雷达截面与隐身技术ppt课件.ppt
雷达对抗技术,電子工程技術研究所,雷达对抗技术,李高鹏,(第六章 雷达截面与隐身技术),目标和内容,了解与雷达隐身技术相关的概念、原理和方法。,雷达截面相关概念及特性,缩减雷达截面的方法（隐身技术）,雷达截面的测量方法,目标和内容,電子工程技術研究所,隐身技术的现状,6.1雷达截面（Radar Cross Section）,雷达截面也称雷达目标截面积，是目标向雷达接收天线方向散射电磁波能力的量度。雷达目标反射或散射的功率可表示为一个有效面积与入射波能流密度的乘积，这个假想的等效面积就是雷达截面，用符号 (西格玛)来表示，单位是平方米，工程上通常以对数形式表示，称为分贝平方米，记为 。雷达截面的英文为Radar Cross Section，通常缩写为RCS。,基本概念,電子工程技術研究所,雷达截面定义式,基本概念,電子工程技術研究所,理论定义式,基本概念,電子工程技術研究所,只有在满足远场条件（即当目标距离足够远时）目标在接收天线处的散射波才近似地表示为平面波。雷达截面的理论定义式为：,这一定义反映出雷达截面与距离无关。,实验测定公式,基本概念,電子工程技術研究所,已知发射功率Pt，发射和接收共用天线，增益为G，波长，目标到雷达的距离R,则不考虑其他损耗时目标处和雷达接收天线处的能流密度分别为 ：,实验测定公式2,基本概念,電子工程技術研究所,雷达接收天线截获的功率为：,则雷达截面的公式为：,雷达截面的特征,基本概念,電子工程技術研究所,目标结构（形状、尺寸和材料）入射波的频率和波形入射波和接收天线的极化形式目标相对入射和散射方向的姿态角,雷达截面是下列因素的函数:,雷达截面的统计特性:,起伏变化剧烈，需用统计特性来描述,雷达截面的频率特征,基本概念,電子工程技術研究所,低频区（瑞利区），随频率4次方增加谐振区，表现为震荡特性高频区（光学区），趋于常数,雷达截面与可探测性,基本概念,電子工程技術研究所,根据接收机噪声Ni和最小可检测信噪比SNRmin的限制可确定允许的最小接受信号电平（功率）Pmin为：,并由此确定雷达对该目标的最大探测距离为：,隐身技术的定义,基本概念,電子工程技術研究所,隐身技术定义是：在飞机等研制过程中设法降低其可探测性，使之不易被敌方发现的专门技术。本章研究的是雷达隐身技术（区别于其它，如红外隐身技术等），其目的就是使敌方的雷达探测系统发现不了我方的飞机等，这样也就无法对我方实施拦截和攻击。所以通常说的隐身（隐形）飞机并不是真的看不见了。,隐身技术与RCS的关系,基本概念,電子工程技術研究所,由前面给出的目标最大探测距离公式可知最大探测距离与RCS的4次方根成正比。所以如果能将目标RCS降低12dB,雷达的最大探测距离将缩减一半。隐身技术就是通过减小目标雷达截面积的方法，实现降低敌方雷达作用距离的目的，从而提高己方武器平台的突防能力和生存率。下面就将介绍雷达截面的缩减技术。,6.2缩减雷达截面的方法,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,概述各种相互矛盾要求的折衷（机动性能，重量，代价等） 无论采用什么方法，成本代价逐步增高，缩减到50%可能很低，在提高20%代价要高一些，项缩减到95%时代价就极其昂贵，甚至无法承担了。不存在普遍适用的最佳RCS设计方法,缩减雷达截面的一般原则,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,目标可以分解成N个离散散射体的组合，当目标尺寸远大于波长时，目标的雷达截面等于各散射体雷达截面的和,当目标存在主要散射体时应集中减小目标强散射源贡献。当所有散射体贡献大体相当时必须同时减小各散射体的RCS,缩减雷达截面的一般原则（举例）,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,缩减雷达截面的一般原则（结论）,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,具有多个等强度散射体的目标RCS减缩更困难。但是主散射体RCS减小到与次散射体同量级时，目标又变成等强度组合体了。进一步减少主散射体RCS时原来较弱的散射体可能会上升为新的主散射体。