五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】八一献礼:《善隐者,上隐于九天——热点战机 -- 中华暖风

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家园 我没有用过那个图床,一般的原则

是至少给图片公众可读权限。

期待
家园 “主动隐身”技术

主动消减系统(ACS)不仅牵涉到雷达隐身或者说RCS的问题,还和其他问题相关,所以让我们先看看隐身到底都包含什么。

回答这个问题,最简单的方法是从对抗的角度考虑。在现代战场上如何能感知一个飞行器的存在呢?主要有下面几种方法:

1.雷达。给对方雷达看到的RCS要尽量小,自身使用雷达时不能被发现,自己使用数据链通信也不能被发现。

2.尾流。这个也是通过雷达探测,把它单独提出来是因为在当前的技术条件下,只有在湿推的时候才可能检测的到。也就是说雷达检测到尾流不是和飞机的RCS相关,而是发动机排放的温度相关。

3.热辐射。例如导弹上的红外寻的头,和苏27上的IRST,都可以看到发热的飞机。

4.激光扰流探测。

5.视觉观察。凝尾和飞机本身。“红男爵“研究是美军用来总结越南空-空战斗经验的,其中一条结论是“大部分被击落的飞机是由它自己根本没有发现的飞机击落的”;兔子今年官泻的金头盔还能看到用眼睛找飞机介绍。

6.听声音。

把上边几个隐身特性综合起来,加上全向、全频谱的雷达隐身,大约就是一架F-22。

被动系统

为了方便理解主动系统,我们先介绍被动消减系统(PCS)。二战期间,温菲尔德●索尔兹伯里点看全图

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在哈佛的无线电实验室工作。

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当时无线电实验室的工作都是直接为战争服务的。在这里索尔兹伯里研发了很多微波通信和雷达电子战的东西。其中一个发明就是索尔兹伯里屏(RFSS)。RFSS是典型的被动消减材料。入射雷达波在材料上反射两次,第一次是在材料表面,第二次是在材料底面。当材料的厚度正好是入射波长的四分之一时,两次反射的波正好有180度相差,造成的最后效果是两次反射相互消减。

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蓝色是入射雷达波;紫色是第一次反射波,红色是第二次反射波,注意两次反射波的形状恰好造成抵消的效果。

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由于材料厚度只对某种特定频率的波有效,上述技术也叫做窄带技术。这种产品现在是很普通的民用微波吸收材料,在网上就可以买到。北京一家公司可以做出20dB以上的吸收性能。这家公司自我介绍“为多项国家重点工程做出了贡献”,后面跟着的文字是省略号。看到很多军迷写文章的时候乱猜兔子RAM的水平。其实就在阿里巴巴、淘宝上写着呢。

PCS的缺点

1. 适应性问题。由于材料的厚度是固定的,这种技术只能对一个很窄的频率范围起作用。而现代的飞机探测雷达和武器系统覆盖了相当大的频率范围,因此这项技术对于减小飞机RCS来说显得不实用。

2. 弄巧成拙问题。在某些雷达频率下可能有增强信号的风险。

3. 材料厚度问题。如果针对的是F-22的雷达,材料厚度没有问题,换了是米波雷达,材料厚度岂非要?

主动系统

应对PCS的缺陷,发展而来的就是ACS。主动消减系统是在上述被动系统的原理基础上,通过飞机自己主动产生的波束来消减反射雷达波。

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图中深蓝线是照射雷达波,浅蓝线是发射回波,注意两者箭头方向。灰色线是ACS发出的,它和回波线方向相同,振动方式刚好互补。

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飞机上的传感器接收到雷达波后,通过计算机给出入射波的角度、强度、波形、频率。然后ACS发射相同振幅、反相位的波束。这个方法叫做“主动加载”。同时,ACS发射的方向必须与反射波的方向相同,因此计算机还要知道飞机本身的反射特性。发射时间上还要和入射波相配合。整个系统十分复杂。以反射波的强度为例,它可以跟许多因素相关——入射角、遇到的材料、照射到的机体形状等等。因此可以说机体每一个地方反射的波束都不尽相同。幸运的是发射波束的雷达自己也不能分析所以回波,它一般只会选择最强信号,或者几

