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隱身的原理與rcs的分析報告
篇一：飛機隱身說明和小部分氣動原理_1_1
隱身：
作為一款四代戰(zhàn)機，具備隱形，高機動，超巡等這些是必備的基本能力。在四代機中，隱身是非常重要的一個因素，那飛機如何做到隱身呢？
雷達波發(fā)射出去了是一回事，回波就又是另外一回事了。事實上，雷達回波的強度跟被照射物體的形狀有很大的關(guān)系。我們假設(shè)一塊一平方公尺的方板，但他正面垂直對著雷達時，得到的雷達發(fā)射截面大約是一千平方公尺。
如果我們把方板彎個角度，數(shù)據(jù)就會驟減為0.1平方公尺.
事實上，還可以做的更厲害點，把方板斜45度，從正面看像個菱形。
還是那塊方板，面積根本不變，但如果我們把這菱形也彎成一個后傾的角度。那么數(shù)據(jù)就會降的更厲害，直接成0.001平方公尺.
可以看到，同是一塊方板，我們把它用不同的角度對準(zhǔn)雷達，反射的截面積從1000平方公尺變成0.001平方公尺。變化相差了整整100萬倍�。。。�！所 以，如果把一架飛機的外形，做成像菱形那樣。那他的雷達信號會變的極其小，隱身的效果就處來了。因而自然有人想到了這個外形布局。
怎么樣，這個外形就是上面講到的傾斜的菱形。其實這就是洛克希德馬丁公司最早的方案。夠科幻吧。什么？眼熟？沒錯，這就是大名鼎鼎的F117夜鷹型隱形飛機最早的方案！�。�！
這F117的方案，第一個圖的外形就是這么來的，但是后來研究發(fā)現(xiàn)這個菱形方塊根本飛不
起來，所以后來把兩側(cè)拉長，加了個內(nèi)傾尾翼，成了第二張.
這個驗證機被稱之為Have Blue，已經(jīng)有夜鷹的影子了。而上面的第三個就是真正量產(chǎn)型的F117。第四個方案，加了尾翼的是個海軍型的，后來項目被取消。
F117畢竟是第一代的隱形飛機，這飛機最大的毛病在于為了追求隱身而導(dǎo)致機動性超級差，而且很多地方受當(dāng)時條件的限制，計算機只能處理二維面，所以處處 棱角分明。在南聯(lián)盟被打下一架后，他的地位就急轉(zhuǎn)直下，因為缺點突出，沒幾年后就開始退役，到2008年，全部的F117退役，一代名機，就這么匆匆下 場，無不讓人感慨。。。。。
雷達波也是一種波，所以它具有波的普遍特性。一般而言，波長越長它的頻率就越低，而波長越短，他的頻率就越高。比如蝙蝠嘴里發(fā)射的超聲波，就是一種波長短 而頻率很高的聲波，波長短是因為蝙蝠的嘴巴小，只能發(fā)出窄的波。高頻率的超聲波具有指向性好，精度高，不易受干擾，信號回饋速度快，但傳播距離短的特點。 而低頻率的長波則具有相反的特點
雷達的工作頻率跟他的工作性質(zhì)密切相關(guān)，當(dāng)頻率低于3MHz時。這時候，電磁波可以沿地球表面?zhèn)鞑�，而不受地球曲率的影響，所以可以傳播的很遠(yuǎn)。由于雷達電線的尺寸跟雷達的波長成正比，所以這種低頻的長波雷達尺寸向來十分的巨大。
蘇聯(lián)早期的遠(yuǎn)程警戒雷達，對比下面的樓房，就可以知道這雷達有多大了。由于雷達天線的尺寸跟波長成正比，所以大家就可以估計這雷達波的波長有多長了。它的傳播距離非常遠(yuǎn)，是用來監(jiān)視美國的彈道導(dǎo)彈的
這個是雷達各頻段的名稱。其中頻率低的L波段主要用于遠(yuǎn)程警戒雷達，S波段用于中程警戒與跟蹤，X波段由于體積小，所以用于空中或其他移動場合，多普勒導(dǎo) 航雷達也是X波段雷達。由于S波段跟X波段是目前應(yīng)用最廣泛，最主要的工作頻段，所以隱形飛機的隱形主要就是針對這些波長做文章。
不同波長的電磁波打到飛機上截獲的目標(biāo)截面積RCS（radar cross section）的差異很大。總的來講，主要分三種。
1．低頻區(qū)：當(dāng)雷達波的波長大于目標(biāo)尺寸時，入射場的相位跟振幅都沒有什么變化。這時候整個目標(biāo)都參與散射過程。所以他的形狀和細(xì)節(jié)并不重要，主要取決于他的體積。換句話說，任你是李逵還是李鬼都不重要，它只要知道有人來了就行。
2．諧振區(qū)：當(dāng)雷達波的波長跟目標(biāo)尺寸相近時，入射場的相位跟在目標(biāo)長度上的變化很明顯。目標(biāo)的每一部分都會影響到另一部分的場強，每一點的回波都是由很多部位相互影響的疊加。所以很難預(yù)測回波的性質(zhì)。這時候它還是很難分清李逵和李鬼。
