战斗机雷达的探测距离与隐身

战斗机雷达的探测距离与隐身拨开认知的迷雾无线电看不见摸不着，总让人觉得扑朔迷离，难以接近。

笔者回想上大学时，很多同学都觉得那些“看上去很美”的麦克斯韦电磁场方程就像玛雅文字一般。

作为无线电技术最为复杂的应用之一，雷达的不为人知其实是一件再正常不过的事。

而随着社会分工的越来越细，在大大促进专业技术发展的同时，“隔行如隔山”的说法似乎比任何时候听起来都更像一句简单的真理。

下面我就列出一些与雷达技术有关的典型错误认识，大家不妨对照看一看，这些错误所涉及的知识，你都理解正确了吗？相控阵比脉冲多普勒更先进吗？这种说法在很多科普媒体上都出现过，甚至有些航空专家在讲到机载雷达的时候也这样讲。

还好，雷达专家没有这样的说法。

因为这种说法是错误的。

如果把关于雷达新技术的很多错误理解编一个排行榜的话，这种说法绝对可以排名第一。

从前面的介绍可以知道，相控阵和脉冲多普勒是没有关系的两个概念，二者不能比较。

相控阵是指雷达波束的扫描方式，脉冲多普勒则是指雷达利用速度去区分目标回波和地面（海面）回波（即杂波）。

无论是否采用相控阵技术（如早期三代机上的火控雷达，大部分都不是相控阵的），为了反杂波，都必须采用脉冲多普勒技术；而如果不需要反杂波，无论是否采用相控阵技术（例如地面的机械扫描雷达），也都可以不采用脉冲多普勒技术，而直接采用更为简单的“普通脉冲”技术。

如果要进行相关的比较，应该是把相控阵和机械扫描进行比较，而把脉冲多普勒同普通脉冲技术相比较。

出现这种错误理解的原因，恐怕是相控阵在脉冲多普勒技术之后出现，虽然如此，相控阵并不是用以替代脉冲多普勒的。

实际上，从前面展示的雷达发展画卷还可以看到，单脉冲技术是在脉冲多普勒技术之前，同样不能认定脉冲多普勒比单脉冲更先进。

雷达发展到现在，绝大部分都已经采用单脉冲技术，不管是脉冲多普勒的，还是相控阵的；为了把角度测得更准，就需要采用单脉冲技术。

提高功率一定能让雷达看得更远吗？这种说法基本上是正确的，但为了更好地理解天线副瓣对于雷达反杂波的影响，我们不妨学究一些，认为这种说法是不严格的。

我们在前面介绍过，正是由于在强杂波下目标回波功率拼不过杂波功率，所以需要采用脉冲多普勒技术。

也许有读者会问，为什么不能提高发射机的功率，来增强雷达的入射波打在飞机上以后回来的回波强度呢？这对于发现目标不是有益的吗？首先，通过提高发射机的功率来提高雷达的探测距离，是一种并不经济的做法。

雷达发射机的功率要经受雷达波来回双程的衰减，功率衰减量与作用距离的四次方成正比，所以衰减极其迅速。

也就是说，雷达发射机功率增大16倍，作用距离才能增加1倍；或者说，雷达发射机功率增大1倍，作用距离只增加2的四次方根倍（约18%）。

而雷达发射机功率增加1倍，必然要求电源的发电量增加1倍，由此，电源的重量和体积都要成倍增加。

由于雷达发射机是大功率设备，对于机载火控雷达来说，由于空间极其有限，重量要求又极其苛刻，所以，发射机的冷却又是一个极大的难题。

因此，机载雷达提高发射机功率代价很大。

当然，相对机载雷达来说，地面雷达更容易通过提高功率的办法来增加作用距离，因为主要是在地面上有更多的空间容纳更多的和个头更大的设备。

其次，对于波束向上探测高空目标（也就是天线波束不打地）的机载雷达来说，增加发射机的功率是可以拓展雷达作用距离的，因为进入雷达接收机的，除了不可消除的电子噪声以外，只有目标的回波。