,缩减雷达截面的技术途径,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,外形隐身技术材料隐身技术无源对消技术有源对消技术,6.2.1外形隐身技术,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,概述修该目标的表面和边缘，使强散射方向偏离单站雷达的来波方向，可以在一定角度范围内显著减小RCS不可能在所有方向都缩减RCS,一个角域的RCS缩减通常伴随着另一个角域的增加，所以其首要条件是要确定威胁区域,外形隐身技术,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,采用斜置外形，将强散射方向移出重点角度范围用弱散射部件遮挡强散射部件目标应避免二面角或三面角的强反射，可将相交表面设计成锐角或钝角,外形隐身分析比较,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,斜置外形,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,原理：使反射波远离法向是使用最广泛，最有效的外形设计表现：斜立尾；多面体机身；斜切进气口；斜切翼尖,F-117 Nighthawl,F-117 Nighthawl,弱散射部件占位,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,B-2 Spirit,B-2 Spirit,综合外形设计,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,6.2.2材料隐身技术,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,透波材料吸波材料镶入式吸波结构屏蔽格栅金属镀膜,透波材料,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,壳让电波穿过80%-95%，回波很小。内部金属设备，会产生较强回波可用于立尾等,雷达吸波材料（RAM, Radar-absorbent material ）,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,基本要求：不反射:匹配特性。迅速吸收：衰减特性。,分类：电吸收材料。石墨磁吸收材料。铁化合物,性能参数：1反射率。2频带宽度。3入射角敏感性4极化特性。5品质因素 。,电吸收材料,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,不同厚度吸收层的反射率,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,电吸收涂层,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,吸收涂层带宽,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,多层电吸收材料,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,磁吸收材料,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,吸收材料比较,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,通过吸收能量来减小反射回雷达的能量。电吸收材料笨重、脆弱难于用于武器平台。磁吸收材料，厚度1.5mm2mm对8-12G信号可吸收98%99.4%,电磁吸收材料发展方向,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,提高对电磁波的吸收强度；展宽工作频带；减轻重量；提高在高温条件下的热性能和稳定性能,6.2.3频率选择表面(FSS),雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,由周期性排列的金属贴片或开孔构成。在谐振频率附近呈现全反射（贴片）或全传输（开孔），分别称为带通或带阻型。,带阻型,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,带通型,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,周期性排列,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,6.2.4有源阻抗加载,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,通过飞行器中添加自动转发器将接收信号放大变换后与自身反射信号反相，起到相互抵消的作用。实现起来很困难。,6.2.5天线隐身必要性,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,因此，天线不采用隐身技术单纯缩减飞行器RCS无实际意义。