水面舰艇雷达隐身技术发展与设想∗

冯 洋 朱 炜 黄丽云

（1.上海交通大学 上海 200030）（2.中国舰船研究设计中心（上海） 上海 201108）

1 引言

水面舰船隐身主要包括雷达波隐身、声隐身、红外隐身以及其他物理场隐身。对于现代舰船，其海上探测手段主要依靠雷达，海上作战主要的攻击武器中如舰炮、反舰导弹等武器也要依靠雷达系统来完成对目标的指示和制导。因此，雷达技术对于水面舰艇而言是一把双刃剑，各国既要努力提高自身的雷达探测距离和精度，又要想方设法的减小舰艇被他国雷达探测到的概率。

雷达最大作用距离方程［1］：

其中：Rmax为雷达的最大作用距离；Pt为发射功率；S为接收机可辨识的最小功率；G为天线增益；λ为雷达工作波长；σ为雷达散射截面。由公式可知，雷达的探测距离Rmax的四次方与目的散射截面积σ成正比，接收机可辨识的最小功率S与目的散射截面积σ成正比。

对现代化水面舰艇来说，雷达波隐身技术在降低自身雷达波散射截面积的同时带来了四个方面的战术意义，一是降低了被敌方雷达截获的概率，获得充分的战斗准备时间，隐蔽接敌，获取战场主动；二是减弱了敌方对我方的目标辨识能力，造成敌指挥员对我方目标的误判，进而贻误战机；三是缩短了敌雷达制导武器的攻击距离，降低了敌方舰艇的作战效能；四是增强了我舰无源质心干扰的效果，提升了应对敌反舰导弹的能力。

因此，雷达波隐身技术对于水面战斗舰艇的战术价值巨大。

2 国内外水面舰艇雷达波隐身技术发展情况

雷达波隐身理论于20世纪60年代被苏联科学家彼得·乌菲莫切夫首先提出，最先被运用于空军领域，到了20世纪70年代，美国科学家根据该理论，发明了飞机“隐身”的概念并将其运用在了F-117战斗机上。直到20世纪80年代，各国才逐步开展舰艇雷达波隐身技术的研究和应用。经过近几十年的发展，目前水面舰船雷达波隐身技术措施主要包括隐身外形隐身和吸波材料技术两大类。

纵观目前各国现役和在研的水面战斗舰艇在雷达隐身技术方面的运用和突破，可大致将各国舰艇由低到高划分为三级，即“次隐身舰”、“准隐身舰”和“隐身舰”。

“次隐身舰”最大的技术标志是开始注重隐身外形隐身技术的运用，将以往水面舰艇上层建筑的外侧壁由垂直面做成内倾面，并关注对平台部分散射源的控制，消除角反射结构［2］。代表舰有美国海军“阿利·伯克”级驱逐舰，见图1。

“准隐身舰”［3］在对平台采用外形隐身的同时重点针对舰面设备开展了精细化的雷达波隐身设计，包括将以往的露天甲板机械进行“隐藏”式设计，将部分甲板设备进行整形以降低对全舰RCS的贡献程度，部分舰艇还运用了雷达波隐身材料。代表舰有德国F-123型护卫舰和法国“拉菲特”护卫舰等（见图2），其中“拉菲特”护卫舰采用的吸波材料为木材和玻璃纤维复合材料，硬度与钢材相当，但质轻、耐火。

“隐身舰”和“准隐身舰”的最根本的区别在于是否运用了射频集成技术，因为大量的仿真计算和测试结果表明，常规水面舰艇上的各类天线等构件对全舰RCS的贡献程度占比近40%，而由于功能性要求，各类天线的隐身整形和综合集成的技术难度相当大，涉及材料学、结构力学、电磁学等多种学科的交叉，目前该类舰船现役的只有三型，即瑞典的“维斯比”轻护舰、美国的LPD-17型两栖舰和DDG1000驱逐舰［4］。其中LPD-17型两栖舰采用的综合集成桅杆其结构由先进的复合材料构成，表面采用了在复合层板内嵌入具有选频透波功能的滤波材料，允许发射和接受预定的频率，同时滤除敌方雷达信号，有效减少雷达波散射截面积，而DDG1000驱逐舰不仅采用了隐身内倾船型，同时为减少天线数量而采用了天线孔径共用技术，而且率先采用一体化上层建筑，使全舰的雷达波隐身性能发挥到极致。

与国外相比，我国水面舰艇雷达波隐身技术起步较晚，20世纪80年代及以前的水面舰艇基本上未采取或较少采取雷达波隐身措施，90年代以后，雷达波隐身技术开始得到应用，并在第二代水面舰艇上采取了部分隐身措施；而在第三代水面舰艇的设计建造中，雷达波隐身技术得到了较广泛的应用，取得了较好的效果，体现出一定的雷达波隐身水平。

3 水面舰船雷达波隐身关键技术

从水面舰艇由“次隐身舰”向“隐身舰”发展的历程来看，目前已得到工程运用的雷达波隐身技术措施其关键技术包括如下几个方面：

1）隐身船型技术［5］

在确保水面舰艇的航行性能如快速性、耐波性以及操纵性等前提下，尽可能地降低主船体带来的RCS贡献值，如DDG1000采用的穿浪单体内倾船型（见图3），舰艏为“冲角”造型能够“切穿”海浪，不仅航行阻力低于传统圆舭船型，而且由于侧壁内倾，雷达波隐身性较好。

