国外激光隐身技术的发展＊

高 颂

（空军驻锦州地区军事代表室 锦州 121000）

1 引言

随着激光技术的发展，激光测距机、激光制导武器、激光雷达等已研制成功并装备部队。激光制导导弹或炸弹的投掷精度、应战能力达到了惊人的地步，以致可做到被发现就会被击中，被击中就会被摧毁。为了保护自身武器平台（如飞机、坦克、军舰）和重要军事设施（如指挥中心）的安全，提高其战场生存能力，研发目标的激光隐身技术，已迫在眉睫［1］。

2 激光隐身技术

激光隐身技术的目的是尽可能降低目标在激光工作波长的反射特性。目标实施激光隐身以后可使目标指示器照射到目标上的激光产生微弱的激光回波，不被激光寻的器所接收，从而躲避对目标的攻击［2］。

2.1 隐身原理

激光隐身的原理主要是基于激光测距机的测距方程。由脉冲激光测距机的测距方程可知，对于漫反射大目标，激光测距机的最大测程与目标反射率的二分之一次方成正比；对于漫反射小目标，激光测距机的最大测程与目标反射率的四分之一次方成正比。因此，要实现激光隐身，消弱激光测距机的测距能力缩短其最大测程，必须降低目标对激光的反射率。当前，利用激光隐身除了要对抗各种军用激光测距机以外，最主要的是要对抗激光制导武器，主要是半主动激光制导武器，包括激光半主动制导导弹、激光半主动制导炸弹和激光半主动制导炮弹等，目标实施激光隐身以后可使目标指示器照射到目标上的激光产生弱的回波，不能被弹上的激光接收器所接收，从而不能实现对目标的攻击。除了激光半主动制导武器以外，激光隐身还要对抗的就是激光成像雷达，这时激光隐身的目的将是使目标的激光反射特性与背景一致。

通常使用的激光隐身技术手段主要有两种：隐身外形技术和隐身材料技术。其中隐身外形技术主要是设计和改变目标的几何外形，使目标的激光散射截面尽量减小；隐身材料技术则主要是设计和采用对激光低反射率的材料。

2.2 材料隐身性能

激光隐身材料主要性能参数是光谱反射比，它是材料反射与入射的辐射通量或光通量的光谱密度之比，它包括镜反射比和漫反射比两部分，由于激光隐身材料通常接近于漫反射体，镜反射比一般很小，可以用漫反射比近似评价激光隐身材料的性能。反射率是指当材料的厚度达到其反射比不受厚度的增加而变化时的反射比，一般情况下，激光隐身材料都有一定厚度，其厚度变化不影响反射比，因此，评价激光隐身材料性能的参数可称为光谱漫反射率或光谱反射率。目标在激光工作波长的反射率越小，目标的激光隐身效果就越好［3］。

材料隐身性能就是对目标的反射率的测量。激光测距、激光跟踪和激光测速等测量系统在测量距离的要求及分析方法是一致的。在试验场测量中，通常以保证一定回波率的最大作用距离—保证回波作用距离来衡量测量设备的测量能力。激光测量系统的测量方程为

式中，Pr为激光接收系统接收功率；Kr为接收系统透过率；Ar为接收口径面积；Ps为激光器发射功率；θt为激光发射发散角；Ks为发射系统透过率；As为目标有效反射面积；T为单程大气透过率；ρ为目标反射系数；θs为反射光发散角；Fs为发射激光束强度分布函数；Fr为接收光强度分布函数；R为目标距离。

若将发射激光束近似为高斯光束，目标反射光束近似为均匀分布的锥形光束，以θ表示目标偏离发射激光束中心的角度，以β表示接收口径偏离目标反射光束中心的角度，则发射激光束和目标反射光束的强度分布函数分别为

在远距离目标测试时，多采用大目标作为被试对象，若激光照射器瞄准照射，光斑全部落在目标上，目标偏离照射光斑能量中心的角度θ为0，则Fs（θ）＝2。根据实际测试情况可知，一般β≤θs／2，则Fr（θ）＝1。此时测量方程为

在距离为R处目标有效反射面积等于光斑大小为

测量方程可简化为

当目标为角反射器时，θs很小，这时测量方程可近似为

当目标为漫反射目标时，θs＝π，这时测量方程由式（6）可简化为

而对于激光接收系统来说，漫反射目标在接收光学系统前，激光所形成的辐照度（功率密度）为

适当选择大气透过率，可计算出目标在实施不同隐身材料时的近似反射率，从而对目标的隐身效果做出评价。

2.3 效果评估

激光效果的评估有两种方法，一种是利用激光测距机对隐身目标进行测量，另一种是利用激光半主动导引头模拟器对隐身目标进行实时探测。

1）激光测距评估。激光隐身效果可通过激光测距机测距做出评价。将实验激光隐身的目标设于试验地点，用GPS对试验点进行定位，用激光测距机对目标多次测距，以GPS给出的距离为真值，比较激光测距机测试距离，将准确测试次数与总测距次数相比，测定准测率。