,天线隐身技术,雷达截面缩减技术,電子工程技術研究所,不用时隐蔽或调整方向（时域）移出鼻锥区（空域）带外隐身（频率选择表面）极化隐身（极化选择表面）带内同极化隐身，较困难，需要采用更多先进技术。,6.3隐身技术现状,技术现状,電子工程技術研究所,美国三代典型隐身机比较,技术现状,電子工程技術研究所,美国三代典型隐身机比较,F-22任务包括：夺取制空权，向美军作战提供空中优势，在战区空域有效实施精确打击；防空火力压制和封锁、纵深遮断，近距空中支援。 根据设计，F/A-22的雷达反射截面积只有普通飞机的1%，但是，由于要满足超音速巡航和空中格斗等机动性要求，就不得不在隐形性能上做出一些牺牲，特别是当其进入空战状态开启机载火控雷达时将不可避免地暴露目标。因此，F/A-22在隐形性能上很难超过F-117和B-2。而F-117则主要用于对地攻击，由于采用隐身外形，造成许多难以改变的缺陷，如空气动力性能不好，飞行不稳定，机动性较差，飞行速度低，作战能力低下等等。,技术现状,電子工程技術研究所,F-22猛禽（Raptor）,技术现状,電子工程技術研究所,F-22猛禽（Raptor）,技术现状,電子工程技術研究所,F-22猛禽三视图,技术现状,電子工程技術研究所,F-22猛禽斜置外形,技术现状,電子工程技術研究所,F-22猛禽涂隐身涂层,技术现状,電子工程技術研究所,F-22弹仓,技术现状,電子工程技術研究所,F-22猛禽,技术现状,電子工程技術研究所,小反射外形、吸收无线电波材料、用无线电电子对抗器材和小辐射的机载无线电电子设备装备战斗机机体上还广泛使用热加工塑胶（12%）和人造纤维（10%）的聚合复合材料（KM）。机上使用复合材料（KM）的比例（按重量）达35%。两侧翼下菱形截面发动机进气道为斜切进气道，发动机压气机冷壁进气道呈S形通道。隐身设计只是需考虑因素的一部分,6.4雷达截面测量技术,雷达截面测量,電子工程技術研究所,雷达截面的公式为：,6.4.1雷达截面测量的目的和类型,雷达截面测量,電子工程技術研究所,目的：了解基本散射现象取得目标的特征数据检验系统的性能建立目标特性数据库满足合同要求,测量设备,雷达截面测量,電子工程技術研究所,至少应包括5个基本部分：测试雷达记录仪转台低噪声环境被测目标,RCS测量的类型,雷达截面测量,電子工程技術研究所,按照测试雷达脉冲宽度和相干性分：普通型高分辨力型相干型跳频相干型,测量结果举例,雷达截面测量,電子工程技術研究所,测量结果举例2,雷达截面测量,電子工程技術研究所,6.4.2雷达截面测量的技术要求,雷达截面测量,電子工程技術研究所,远场测试条件：,背景噪声影响,雷达截面测量,電子工程技術研究所,目标支撑结构,雷达截面测量,電子工程技術研究所,目标与地面的干涉,雷达截面测量,電子工程技術研究所,6.4.3室外RCS测量,雷达截面测量,電子工程技術研究所,特点：可以测试大型目标易实现远场条件保密性差实验环境难以保障地面反射影响,室外RCS测量设备,雷达截面测量,電子工程技術研究所,简单的幅度测量雷达,地面的影响,雷达截面测量,電子工程技術研究所,地面影响的消除,雷达截面测量,電子工程技術研究所,安装雷达杂波屏障三角形护道,天线方向图的影响,雷达截面测量,電子工程技術研究所,目标获得不均匀照射影响地面反射的幅度,6.4.4室内RCS测量,雷达截面测量,電子工程技術研究所,特点：实验环境好保密性好提高工作效率只能测试较小的目标须考虑墙壁反射影响,F-35A进行暗室测试,雷达截面测量,電子工程技術研究所,暗室吸波材料,雷达截面测量,電子工程技術研究所,海绵状锥形吸收体：泡沫橡胶切割成锥体填充损耗物质涂低反射保护层粘到金属墙体上,锥体阻抗,雷达截面测量,電子工程技術研究所,暗室的结构,雷达截面测量,電子工程技術研究所,矩形和锥形,紧缩场结构,雷达截面测量,電子工程技術研究所,微波透镜（双曲面）和反射镜（抛物面）,室外RCS测量设备,雷达截面测量,電子工程技術研究所,连续波雷达系统（工作前调零，定标）,单天线系统,雷达截面测量,電子工程技術研究所,魔T,后墙影响及消除,雷达截面测量,電子工程技術研究所,遮挡影响了调零效果目标前向散射造成后墙入射场扰动消除影响只能采用经可能完美的吸波材料,调频连续波雷达系统,雷达截面测量,電子工程技術研究所,能提供距离和方位的高分辨能力,毫米波雷达系统,雷达截面测量,電子工程技術研究所,缩比模型,6.4.5测量数据处理,雷达截面测量,電子工程技術研究所,原始数据方位特性,雷达截面测量,電子工程技術研究所,数据平滑,雷达截面测量,電子工程技術研究所,原始数据方位特性,雷达截面测量,電子工程技術研究所,