3．高頻區(qū)：當(dāng)雷達波的波長小于目標(biāo)尺寸時候，它的散射符合光學(xué)定律，目標(biāo)形狀間的相互作用可以忽略不計。它的總散射可以理解為某些局部散射的單獨合成。這個時候，它就能分清李逵和李鬼了，并知道了李逵是拿斧頭的，李鬼是拿狼牙棒的。
由 于防空雷達和機載雷達都處于分米波和厘米波段，這些波長都小于目標(biāo)尺寸，處在高頻區(qū)。所以隱形飛機的研究主要就是對付這些波長小于目標(biāo)尺寸的波段。但我們 也可以看到，對于波長長的米波雷達等，由于波長大于目標(biāo)尺寸，所以目標(biāo)的形狀不重要，整個目標(biāo)都會發(fā)生散射，所以能有效提前發(fā)現(xiàn)隱形飛機。這是一種預(yù)報隱 形飛機的很好手段，聽群里人講，我們的遠(yuǎn)程雷達就曾照射到在日本起飛的F22戰(zhàn)斗機。
由于雷達有效探測距離和RCS的四次方根呈正比關(guān)系。所以要想使探測距離縮短一半，那么目標(biāo)的雷達截面積（RCS）就要縮小為原來的1/16。換句話說，除非使用隱形手段，否則單純的依靠減小飛機的尺寸并不能有效減小雷達反射面積。
所以要想有效減小雷達反射面積，采取隱形手段才是王道。前面說過，由于目標(biāo)的散射在高頻區(qū)，他的總散射場可以分解為某些局部散射場的合成。那么那些局部的點，線，面的散射源就成了要研究的重點。對于散射回波，主要分有鏡面散射波，繞射波和行波，爬行波這幾個種類。
對 于鏡面散射，當(dāng)電磁波打到光滑的表面時候，能發(fā)生鏡面散射，就像初中學(xué)的光的反射現(xiàn)象一樣，由于鏡面散射能把大部分電磁波的能量完整的散射回去，所以是一 種很強的散射源。另一種強散射源就是邊緣繞射。當(dāng)電磁波打到棱線的邊緣時，鏡面反射已不存在，這時候，電磁波會沿著邊緣產(chǎn)生無數(shù)條繞線。邊緣繞射是最常見 的散射現(xiàn)象，也是一種較強的散射源。當(dāng)飛機在雷達區(qū)消除了鏡面散射后，邊緣繞射就成了主要的散射源。
邊緣繞射是最常見也是最重要的散射源，當(dāng)飛機鏡面散射消除后，邊緣繞射就成了主要的散射源。比如機翼和一些部件的連接處，都容易造成邊緣繞射
除此以往還有幾種弱散射源，比如尖頂散射。當(dāng)電磁波打到尖頂，比如飛機機頭時候，會在機頭出發(fā)生繞射，但這是種弱散射源.
篇二：雷達隱身技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用
引 言
現(xiàn)代無線電技術(shù)和雷達探測系統(tǒng)的迅猛發(fā)展,極大地推動了戰(zhàn)爭防御系統(tǒng)的搜索、跟蹤目標(biāo)的能力，傳統(tǒng)的作戰(zhàn)武器所受到的威脅越來越嚴(yán)重。隱身技術(shù)作為提高武器系統(tǒng)生存、突防，尤其是縱深打擊能力的有效手段，已經(jīng)成為集陸、海、空、天、電磁五位一體的立體化現(xiàn)代戰(zhàn)爭中最重要、最有效的突防戰(zhàn)術(shù)技術(shù)手段,并受到世界各軍事大國的高度重視。 隱身技術(shù)是通過采用獨特的外形設(shè)計和吸波、透波材料，以降低飛機對雷達波的反射；降低飛機發(fā)動機噴氣的溫度或采取隔熱、散熱措施，減弱紅外輻射。由于在未來戰(zhàn)爭中,雷達仍將是探測目標(biāo)的最可靠手段,因此隱身技術(shù)研究以目標(biāo)的雷達特征信號控制為重點,同
時展開紅外、聲、視頻等其它特征信號控制的研究工作,最后向多功能、高性能的隱身方向發(fā)展。本文首先分析了隱身技術(shù)的理論及基本原理，然后對隱身技術(shù)進行具體分析，最后介紹隱身技術(shù)方向發(fā)展趨勢。
1 雷達隱身理論基礎(chǔ)
雷達隱身的本質(zhì)就是使敵方雷達無法準(zhǔn)確地探 測到目標(biāo)的回波信號。目標(biāo)的雷達散射截面積 ( ＲCS) 表征目標(biāo)返回到雷達的回波信號幅度。所 以，要實現(xiàn)雷達隱身，核心就是降低目標(biāo) ＲCS。
1. 1 基于雷達方程的 ＲCS 分析
雷達最大作用距離方程:
