身性能。

对于激光隐身来说，通过对激光有强吸收作用材料的研究，涂层表面形态和复配技术的研究，即可研制出低反射率的涂料。考虑到影响目标回波的是目标的平均反射率，因此在目标平均反射率低的情况下，对目标反射率的要求可以放宽，这样就使隐身涂料能与红外隐身相兼容。

实现红外隐身，首先应采用低发射率的材料；然后是根据背景条件进行红外迷彩设计，使目标在红外热像仪观察时出现条块分割，并与背景相融合。通过研制低发射率颜料和红外透明粘合剂，即可获得具有发射率差值的不同发射率涂料。

可采用不同的色彩和不同发射率的涂料，依据地面目标的红外和可见光背景条件，将目标涂覆成红外隐身和可见光迷彩隐身。当使用红外热像仪观察时，目标便明显具有红外分割变形效果。所以可将多色彩的激光和多色彩的红外隐身涂料，按可见光迷彩

隐身和红外迷彩隐身的要求涂覆在同一目标上，这样就不仅具有红外隐身兼容的性能，并具有可见光迷彩隐身的功能。

4 隐身技术的新进展

隐身技术发展迅猛，今天采用的方法和技术，明天可能因为反隐身技术的抗击而被淘汰，随之一种新的隐身方法和技术就会应运而生；

4.1仿生技术

试验证明，海鸥虽与燕八哥的形体大小相近，但海鸥的雷达反射截面比燕八哥的大200倍。蜜蜂的体积小于麻雀，但它的雷达反射截面反而比麻雀大16倍。有关科学家们正在研究这些现象，试图采用仿生技术，寻求新的隐身技术。

4.2等离子体隐身技术

等离子体是由大量自由电子和离子组成，是尺度大于德拜（电偶极矩单位）且在整体上表现为近似中性的电离气体，是物质存在的又一种聚集态，又把等离子体称为物质的第四态或称为等离子态。等离子体产生的方法有多种，例如热致电离、气体放电、高能粒子轰击、激光照射等方法都能使气体电离成为等离子体。在军事上，核爆炸，放射性同位素的射线，高超音速飞行器的激波，燃料中掺有艳、钾、钠等易电离成分的火箭和喷气式飞机的射流，都可以形成弱电离等离子体。

等离子体对电磁波的传播有很大的影响。在一定条件下，等离子体能够反射电磁波；在另一种条件下，又能够吸收电磁波。当存在磁场时，在等离子体中沿磁场方向传播的电磁波极化方向会产生所谓的法拉第旋转，从而使雷达接收的回波的极化方向与发射时不一致，造成极化失真。等离子体的这三个性质，可用于对雷达进行无源干扰。

表征等离子体性质的重要参数之一是它的电子朗缪尔频率，通常称为等离子体频率WP是等离子体的重要特征。在无磁场存在的情况下，欲使微波在等离子体内传播，则微波的频率必须高于

等离子体的频率Wp,频率低于等离子体频率的微波是不能在等离子体中传播的，只是在等离子体的界面上产生反射。而且等离子体频率与电子密度有关，频率越高，相应的电子密度越大；或者说，对于某一确定的频率，有一确定的临界密度，如果实际等离子体的密度大于临界密度，则这一频率的微波不能通过。 4.2.1 等离子体隐身技术的机理

等离子体隐身技术就是指利用等离子体来规避探测系统的一种新技术，采取相关的技术途径在飞行器表面(周围)形成等离子体，并通过等离子体与电磁波的相互作用，对雷达波实施碰撞吸收、反射和耗散衰减，当存在磁场时，在等离子体中沿磁场方向传播的电磁波的极化方向会产生所谓法拉第旋转，从而使雷达接收的回波极化方向与发射时的不一致，造成极化失真。

因此，等离子体隐身技术使许多武器装备几乎不作任何结构和性能上的改变，都可以利用等离子体发生器来实现隐身。等离子体按其热容量大小，可分为能等离子体、热等离子体和低温等离子体，目前世界上主要是应用低温等离子体。

产生等离子体的方法有两种:一种是利用等离子体发生器产生等离子体，即在低温下，通过电源以高频和高压的形式提供高能量产生间隙放电，将气体介质激活电离形成等离子体；另一种方法是在装备的特定部位，如强散射区，涂一层放射性同位素，它的辐射剂量应确保它的射线电离空气所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度，以确保对雷达波有最强的吸收。 4.2.2等离子体隐身基本原理 （1）等离子体频率