种最强信号的平均值做分析。利用这个特点,ACS可以只采用两个发射天线发射平均信号。这时雷达收到的信号是紊乱的,包括背景噪音和主峰(MRS)。ACS要做的只是消减MRS就可以了。当然现实中的工作还有很多困难,比纯理论要复杂的多。

ACS根据消减的水平,可以分成两种全主动和半主动两种类型。全主动系统是指产生信号完全威胁信号。它需要产生的信号强度、相位、频率、极化等参数都丝毫不差。它还要求接收传感器和发射机都能够覆盖相当范围的威胁角度、频率、能量和极化。在工程上极难实现。半主动系统的要求比较松,系统相对简单。

ACS系统的难点

1. 它要求对入射波做实时的分析。但是最早捕捉的信号的参数如脉冲重复频率(PRF)和信号频率可能发生改变。

2. 先进的雷达可以通过分析接收的信号,判断是否被电子压制。为了不让对方雷达产生“误解”,自身发出的信号必须产生恰好足够的能量(类似低可探测雷达原理)来消减威胁信号。这需要能量管理技术。

3. 要对威胁雷达信号的入射方向做出精准的判断。发射的信号只针对那个方向而非其它方向。但是飞机是不停的机动的,因此发射方向要不断配合飞机的飞行做相应的调整。这需要信号方向技术。

4. 先进雷达在物理条件允许的情况下都有能力改变探测信号的特征,如信号频率和PRF。因此需要持续不停地对威胁信号做分析。

优点

当你达到了上述种种要求之后,我们发现ACS有一系列优点。

1. ACS是其它被动降低RCS的方法(PCS、飞机形状设计、使用RAM和RAS)的很好的补充。被动法减小了ACS要做的工作的负担。虽然ACS所发的信号也可能把自己暴露给其它接受器。形状设计的方法把雷达反射的方向集中到几个不重要的方向(所谓spike),也可能会被第三方接收到。

2. 对已有的传统机型的飞机来说,ACS不失为一种快速、廉价隐身的好方案。特别适合象歼11B这样传统的飞机平台。

2. 由于红外隐身和RCS是一对矛盾,采用ACS可以达到更好的总体隐身效果。

3. 使用ACS代替过份隐身形状设计也可以改善飞机的飞行性能。

4. 做成一架综合隐身的飞机,需要平衡各个隐身要求。达到综合平衡的要求,费钱费力。例如F-22的设计工作花了一千万“人小时”,隐身测试花了4000小时。大大提高了飞机成本。ACS的应用可以减轻很多设计工作。

ACS不是电子对抗系统

技术上说它和主动干扰技术相同的,人们往往把它看成电子战手段。但是二者有本质不同。

1. 和传统的电子战压制技术相比,ACS所发出的能量非常少。它只需要达到消减对方雷达信号,从而降低RCS的目的就够了。因此系统可以做的很小、很轻。LCA这样的小飞机,如果驮不动大型电战吊舱,也能带个小ACS。

2. 能量小还意味着飞机本身的电磁干扰也小。我们知道su27和EA-6都碰到头痛的电磁干扰问题。

3. ACS发射的信号特点是有针对性的,必须符合消除雷达信号的要求。

4. 当电战压制时,对方雷达上看到的是很多干扰信号欺骗信号,而当ACS工作时,对方雷达上什么信号都没有。

5. 不管是压制还是欺骗的电子战手段,只要使用都无法再隐瞒自己飞机的信息。电站战开始的一瞬间,对方就知道你在附近了。你的隐身就破了。

阵风的ACS

阵风的频谱综合EW系统包含了ACS。所有前文提到的要求都已经具备。用于被动侦测和定位的敏感精确干涉仪、快速信号处理器、共形电子扫描阵列用于发射电战信号,正好构成一个ACS。