将激光测距机和隐身目标分开一定距离架设，并使目标做远距离测距机的移动。同时激光测距机对目标连续测距，直至无法测量时，记录最大测试距离，在确定准测率下对测试最大距离进行计算，得出最大测程。

2）激光探测评估。激光隐身效果可通过对激光半主动寻的器对目标的探测概率做出评价。将激光半主动寻的器与激光目标照射器分开一定角度架设，使实施激光隐身的目标在不同距离上运动，激光目标照射器对目标进行照射，记录、统计激光寻的器对目标的探测概率，与目标不实施隐身时的探测概率相比较，从而评价目标的隐身效果。

3 兼容性

激光隐身涂料与可见光、红外以及雷达波隐身技术的兼容问题，需要通过复合技术将不同波段的吸波剂及低红外发射材料有效耦合在一起，将其做成涂料等，以实现对多种探测手段的复合隐身［4］。

3.1 激光与可见光

可见光一般指波长为0.4～0.78μm的光线，可见光隐身涂料也称为迷彩涂料，它的作用是使目标与背景的颜色协调一致，使敌方难以辨识，故选用适当的迷彩颜料进行配色是可见光隐身涂料的关键。激光隐身涂料主要是以降低激光反射率为目标，其对光的作用范围和可见光隐身涂料不同，因此需要对激光隐身涂料进行适当的配色处理，使其同时实现可见光隐身的兼容。

3.2 激光与雷达

雷达波长范围很宽，从100MHz～3000GHz都是雷达波的范畴，其中2～18GHz的雷达应用比较广泛，然而由于30～300GHz的毫米波雷达在大气中存在几个损耗较小的“窗口（35GHz、94GHz、140GHz、220GHz）”，所以其在军事上的应用正越来越受到重视。雷达波隐身技术主要有两个方面，1）外形技术，2）雷达隐身材料，目标通过合理的外观设计，并应用雷达波隐身材料便可达到目标对雷达波隐身的目的。就雷达波隐身涂料来说，其目的就是降低目标表面的雷达波反射率。激光隐身涂料的目的是降低目标在1.06μm以及10.6μm处的反射率，因此激光隐身涂料与雷达波隐身涂料并不矛盾。可采用多频段吸收剂应用于涂料中解决，其难点在于寻求具有宽频带吸收的涂料用吸收剂，如能制得宽频带吸收剂，激光隐身与雷达隐身的问题就可迎刃而解。对于近红外激光隐身涂料，可利用近红外激光隐身涂料对毫米波的透明性，将激光隐身涂料涂敷到毫米波隐身涂层表面，制备毫米波与激光复合隐身涂层。

3.3 激光与红外

红外探测指的是利用波长在3～15μm的红外辐射特征进行探测的方法，考虑到大气层对红外线的吸收，红外探测器的实际工作波段为3～5μm和8～14μm，其热成像技术在军事领域已经得到广泛的应用。随着红外侦察、探测、制导和热成像处理技术的发展，反红外探测隐身技术也越来越重要，它是通过抑制目标的红外辐射，或改变目标的热形状，从而达到目标与背景的红外辐射不可区分的一门技术。目前，反红外探测隐身技术的主要技术措施有：一是改变红外辐射特征，二是降低红外辐射强度。主要是通过降低辐射体的温度和目标的辐射功率，除目标的设计因素外，使用红外隐身涂料是应用最为广泛的红外隐身技术手段。红外隐身涂料主要是针对红外热像仪的侦察，旨在降低武器在红外波段的亮度，掩盖或变形武器在红外热像仪中的形状，降低其被发现和识别的概率。红外隐身涂料根据其隐身机理可大致分为两个类别，一类是通过隔热的方式，使目标体表面温度降低以达到降低红外信号的目的；另一类，也是应用范围最广的是红外低辐射隐身涂料，即通过隐身涂料在目标表面的涂覆，使得目标体的红外辐射信号减弱从而达到红外隐身的目的。根据平衡态辐射理论，对于非透明材料，相同波段范围内的发射率与反射率之和等于1。由于目前激光探测器工作波长绝大部分为1.06μm和10.6μm，正好处于红外波段，激光隐身要求材料要有尽可能低的反射率，而同时红外隐身要求材料要有尽可能的低的发射率，这样激光隐身和红外隐身就不可避免地成为了一对矛盾体，故两者协调很重要。而且，采用多频谱隐身材料是无法协调此矛盾的。通常是在涂敷红外隐身涂料或多波段兼容隐身涂料的基础上对激光反射采取一些补救措施。如采用对抗激光的方法，如发射烟幕弹等；还有一种方法是牺牲局部范围的红外隐身，就是使涂料在1.06μm／10.6μm附近出现较窄的低反射率带，而其他波段均为低辐射，以此来达到对激光的隐身，同时又要对红外隐身的影响不大。这一方法要求低反射带尽可能窄，因而也成了该方法的难点。理想状态的激光／红外隐身涂层应在1.06μm和10.6μm具有极低的反射率，而在其他红外波段则具有尽可能高的反射率。然而这种材料实际上很难获取。近来，掺杂半导体成为激光隐身涂料的研究热点，掺杂半导体可作为涂料体系中的非着色颜料，经过适当选配半导体载流子参数可使涂料的红外和激光隐身性能都达到令人满意的结果，同时也不会防碍涂层满足可见光伪装的要求。掺杂半导体一般选用InO3或者In2O3和SnO2。通过掺杂使得等离子波长处于合适的范围，使材料在1.06μm处具有强吸收低反射，在热红外波段具有低吸收高反射，从而达到两者隐身兼容。