所以，发射功率大了以后，目标反射回来的功率也就大了。

但是，对于天线波束需要打地的机载雷达来说，由于发射机功率需要通过天线辐射出来，而天线是有主瓣和副瓣的，增加了发射机的功率，通过主瓣和副瓣射出的功率也会增加，这会增加地面杂波或海面杂波的功率，从而为杂波中检测目标带来困难。

因此，要想让雷达在自由空间（也就是无杂波空间，例如雷达波束往上打的情况）中看得更远，提高发射机功率是可行的；而如果要让雷达在强杂波地形中看得更远，需要努力降低天线的副瓣，而不是简单地提高发射机的功率。

战斗机的雷达到底能看多远？距离测量是雷达最古老同时也是最重要的功能。

可以说，迄今为止，雷达已经发明70余年了，但是仍然没有哪一种设备在测距方面比雷达测得又快又好。

但是，影响雷达距离的因素有很多很多，要准确地表达它的最远探测距离，需要有很多条件。

如果这些条件不交代清楚，人们很有可能就会对雷达的威力感到莫名其妙或者惊诧不已。

曾经有消息报道，说F/A-18的机载雷达最远能够看到300千米以外的目标。

也许有读者奇怪，小小的战斗机雷达，怎么能看这么远？看完了下面的内容，你就会找到答案。

要准确地回答雷达能看多远，至少要限定两个方面的条件。

一是在什么样的杂波背景下，地形是影响杂波强度的主要因素。

对于需要下视的机载雷达来说，海面是一类地形，沙漠是一类地形，平原是一类地形，山区是一类地形，城市又是一类地形。

这些地形下，地面反射越来越强，也就是杂波越来越强，因此，总体上来说，雷达的探测距离就会越来越近。

在雷达的电波照射后，各类地形所能反射回去的电波强度（也就是杂波功率）是不同的。

如果杂波功率越小，自然对雷达发现目标的干扰就越少，雷达的探测距离就会更远。

二是对于多强反射能力的目标，这可能比说清楚杂波背景还要重要。

我们在说一部雷达能看多远时，必须要说清楚雷达所要探测的目标雷达散射截面（RCS）是多大。

一般情况下，把小型战斗机作为典型目标，它的RCS一般在3～10平方米量级。

但是，同样是小型战斗机，有人认为法国的“幻影”Ⅴ的RCS就是5平方米，而俄罗斯的苏-27，其RCS超过10平方米，而我国的某二代主战飞机，其RCS只有3平方米。

由于雷达的探测距离与RCS的四次方根成正比，所以，在说雷达对小型战斗机能看多远时，数值上最大有可能相差10除以3再开4次方根即1.35倍。

而如果在说雷达看多远时，根本没有指出探测的对象，那距离数值的水分就可能很大。

例如前面提到的F/A-18的例子。

假设F/A-18对3平方米RCS的小型战斗机探测距离为100千米，这是常规火控雷达的典型威力，如果目标的RCS为300平方米（对应于大型轰炸机、运输机或预警机等），那么，对应的探测距离正好超过300千米。

这也就是雷达生产商在推销产品时常常使用的小伎俩。

在这方面，中国的设计师要远比西方设计师来得实在。

我们曾经有一型地面雷达是瞄着美国的先进雷达做的，在用目标机做飞行考核时，试飞结果一直达不到美国雷达说明书和广告上的距离，到后来才弄清楚，原来美国人所理解的小型战斗机和我们所理解的小型战斗机，其RCS对应的数值并不一样，我们的标准要比美国人的标准小接近一半。

而如果按照美国的RCS标准，我们雷达的探测距离还要远数十千米。

还有一点，那就是扫描时间。

距离的拓展，有时候也需要占用时间资源。

例如，如果机载火控雷达扫描120度空域用时20秒，相比于用时10秒，雷达波束扫过目标的时间就会增加，相应的回波个数也就会增多，这些回波能量加起来，就能够增加雷达的探测距离。

对于机械扫描雷达，它扫描既定的空域，时间一般是固定的；而相控阵雷达的扫描时间则可以延长，一般来说，对于机载脉冲多普勒雷达，扫描时间每增加1倍，探测距离约增加15%。