加上半隐形飞机结构设计,许多地方用RAM经过处理,阵风的RCS比传统三角翼要低的多。

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其它飞机上的应用

毛子的S-37,米格1.44。老大的B-2A幽灵上ZSR-63防御系统(很有可能以前批号上的ZSR-62)

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汽车上使用的radar blinder使用类似原理

[FLASH=630,470]http://www.youtube.com/v/bTZSuE6jljw[/FLASH]

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学习使用苏27上的IRST

[FLASH=630,470]http://www.youtube.com/v/tZ6gWK2v6ds[/FLASH]

关键词(Tags): #雷达#隐身#noble#雷达反射面积通宝推:TopGun,
家园 电子对消的图是取自英国D.理查森的《现代隐形飞机》扫图吧

记得好像是在那本书上看到的,不过他写那书的时候这项技术还在发展中,没多少资料可抄。ACS是目前主动隐身方面的一种主要手段,你综合的这些内容大体上说得没错,我这里再补充修正一些。

严格说起来电子对消ACS也是电子对抗技术的一种,有人也把它作为电子干扰中交叉眼技术(原路反相发射)和相干干扰技术的一种演进,ACS技术大概上世纪90年代才比较成熟,主要受限于告警定位技术的精确性、RCS信息库和对抗系统数字处理能力等因素,ACS技术也是有缺陷的。

机载雷达告警系统实现威胁辐射源检测和定位存在几个关键难点,一是威胁信号的筛选和建立跟踪,筛选就不多说要考虑杂波、信噪比等,建立跟踪则存在需要连续多个脉冲信号(这里谈脉冲雷达的情况)已建立跟踪文件的情况,当威胁信号确定时,一般是已经过了5、6个脉冲以后的事情了,而且系统还需要多个重频(确定采用同样的重复频率回波)才能确认和建立,这就涉及到与原始信号存在波前时延的问题。此外在确定辐射源方位方面,通常告警装置采用的方式都是基于三角定位、长基线加测距定位或交叉曲线定位等方法,数字化以后采用多普勒定位方式的也有,这些定位需要对检测出的信号进行综合处理比较后才能得出,极化判定也要做,不过可以并行做。而完善的ACS系统还要更进一步作处理,即根据有威胁辐射强度和本机在该方位的特征RCS大小,计算消隐所需的辐射强度,再通过功率增益控制选择相干的相位波前把对消信号辐射出去,这也需要对本机有一个比较完善的RCS方位信息库(至少针对主威胁方向)。正常情况下整个过程的时延会比原始信号落后一两个重频,这也给了对方脉冲多普勒雷达一个消除干扰的机会。

采用数字化技术的脉冲多普勒雷达(特别是相控阵雷达)从信号处理的机制上来说,较新的型号针对ACS能力有一种针对性办法,就是在频率捷变基础上,接收信号相参时选择对信号包络边沿的跳变(类似二次FFT)进行检测,有延迟的回波这种情况下与原信号相参对比会存在对应包络延迟差(由于频率捷变,干扰方新建立对消最少每重频波前落后半个相位差)造成的边沿跳变脉冲,从而不受ACS技术影响。此外利用宽带雷达优势,采用并发多波束(不同频或时宽带宽)技术,也能造成干扰方处理的复杂性和遗漏,在接收端信号综合时也很容易通过相参比较选出有效信号。但这几项技术基本只能在数字化的较新的雷达上利用计算能力分析才能实现,其中对机载雷达来说多波束能力基本只有数字化的有源相控阵雷达才能充分发挥,传统基于模拟电路的雷达实现这种处理要增加很多额外的电路设计,过于复杂代价大,尤其机载雷达基本不可能实现。

贴图我还没搞明白怎么授权,怎么别人贴都没事?本来有些图可以解释,更直观一些,不过大致的意思估计能看明白的。就是阵风的ACS对付尚未更新的大多数现役雷达装备是有效的,对付考虑了对消(或相干干扰)技术的新型数字化雷达就不一定奏效了。

家园 图片只看到两张

其他都是叉叉

谢谢科普!

家园 别人贴图大概没有使用那个图床

建议您换一个图床。文章中第四张图是网上找的。

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