国防与隐身技术

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。

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。

3.4激光隐身技术
激光隐身从原理上与雷达隐身有许多相似之处，它们都以降低反辐射面为目的，激光隐身就是要降低目标的激光反射截面，与此有关的是降低目标反射系数，及减小相对于激光束横截面区的有效目标区。

为此，激光隐身的技术有以下几项:
(1)采用外形技术消除可产生角反射器效应的外形组合，变后向散射为非后向散射，用边缘衍射代替镜面反射，用平板外形代替曲面外形，减少散射源数量，尽量减小整个目标的外形尺寸。

(2)采用吸收材料技术吸收材料可吸收照射在目标上的激光，其吸收能力取决于材料的导磁和介电常数，吸收材料从工作机制上可分为两类，即谐振型与非谐振型，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，使表面反射波与干涉相消；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，由此使材料内部很少发生寄生反射。

(3)利用激光的散斑效应激光是一种高度相干光，在激光图像侦察中，常常由于目标散射光的相互干涉，而在目标图像上产生一些亮暗相间随机分布的光斑，致使图像分辨率降低。

可利用这一散斑效应来对目标隐身。

(4)改变反射回波的偏振度激光雷达为提高信噪比。

在接收通道中一般设置有检偏器，即只允许与发射激光偏振方向相同的回波进入。

因此，可设法在被探测目标上采取适当的外形措施，改变目标反射光的偏振方向，降低偏振度，从而达到减少目标反射回波的目的。

(5)采用光致变色材料利用某些介质的化学特性，使入射激光穿透或反射后变成为另一波长的激光。

3.5 红外辐射隐身技术
在红外遥感装置探测、跟踪的重要方向上，减弱飞行器红外辐射强度的措施称作红外辐射隐身技术或称为红外隐身技术。

凡是能减缩红外辐射的空间范围及在一定空间范围内减缩辐射强度的措施均能有效降低红外探测装置的发现概率及红外寻的导弹的跟踪精度，从而提高飞行器的生存概率。

飞行器的红外辐射主要来自于被发动机加热的部件、发动机的喷焰及被气动力加热的部位。

红外隐身技术就是降低或改变飞行器的红外辐射特征，从而实现飞行器的低可探测性。

这可通过改进结构设计和应用红外物理原理来衰减、吸收飞行器的红外辐射能量，使红外探测设备难以探测到飞行器。

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。

4.3“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。

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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