2）设备与平台融合设计技术

据统计，舱面电气设备、电子武备以及舾装设备对全舰RCS的贡献值约占40%，舱面设备除自身的散射贡献外，其与主船体、上层建筑舰间的耦合也会产生较大影响。将舱面设备与平台进行雷达波融合设计（见图4），在降低设备自身散射值的同时，设备与设备、设备与平台间的耦合也降到了最低程度。

3）射频孔径集成技术

常规舰艇外露的天线对全舰RCS贡献占比大，射频孔径集成技术能够在满足雷达、电子战、敌我识别和通信导航等任务的前提下，尽量以共用天线的方式减少外部天线数量［6］。如DDG1000驱逐舰，其上层建筑开口有70个天线孔径位置，采用射频孔径集成技术，一部天线就可完成多种功能，且后续新增功能不必再新增天线，见图5。

4）先进隐身材料技术

隐身材料是实现雷达波隐身的第二重要途径，是对外形隐身措施的补充，雷达波隐身材料其本质是对雷达波信号的选择通过和吸收。先进隐身材料除了应具有尽可能宽的吸收频带外，对于涂覆型吸波材料关键技术在于吸收剂成份和颗粒形态的改进控制［7］；对于结构型吸波材料关键技术包括材料强度提升、吸波材料与船体结构的连接、防火性能等方面，同时由于复合制导武器广泛使用，隐身材料还要兼顾红外等特征信号的隐身。

5）一体化集成上层建筑技术［8］

运用复合材料将桅杆、机舱进排气系统、信号收发设备、舰桥以及上层建筑舱室等功能性要求进行综合集成，形成一个互相融合的完美整体。涉及一体化上层建筑功能区规划、天线板阵化设计、与主船体协调设计、轻型化复合材料综合运用等方面。一体化集成上层建筑技术是综合集成桅杆技术的拓展，将以往全舰中部区域上层建筑、收发天线、照明灯具、进排气管等散射源进行了综合集成，极大地控制了该区域的散射效应。

4 雷达波隐身前沿技术

目前世界军事强国正在开展雷达波隐身前沿技术开发工作，目前具备一定运用前景的前沿技术包括等离子体隐身技术和雷达波有源对消技术。

1）舰船等离子体隐身技术

离子体隐身技术是指产生并利用在飞机、舰船等武器装备表面形成的等离子云来实现规避电磁波探测的一种隐身技术，其特点为：吸波频带宽，吸收率高，隐身效果好。美国休斯实验室进行的一项实验表明，采用等离子体技术，可使一个长13cm的微波反射器的雷达截面积在4GHz～14GHz频率范围内平均降低20dB，即雷达获取回波的信号强度减弱至原有的1%。

2）雷达波有源对消技术

通过有源方式产生与目标散射回波相干的一列波，利用互相干涉效用，改变目标的散射分布，达到缩减RCS的目的。其工作时与电子战系统配合使用，其技术难点在于若敌探测雷达信号出现跳频，我方产生的相干回波频率也要相应的改变，这一过程的时间差会降低对消的效果。相关资料显示，美国DARPA近年来研制出一套认知通信电子战系统［9］，融合了通信电子战、认知无线电等技术，基本实现了实时跟踪敌方跳变信号的目标，这样就解决有源对消技术的前端问题。

5 技术发展设想

随着武器攻击模式由单一向多样化方式发展以及海上交战兵力投入由单舰向规模化转变，未来战场背景下的水面舰船雷达波隐身技术可能朝以下几个方面发展：

1）威胁方向由水平入射向大角度入射扩展

以往雷达波隐身性主要考虑来至水平方向入射的雷达波隐身，这也是由目前各国海军广泛列装的反舰导弹飞行模式决定的。目前装备的反舰导弹一般采用掠海方式飞行，导弹末端的飞行高度可降到距水面2m～8m，在此背景下，雷达波隐身性主要考虑来自水平方向的威胁。

弹道导弹作为反舰导弹进入战场［10］，使得大入射余角下的雷达波隐身性有了现实的战术需求，其技术原理虽与水平方向相同，但对水面舰船的总体设计技术水平提出了更高的要求。

2）隐身对象由单舰隐身向编队隐身覆盖

根据体系作战需求，未来海上强国在战场上的兵力投入将更加巨大，特别是以航母为核心的海上编队建成，使得以往“一对一”的较量变为“多对多”的对抗，这也为雷达波隐身技术带来了新的问题，如何解决编队的雷达波隐身［11］，编队的雷达波隐身性与单舰的隐身性是何关系？体系作战条件下总体资源如何分配？这些都是需要研究解决的问题。

3）隐身方式由被动方式向主动方式转变［12］

各国海军从20世纪70年代开始发展自身的雷达波隐身技术，到目前为止，排水量在万吨级的水面舰船RCS已由原来的数十万平方米量级降至上百平方米，隐身技术水平呈现出指数提升，未来RCS值降低的空间有限。目前美国最新型的驱逐舰DDG1000采用的雷达波隐身方式仍为被动式——即通过外形和材料技术降低自身的RCS值，设想未来的雷达波隐身将依靠某种特定技术，进一步释放总体资源，实现被动方式向主动方式转变，使舰船达到“隐”、“现”可控。

6 结语

各国海军在水面舰艇雷达波隐身技术上投入巨大，特别是美国、法国、瑞典为代表的国家在此方面已取得了瞩目的成就。雷达波隐身是一项系统工程，我国如何在目前技术水平基础上取得更大突破，进入“隐身舰”行列，这一切有赖于在材料、电磁、天线系统、工业设计等多个基础学科上逐步提升技术实力，同时注重对雷达波隐身总体设计人才的培养，合理统筹总体资源，更好地从顶层把握和牵引雷达波隐身技术的发展和运用。

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