等离子体振荡频率描述由于外界某种扰动引起等离子体内部电子和离子的振荡情况。当等离子体中的粒子遇到外加电磁场时，其中的自由电子将按照外加电磁场的变化而运动。当失去外加电磁场后，被扰动的电子将以一定的频率在质量大的、相对不动的正离子云中间振荡，直到振荡被碰撞所阻尼。该频率就称为等离

子体频率，其数值为

1?p?2?n0e2?8.98n0 ?0me其中n0是等离子体密度，?p为等离子体的固有频率。当任何外界的电磁场加于等离子体时，它将以?p作出响应。 （2）等离子体隐身技术原理

如果有外来电磁波，等离子体将与电磁波相互作用，彼此交换能量! 从宏观看，等离子体像电介质一样，对电磁波有吸收、反射和折射作用。理论分析表明，等离子体对频率为?的入射电磁波的折射率为

??p?n?1??? ???由上式可见：当???p时，0?n?1,n为实数。表明电子的惯性太大，以至不能响应电磁波的振荡，电磁波在等离子体中折射后会无衰减地继续传播，此时等离子体不一定能对保护平台起隐身作用。

当???p时，电磁波不发生传播；当???p时，n 为虚数，无物理意义。表明等离子体中的电子能够响应入射电磁波的电磁振荡，电磁能和电子的动能相互转换，电子在电场中吸取能量，并在碰撞和阻尼运动中逐渐消耗，电磁波沿传播方向按指数衰减，沿传播方向的平均传输功率为零。由此可见，频率小于或等于等离子频率的电磁波不能在等离子体中传播。这时，等离子体会对保护平台起到屏蔽即隐身作用。这就是等离子体隐身技术的基本依据。

当电磁波不满足在等离子体中传播的条件时，电磁波除了被衰减之外还能被反射和折射。由上式知，电磁波由空气射向等离子体，是由光密媒质进入光疏媒质，最后在飞行平台上反射。当满足全反射条件时，反射波被等离子体折射，偏离入射波方向很远；即使不满足全反射条件，经过平台反射再进入等离子体的电

2磁波也很难回到原来方向$ 从有源隐身的角度看，只要入射电磁波被大大衰减或折射到其它方向，就满足了对照射雷达隐身的要求。

然而，等离子体实现有源隐身不能简单地只靠等离子体频率来判定，它还跟电磁波的入射角度、等离子体的热运动、等离子体在外场中的极化以及人工产生的等离子体不满足均匀无限大条件等其它因素有关。

4.2.3飞行器实现等离子体隐身的基本原理

利用等离子体发生器、发生片或放射性同位素在飞行器表面形成一层等离子云，控制等离子体的能量、电离度、振荡频率等特征参数，使照射到等离子体云上的雷达波一部分被吸收，一部分改变传播方向，因而返回到雷达接收机的能量很小，使雷达难以探侧，达到隐身目的。

等离子体隐身技术，还能通过改变反射信号的频率，使敌雷达测出错误的飞机位置和速度数据以实现隐身。飞机和弹道导弹的等离子体隐身具有各自不同的特点。弹道导弹可采用等离子体气包进行隐身，在弹头外包一个密封的气包，气包内充满低压等离子体。还可以在弹道导弹的弹头和飞机关键部位采用等离子体涂料隐身。涂料以钋一210、锔-242、锶一90等放射性同位素为原料，在飞行器飞行过程中放射出强射线，高能粒子促使空气电离形成等离子体层，其吸收性能在120GHz范围内衰减可达17dB。飞机一般不采用等离子体气包，主要采用等离子体发生器，在飞机表面形成等离子体层，从而实现飞机的隐身。

等离子体隐身技术与已经广泛采用的外形和材料隐身技术相比有很多优点:吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好、使用简便、使用时间长、价格便宜、维护费用低；无须改变飞机的外形设计，不影响飞行器的飞行性能，甚至还能降低飞行阻力30%左右。据称，采用这种新技术的飞行器，被敌方发现的概率可降低99%。

