高速列车暴露症候及伪装防护对策

崔传安，姜万春，董 鑫，孙云厚

(解放军理工大学 工程兵学院，南京 210007)

战时高速列车将承担部队成员运输和战略力量投送的任务，搭载高价值军事目标的高速列车将成为敌精确制导武器的重点打击对象。随着军事侦察技术的高速发展，若高速列车不采取有效地伪装措施，极易被敌锁定摧毁。为了免受敌方精确制导武器打击，战时特种高速列车必须采用有效的伪装措施，使其在敌侦察设备和打击武器面前遁形。

1 高速列车的军事价值

我国高速铁路正在快速发展，高速列车在应用在军事上，能提升部队的远程投送能力，加快战斗力的迅速集结和机动部署。首先高铁相对于公路、空运有载量和速度上的优势。例如将一个轻装摩步师投送到千里之外的战区，选择空运需要大型运输机和200 座客机21 架次，输送时间为10 个小时，利用高铁则一列列车5 小时即可完成兵力调动［1］。其次高铁覆盖面广、体系成熟，到2020 年我国将建成总长120 000 km，包括“四纵”、“四横”客运专线及3 个城际客运系统。届时将联通华北、东北、华东、中南等几大区域，覆盖95%以上的大中型城市，一旦战争爆发，各战区之间的互联互通能力将得到极大的加强。

2 高速列车暴露症候

高速列车的主要背景是高速铁路，高速铁路在光学红外及雷达波段均与高速铁路有明显的差异。

2.1 光学暴露症候

1)车辆外形。高铁具有棱角分明、线条清晰的规则外型，能够被敌方轻易地从高速铁路上区别辨认。

2)表面涂料。高铁的涂漆颜色以白色为主，而铁路的铁轨一般呈黑色，路基则成光亮的淡灰色长条，路基碎石一般为灰黑色，因此高铁列车与高速铁路两者的色差极为明显，在很远的距离上即可将高速列车从高速铁路中区分出来［2］。

3)高光部位。高速列车上部分设备如车窗玻璃和车头灯反光强烈，暴露特征极为明显。

2.2 红外暴露症候

1)车体材料。由于机车主要材料是金属材料，相对于枕木和路基热惯量较大。测试表明，在晴天情况下上午7 时左右，车体的红外轮廓就显现出来了，中午时分红外轮廓最为明显。

2)动力组件。由于机车的功率往往在千瓦级别以上，动力组件的温度往往很高，另一方面车体与车轨摩擦也会产生大量的热能，使得在夜间车体红外特性明显的区别于铁路，极易被红外侦查设备发现。

2.3 雷达暴露症候

一方面由于高速列车的车身蒙皮由铝合金材料构成，其相对介电常数在80 以上，是雷达波的强反射体，在雷达上成白色的亮带，而路基沙砾的相对介电常数一般在1.7 ～6 之间。由于两者的雷达反射特性存在较大差异，因此在机载侧视雷达的侦查过程中，在开阔地上一般50 km 距离上即可发现高速列车，而在植被较为茂盛的地区，由于杂波干扰强烈，列车相对难以被侦察到。另一方面由于列车的侧壁一般与地面成严格的直角，两者往往形成两面角反射器效应，可以在一个很宽的姿态角范围内产生很强的雷达波反射。

3 高速列车伪装

3.1 车窗玻璃伪装

根据能量守恒定律，入射到材料的电磁波会发生反射、透射和吸收3 种物理现象

其中:α 为吸收率;ρ 为反射率;τ 为透射率。根据基尔霍夫定律可知材料的发射率ε 等于材料的吸收率α。因此对于玻璃这种透明介质有

故只要玻璃在可见光波段与红外波段透射率足越大，则玻璃的反射率和发射率就越小，越有利于玻璃伪装，敌侦察设备越难发现。传统的单层氟化镁减玻璃增透膜，只针对可见光550 nm 波长附近较窄的波段范围内有较高的透射率，无法实现可见光全波段和红外波段电磁波的高透射。针对双波段多层增透膜的研究已经较为完善，采用ZnS 和YbF3作为高低折射率材料的多层玻璃增透膜取得了良好的效果［3］，其在近红外波段400 ～1 000 nm 的平均透射率为91.8%，远红外波段7 ～11 μm 的平均透射率为90.2%，其透射曲线如图1和图2 所示。