F-22上的火控雷达，研制厂商宣称对1平方米RCS目标，探测距离达到200千米，指的就是在自由空间、用20秒扫描120度空域的情况。

到底应该用I/J，还是应该用X雷达工作频率，也就是雷达发射的无线电波频率，是雷达最为重要的参数之一。

因为频率和波长之间只差一个光速，所以，雷达工作频率也可以用工作波长来描述。

在雷达中，常常用字母表示波长，这是雷达领域应用电磁波的一个重要特点。

这种习惯始于第二次世界大战期间的保密需要。

当然，雷达在70余年的发展过程中，这种表示方法早已不再有保密的意义，但已约定俗成，不但方便，而且这样表示后，每个字母所表示的波长都有自身的技术特点，符合雷达的应用规律，所以一直在使用。

虽然最权威的电磁波频率划定，是国际电信联盟的规定，并且与雷达频段的划分并不一致，但是，雷达有它自己的习惯。

当人们用波长来表示雷达工作的无线电波的波长范围时，就称“波段”。

当用频率来表示无线电波的频率范围时，就称“频段”。

由于雷达领域的这些表示方法并不便于记忆，21世纪初，美国电子对抗领域的工程师开始推出新型的表示方法，将雷达工作频率按从低至高的顺序，从字母A开始编号，一直编到M。

这种方法看起来方便，其实不然。

因为雷达领域原有的频率表示方法毕竟影响太大，而新的编号方法将原来一个字母就能表示清楚的波段，必须用两个字母来表示，最典型的就是X波段，分别用I/J来表示，而这正是机载火控雷达最常使用的频段，这无疑是不方便的。

另外还有S波段，被拆成了E和F两个波段，C波段被拆成了G和H波段，所以，这种新的编号方法在2005年前停止使用，可是现在有的出版物上仍使用这种方法。

由于在雷达里经常要进行波长和频率的转换，所以，掌握相应的心算方法是有必要的。

有一个简单的经验公式——波长（用厘米表示）等于30除以用吉赫兹为单位表示的频率数。

例如，X波段的频率范围为8～12吉赫兹，其中心频率为10吉赫兹，用30去除以10，得到3厘米，X波段就是3厘米波段；S波段的频率范围为2～4吉赫兹，其中心频率为3吉赫兹，用30去除以3，得到10厘米，S波段就是10厘米波段。

雷达的工作频率越高越好吗？回顾机载雷达的发展史，我们可以看到，最早的雷达是HF（高频/短波）频段的，最早的机载雷达则工作在UHF（甚高频/超短波）频段。

这样的频段因为对应的波长在米量级，所以称为米波波段；随后，磁控管的发明使得雷达工作到微波波段，也就是波长在分米、厘米或毫米的波段。

频段升高以后，天线可以做得很小，从而为雷达装机突破了障碍。

但是，如果据此认为，机载雷达的工作频率越高越好，则是不正确的。

雷达在选择工作波长时，至少要考虑4个因素。

一是要考虑把雷达的探测距离做到多远。

雷达的工作频率越高（即波长越短），则在传播时由于大气吸收损失的能量就越多，也就是衰减越快。

因此，越不适用于远距离传输。

以美国的“铺路爪”地面远程雷达为例，其探测距离超过3000千米，采用的就是超短波频段；而毫米波雷达，其工作波长在毫米量级，典型的探测距离只有10千米左右。

二是要考虑把天线波束做得有多窄。

你要想在更短的时间内能够更像一个雷达专家，你需要记住的第二个公式是，波束宽度与天线的大小（即天线尺寸或天线面积）成反比，与波长成正比。

显然，波束宽度越窄，增益越高。

而如果天线不可能做得很大，但又要求有一定的增益，就要选择较短的工作波长，或者说，较高的工作频率。

由于在地面上的雷达，其空间更为宽敞，相比于战斗机的机身表面，更容易安装更大的天线，因此，地面雷达的工作波长，除非有特定的用途，一般情况下总是比战斗机上安装的火控雷达的工作波长要大很多。