4.2.4 等离子体隐身技术的发展前景

等离子体隐身技术与目前已经广泛应用的隐身技术相比具有很多优势：

1)改变了常规隐身技术的被动实现手段，采取了主动控制方法实现隐身，使隐身系统便于维护；

2)不需改变飞行器的气动外形设计，不会影响飞行器的飞行性能和战术技术性能；

3)使用简便，等离子体可做成能快速开、关的隐身系统，在通信或雷达系统尚未发送或接收时，通过快速打开等离子体，将能覆盖电磁波传输系统；

4)吸波频带宽，吸收率高，隐身因素多且效果好；5)使用周期长，造价相对低廉，维护费用低。

5)使用周期长，造价相对低廉，维护费用低。

等离子体隐身技术作为新概念的飞行武器防御系统，目前在理论和试验上已经获得成功，如果在工程上一旦研制成功，将对未来空战产生革命性的影响。现有的一些大雷达截面飞行器，欲减小RCS，可以采用等离子体作为隐蔽部件来实现，而无需做重大的结构改变。这样，可暂时免去昂贵的重新设计，在电子战中使一些老装备的服役寿命得以延长。同时还可以研制不同的等离子体隐身系统用于船舶、机载平台和卫星，以抵御不同雷达的威胁。因此，等离子体隐身技术在军事上具有极高的潜在应用价值，将成为隐身技术发展的新的突破方向及世界各军事强国竞相研究的焦点。

4.2.5 等离子体隐身技术的发展和应用

自20世纪06年代以来，美国、俄罗斯等军事强国就开始研究等离子体吸收电磁波的性能。80年代初，俄罗斯最早开始进行等离子体实验，研究的重点是等离子体在高空超声速飞行器上的潜在应用。

近年来，俄罗斯在该项技术上已取得了突破性的进展。俄罗

斯克尔德什研究中心研制出第一代和第二代等离子体发生器，并在飞机上进行了实验，获得了成功。第一代产品是等离子体发生片，其厚度为0.5一0.7mm，电压为几千伏，电流为零点几毫安，将该发生片贴在飞行器的强散射部位，电离空气即可在飞机周围构成人造等离子体并减弱反射信号。随后，该中心又开发出更先进的第二代系统。第二代产品是等离子体产生器，在等离子体发生器中加人易电离的气体。采用这一系统不仅能够减弱反射信号，改变信号长度，还能向敌人发出一些假信号对雷达进行千扰。这样可对敌人判断飞机飞行速度、所在位置造成极大困难。等离子体隐身技术使传统的隐形技术观念发生全新的变化。这套系统质量不超过100kg，已经全面通过地面和飞行试验。克尔德什中心目前正在根据新的物理原理，研制第三代更有效的隐形系统。

据预测，第三代产品可能利用飞行器周围的静电能量来减少飞行器的雷达截面积。现有的第一代和第二代系统已被列人了获准出口的俄制防御产品名单。最近俄罗斯公开的可与美国F-22相抗衡的第五代战斗机米格1.44(又称MFI)，据说就采用了这项先进技术。

等离子体隐身技术有其广泛的应用前景，可以应用于各种武器系统平台的隐身。而等离子体隐身技术的应用也存在着相当的难度和问题。这是一项十分复杂的系统工程，是大气等离子体技术、电磁理论与工程、机械与电气工程等学科的交叉。其关键技术是如何设计一种易于产生、易于控制的等离子体产生器，而且能适应各种武器平台的要求。因此，我们要加弧对军事等离子体隐身技术的基础研究，同时通过多种途径获取和掌握外军特别是俄罗斯、美国的军事等离子体隐身技术及装置，以加快我军军事等离子体技术在导弹、战斗机、轰炸机、无人机等兵器隐身方面的应用。

4.3“微波传播指示”技术

这种技术是利用计算机预测雷达波在大气中的传播情况。大

气层的变化(如湿度、温度等的变化)能使雷达波的作用距离发生变化，使雷达覆盖范围产生“空隙”(即盲区)，同时雷达波在大气里传播时要形成“传播波道”，其能量集中于“波道内”，“波道”之外几乎没有能量。如果实际兵器在雷达覆盖区的“空隙”内或“波道”外通过，就可避开敌方雷达的探测而顺利突防。

4.4智能隐身技术

智能隐身材料是在功能材料(如纳米材料)技术和在适应电子技术的基础上发展起来的新型材料，它同时具有感知功能(信号感受功能或传感器功能)、信息处理功能(处理器功能)、对信号做出最佳响应的功能(作动器功能或执行功能)的材料。它具有自动适应环境变化的优点，因而可以适时改变材料的发射率、反射率，实现主被动隐身的兼容。