4 发展分析

激光隐身技术的发展趋势：一是新型材料；二是红外／激光隐身；三是纳米激光隐身等［5］。

1）新型材料。例如，研发半导体化合物、研发光谱转换材料等。

半导体化合物。在半导体等离子波长大于入射光波长情况下，半导体有低反射率，半导体的等离子波长取决于它的载瀛子浓度。通过掺杂控制其载流子浓度，从而改变掺杂半导体化合物等离子波长，使其在1.06μm波长附近产生强吸收。同时通过掺杂改性还可以使掺杂半导体化合物的红外辐射范围脱离红外大气窗口，达到红外与激光复合隐身兼容的目的。

光谱转换材料。研发光谱转换材料，达到可以吸收多个低能量的长波长光子，然后发出高能量的短波长光，利用它对激光频率的转换特性来降低激光回波反射的能量，从而达到激光隐身的目的。

2）红外／激光隐身。红外与激光复合隐身中红外隐身需要低发射率的材料，激光隐身需要低反射率的材料，这两者的复合隐身是矛盾的。据报道，通过对各种红外透明粘合剂如酚醛树脂、环氧树脂、醇酸树脂、Kiaton树脂、改性乙丙橡胶的研究，以及一些金属颜料、半导体颜料如ITO的研究，已基本上研制出1.06μm激光与8～14μm红外波段的复合隐身涂料。此外采用双层乃至多层涂敷法也是复合隐身研究的一种比较容易的方法。由实验分析可知，激光隐身涂料对雷达波的透波性能良好，并且厚度很小约为0.1mm，可以将其涂敷于雷达吸波材料表面，从而实现激光与雷达复合隐身。

3）纳米激光隐身。纳米材料是指材料组分特征尺寸在0.1～100nm的材料。它具有极好的吸波特性，具有频带宽、兼容性好、质量小和厚度薄等特点，对电磁波的透射率及吸收率比微米粉要大得多。

将纳米粉体应用于涂料制成纳米隐身涂料，由此制得的涂层在很宽的频带范围内可以躲避雷达波的侦察，同时能很好地吸收可见光、红外线，包括激光探测常用波段的吸收，使其具有红外隐身和激光隐身作用，可以显著改善目标的隐身性能。而且纳米粉体一般在涂料中的添加量较传统粉体少，易于实现高吸收、涂层薄、质量轻、吸收频带宽、红外微波吸收兼容等要求，是一种极具发展前景的隐身涂层材料。

5 结语

由于激光探测器大多采用主动式探测方式，即依靠接收目标后向反射能量来进行工作，因此，激光隐身是以降低目标激光后向反射信号，即降低目标后向散射截面为出发点。目前，隐身涂料正向多频谱、宽频带方向发展，而纳米隐身涂料由于其突出的优点，可以制得综合机械性能良好，以及多频段、强吸收的多波段隐身涂料，必将成为激光隐身涂料的一个发展方向［6］。

［1］周建勋，胡江华，皮德富.红外与激光复合隐身［J］.红外技术，1996（5）.

［2］王广民，房红兵，汪贵华，等.地面武器的红外与激光隐身技术［J］.红外技术，1998（2）.

［3］王自荣，孙晓泉，余大斌.多波段隐身兼容中的几个矛盾问题的分析［J］.现代防御技术，2004（6）.

［4］王自荣，余大斌，孙晓泉，等.激光与红外复合隐身涂料初步研究［J］.激光与红外，2001（5）.

［5］张晶，李会利，张其土.激光隐身技术的现状和发展趋势［J］.材料导报，2007（S1）.

［6］林文学，刘劲松.激光与红外复合隐身材料—掺杂半导体［J］.科技信息（科学教研），2007（11）.