图1 ZnS 基底上双面镀膜6 ～11 μm 波段范围内实测反射率曲线

图2 ZnS 基底上双面镀膜400 ～1 000 nm 波段范围内实测反射率曲线

由图2 可知，高速列车玻璃贴覆可见与红外双波段增透膜之后，其可见光反射率和红外发射率大幅降低，红外及可见光暴露症候明显削弱，隐身能力显著增强。

3.2 车身蒙皮伪装

3.2.1 可见光波段伪装

为了实现列车在可见光波段隐身，实现与背景的融合，高速列车的蒙皮部分宜采用迷彩涂装。数码迷彩利用色块的多种排列组合，不同颜色间的边缘模糊、破碎，具有空间混色和视觉效应的特点，伪装效果良好［4］。列车的主要背景为高铁铁道，铁轨、枕木和道砟的颜色亮度各异，因此有必要设计针对铁道的特殊数码迷彩图案。

本文依据多年来数码迷彩研究实践，严格按照数码迷彩设计流程(图3 所示)，设计成功了高铁专用迷彩(图4 所示)，并通过3dmax 建模，对未涂装数码迷彩列车(图5 所示)与涂装数码迷彩列车(图6 所示)的视觉特征进行对比，发现采用数码涂装的列车隐身效果良好，可使高铁良好的融入铁道背景。

图3 数码迷彩设计流程

图4 高速列车专用数码迷彩1

图5 未涂装数码迷彩列车效果图1

3.2.2 雷达红外波段伪装

雷达红外兼容隐身原理对于不透明的物体，其发射率和反射率满足Kirchhoff 定律

由式(7)可知，物质对同一波长的电磁波而言其发射率和反射率成反比关系，红外隐身材料要求材料具有低发射率，雷达隐身材料要求材料具有低反射率。目前技术较为成熟的兼容隐身材料是双涂层复合材料，即在上层涂覆红外隐身材料［5］，底层涂覆雷达隐身材料，结构图如图7 所示。当雷达波辐射到材料表面时，由于上层材料对雷达波反射率低，雷达波穿透红外隐身材料进入下层材料耗散;当红外波辐射到材料表面是，由于上层材料对红外波具有低发射率，所以材料在红外波段的辐射强度低。

图6 涂装数码迷彩列车效果图

图7 红外/雷达兼容隐身涂层1

通过在聚氨酯清漆中掺杂特殊形态片状Al 粉，然后将混合液体超声振动混合均匀，再将混合液体通过压缩空气喷涂在雷达吸波板上。实验证明红外屏蔽效果良好［6］，且吸波板的雷达波损耗性能基本保持不变。其涂覆层厚度及红前后红外发射率变化如表1 所示，由表可知吸波板上涂覆20 μm涂层后，红外发射率仅为0.15，可以满足红外隐身的要求。

表1 涂覆前后板的红外发射率

涂覆红外隐身涂层前后吸波板的吸波性能如图8 所示，在测试的3 ～18 GHz 波段内，雷达波反射率小于-6 dB 的频宽为10 GHz，且在10 ～18 GHz 波段内达到最小-8 dB，且两者的反射波曲线走势与大小几乎一致，因此红外隐身材料没有影响吸波板的吸波性能。

4 结论

1)通过在车窗玻璃上贴覆双波段高透射膜，可有效的削弱其可见光及红外暴露症候，结合研发的车身蒙皮专用数码迷彩，可有效降低高速列车在可见光波段被敌侦察到的概率。

2)铝合金制的车身蒙皮红外及雷达暴露症候明显，单一的隐身材料无法满足隐身需求，采用复合隐身涂料，能够抑制车体红外信号，并最大限度的减少雷达波的反射。

3)由于经费及实验条件有限，只能在实验室完成一定的实验论证。如果条件允许在实际工况下进行验证将有效的指导现有工作。

图8 吸波板的吸波性能

［1］海军.我国铁路高速化的军事意义及有关思考［J］.国防交通工程与技术，2010，5(1):5-6.

［2］葛强胜，沈云峰，葛强林.大型桥梁伪装措施及主动防护研究［J］.工兵装备研究，2005，24(1):9-10.

［3］贺才美，付秀华，张家斌.可见与红外双波段宽带增透膜的研制［J］.光学学报，2009，29(10):9-10.

［4］喻钧，双晓，胡志毅.基于光学伪装的数码迷彩技术［J］.计算机与数字工程，2011，39(12):143-145.

［5］周亮，周万城，刘涛.雷达吸波涂层制备技术的研究进展［J］.材料导报A:综述篇，2011，25(3):10-12.

［6］马成勇，程海峰，唐耿平.红外/雷达兼容隐身材料的研究进展［J］.材料导报，2007，21(1):126-128.

［7］张维波，李彦彬. 防空武器阵地反侦察伪装防护［J］.四川兵工学报，2011(7):134-136.