同时，新型的隐身功能材料不仅要求材料有承载能力，还要求材料具有导电、导热等多种功能，使隐身武器能够实现自检、自监控、自修复、自校正、自适应，使武器系统真正实现自动化、智能化隐身。

5 隐身材料的应用

隐身材料的开发和利用一直是隐身技术发展的重要内容，是飞机等隐身兵器实现隐身的基石，目前正在研制开发的新型隐身材料将对飞机的隐身效果产生深远的影响，主要有：

(1)宽频带吸波剂。目前使用的隐身吸波材料中的磁性吸收剂，存在吸收频带窄、密度大、不易维护的缺点。各军事强国竞相开发新的吸波剂：如美国开发的一种电磁波吸收剂，在受到雷达波照射时，其原子会进行一种轻微而短暂的重新排列，从而吸收电磁能量，它可使雷达波衰减80％，但密度只是铁氧体材料的10％。

(2)高分子隐身材料。如光功能高分子材料能对光进行透射、吸收、转换，一部分材料在光的作用下可以变色，在飞机等兵器和平台的红外隐身和可见光隐身领域将大显身手。

(3)纳米隐身材料。当材料的尺寸达到纳米级时，会呈现小尺寸效应、量子效应、隧道效应、表面和界面效应，从而呈现出奇特的电、磁、光、热等特性，使一些纳米材料具有极好、极宽的吸波特性。如美国研制出的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率达99％。

(4)手征材料。所谓手征是指一种物质与其镜象不存在几何对称性且不能通过任何操作使之与镜象相重合。研究表明具有手征特性的材料能减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。如在基体材料中掺杂手征结构物质形成手征复合材料可完成对雷达波的吸收。

(5)结构吸波材料。结构吸波材料主要包括层板型、蜂窝型、复合型。一般以热塑性材料如环氧树脂为基体与吸波剂混合，采用玻璃、碳、芳纶、碳化硅等纤维进行增强加工而成。新研制的结构型吸波材料不仅对雷达波、红外线有很高的吸收率，而且有较好的承载能力，发展潜力很大。

(6)智能隐身材料。智能隐身材料是一种具有感知功能、信息处理功能、自我指令并对信号做出最佳响应功能的材料，这种材料为在技术上实现智能型隐身提供了可能。它模仿“变色龙”具有自动适应环境变化的优点。如给机表面喷涂智能材料薄膜层，它能自动检测和改变表面温度，控制飞机红外辐射特征。

6 反隐身技术

隐身技术的迅速发展对战略和战术防御系统提出了严峻挑战，迫使人们考虑如何摧毁隐身兵器并研究反隐身技术。隐身技术与反隐身技术的发展，是相互制约、相互促进的，无论哪一方有新的突破，都将引起另一方的重大变革。

6.1采用长波低频雷达探测技术

长波低频雷达的特点是工作波长较长、频率较低即VHF和UHF波段的无线电波，受大气的影响小，因而探测距离远，搜索和跟踪范围广，且能全天候工作。隐身飞行器的外表不可能实现全隐

身效果，加之起飞距离远。因此在远距离上可以采用长博低频率雷达搜索、探测和跟踪隐身飞行器的效果较好。其中C波段(0.5一lgh,),B波段(250 -500mhz)和A波段(100一250MHz)雷达是搜索、探测和跟踪隐身飞行器的最佳波段。

6.2 采用激光雷达探测技术

任何隐身飞行器都要用动力来推动，其尾部会喷出大量含有碳氢化合物的强尾焰气流，其密度将大大超过背景大气密度的100倍。激光雷达就是通过探测隐身飞行器尾部含有大量碳氢化合物尾焰气流来跟踪目标的，因此可以把它作为另一种反隐身攻击的传感器。当雷达搜索和跟踪隐身飞行器进人战区前沿上空时雷达自动关机并自动转为激光雷达探测和跟踪，这会大大限制敌方有效使用隐身飞行器进攻的机会，迫使敌方隐身飞机只能使用机内仪表滑行，使隐身飞机受于大气阻力的条件下，大大降低其进攻效能，而防空系统根据其作战能力将隐身飞机击下。

6.3 采用光电探测技术

隐身飞行器的红外辐射主要来自发动机尾喷管的红外辐射、尾焰红外辐射以及火箭助推器尾焰的红外辐射，外表蒙皮的气动热辐射、发动机加速状态下的红外辐射等。尽管现代隐身飞行器采用了一些定向屏蔽技术、有源冷却技术和无源表面处理技术等来降低隐身飞机和导弹的红外辐射特征，但还没有降至如雷达等射频信号的程度。因此给红外信号特征就留下了一个可行的探测威胁窗口。

隐身技术的长远目标是把3一5?m和8一12?m波段的可探性降低至与雷达射频相同距离上的盲区程度，但很难做到。目前红外和其它光电传感器仍是近距离上反隐身的有效手段，特别用于对抗导弹威胁更有效。但用于对抗如F一22隐身飞机是有限的，这是因为高价的隐身飞机处于点防御系统高度上空飞行并用激光制导等炸弹进行攻击，或在防区外飞行，用空地制导导弹进行攻击。在此高度下，红外成像传感器很难探测到。因此，光电探测必须

与雷达、定向高能激光武器或高功率微波射束武器组成新一代防空系统才能有效对抗如F22等隐身飞机。

6.4 采用数据融合技术

数据融合就是将来自雷达、电视、激光和红外等多种类型传感器信道的数据进行组网处理以产生防空系统所需的战术图像并从图像分选出重点目标进行对抗。它与常规的目标组合和跟踪是有严格区别的。常规目标组合如概率数据组合和联合概率数据组合就是将来自单一跟踪传感器的高质量数据进行处理，而对跟踪隐身小RCS目标获得的断续模糊数据则无法处理。

为此，各国特别是西方国家正在研究数据融合技术。如德国博登湖机械技术公司的监视和告警系统部正在为多传感器系统制造技术演示器。这种多传感器系统能探测隐身飞机、隐身直升机、无人机和导弹。按德国ABF研制计划，该演示器将组合使用红外和紫外传感器进行全方位扫描，然后把两个波段观察到的目标特征进行融合，从杂波和噪声中分选出目标。由一个高分辨红外传感器和一台激光测距机组成的检测系统用于分检目标的距离、速度和红外特征信息，然后验证系统产生三维航迹，把真实目标航迹信息从杂波中分选出来。

6.5采用自动化、智能化技术

目前,多数防空系统都具有手控和自控两种功能，而隐身飞行器因RCS小被观测的时间很短，为了使防空系统免遭小RCS目标的集中攻击，就要采用高自动化、智能化设备，以对抗多层次、多类型隐身飞行器的集中和连续不间断的攻击。从目前的综合光电探测跟踪防空系统来看，探测0.1㎡雷达散射截面的目标距离需要10km，最短距离不小于7km，在此距离上，探测跟踪和锁定目标的时间约4-6s，一旦目标锁定立即发射导弹或火炮才能确保与目标在预定高度形成交战点。若被探测的目标速度越快，导弹或火炮的点火时间还要提前，这样，防空系统才能在预定的高度上击中目标。

7 小结

透过海湾战争、沙漠之狐、科索沃战争等一些现代化局部战争，我们可以看出，没有隐身性能的武器将成为未来战场上的靶子。

隐身技术不但应用于飞机、导弹等飞行器上，而且运用于舰艇和装甲车等武器装备上；不但有电磁隐身、红外隐身，还有可见光隐身，一些新的隐身技术也不断涌现。隐身兼容技术是隐身技术的发展方向，在相关隐身技术的机理深入分析的基础上，通过材料和外形两方面的综合设计，实现目标主被动隐身兼容是可以实现的。隐身技术已经成为未来战争中一门重要的研究课题。由于隐身技术的发展，反隐身技术也随之得到发展，根据前面的分析可知，反隐身雷达技术已经有了实际性的突破和运用隐身和反隐身是矛和盾如关系，它们之间既互相制约，又相互促进。在可预见的未来，隐身技术发展的趋势是实现宽频带、全方位、多功能隐身；同时随着微电子技术、通信技术和探测传感器的迅速发展，反隐身技术也将有大的提高。

当今军事科技的发展日新月异，为了在未来以军事力量为重要代表的综合国力的较量中取得优势，我们不仅要看到当今世界不断涌现的隐身新科技、新发展，更要大力加强国内的隐身技术和反隐身技术的研究与发展，追踪世界的先进水平，大大加快我国武器装备现代化的进程，在现在和未来的电磁斗争中，立于不败之地。

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