其中: Ｒmax 為雷達的最大作用距離; Pt 為發(fā)射功率; Smin 為接收機可辨識的最小功率; G 為天線增益; λ 為雷達工作波長; σ 為雷達散射截面。 由公式可知，雷達的探測距離 Ｒmax 的四次方與目標(biāo)的散射截面積 σ 成正比。若要減少雷達的探測距離，必須降低目標(biāo)自身ＲCS。ＲCS 與照射功率、飛行器離雷達距離遠(yuǎn)近無關(guān)，只與目標(biāo)表面導(dǎo)電特性、結(jié)構(gòu)、材料、形體和姿態(tài)角等有關(guān)。所以，雷達 隱身可以通過改變目標(biāo)的外形、材料結(jié)構(gòu)和電磁特 征來實現(xiàn)。
1．2 基于電磁散射的 ＲCS 分析
�。褻S 是單位立體角內(nèi)目標(biāo)朝發(fā)射源方向反射的 功率和從給定方向入射于該目標(biāo)的平面波功率密度 之比。ＲCS 值可通過在不同入射場條件下進行大量 測試獲得，而瞬態(tài)的雷達入射場又可以通過平臺上 傳感器檢測得到。根據(jù) ＲCS 定義［1］:
其中: Ｒ 是雷達到目標(biāo)的距離，Er 是回到雷達的回 波信號電場強度，Ei 是照射到目標(biāo)處的入射波電場 強度。因此，降低目標(biāo) ＲCS 實質(zhì)就是降低目標(biāo)的回 波功率或散射波電場強度。實現(xiàn)方法通常有兩種: 一是采用外形設(shè)計、吸波或透波材料等，降低反射 功率; 二是產(chǎn)生與散射場相干但相位相反的場，實 現(xiàn)有( 無) 源對消。
2雷達隱身技術(shù)
雷達隱身是目前隱身飛行器 采取的主要措施。它通過外形設(shè) 計和采用吸波材料或吸波結(jié)構(gòu)材料來大大降低飛行器的雷達散射 截面積。
2.1外形隱身
飛行器的外形對飛行器的雷達散射截面積影響最大，所以隱身飛機的外形設(shè)計是隱身的主要措施，并被證實確實有顯著的效 果。任何一架隱身飛行器都是一 個復(fù)雜的形體。雖然可將其分解 成十多個主要的和幾十個甚至上 百個較小的形體. 先分別計算出它們每個形體的雷達散射截面 積，再進一步得出整個飛行器的 雷達散射截面積，但每個典型形 體的雷達散射截面積都隨著雷達 波的入射方向、波長和極化方向 變化而變化，且各個小形體之間 還存在雷達波的相互干擾。所以 整個飛行器的雷達散射截面積的 計算過程十分復(fù)雜。 計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使 得這種復(fù)雜的計算能夠在較短時 間內(nèi)完成�，F(xiàn)在美國、俄羅斯等一 些國家已能夠模擬和評價各種各 樣的隱身外形，從而研究出和不 斷完善減縮雷達散射截面積的各 種方法，并建立一定的設(shè)計規(guī)范。
2.2材料隱身
雷達吸波材料的應(yīng)用是實現(xiàn) 隱身的主要技術(shù)性措施之一，也 是隱身技術(shù)中研究的主要內(nèi)容。 由于氣動方面的限制，飛行器的許多部件無法采用外形隱身，只 能在這些部件上采用雷達吸波材 料來減縮雷達散射截面積。雷達 吸波材料主要有兩種：涂敷型雷 達吸波材料和雷達吸波結(jié)構(gòu)材 料。其應(yīng)用形式有：索爾慈波里屏 蔽層、蜂窩和開放式網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、梯 度多層吸波、達倫巴奇層、電路模 擬吸波、喬曼吸波和導(dǎo)電高分子 吸波等。
2.2.1涂敷型雷達吸波材料
涂敷型雷達吸波材料可分為 磁性吸波材料和介電吸波材料兩 類。磁性吸波材料是通過控制添 加的磁性材料的性質(zhì)和涂敷材料 的厚度來獲得材料高導(dǎo)磁率的特性，通過對添加劑和吸收劑進行 適當(dāng)?shù)倪x擇、集中和分布來調(diào)節(jié) 吸波材料，使其能在整個涂敷厚 度內(nèi)達到所需要的阻抗和損耗系 數(shù)，從而獲得最佳的吸波效能，其 有效設(shè) 計厚度僅 0.5~1.25mm。介電吸波材料是將材料 設(shè)計成表面阻抗接近自由空間阻 抗、介電系數(shù)隨離表面的深度增 加而增大，這樣有助于吸收電磁 波，并且反射很弱。 該類材料按基料的不同可分 為塑料類、橡膠類、樹脂類和其它 類，一般有涂料型和貼片型兩 種。涂料型就是把電磁波吸收劑 同粘合劑混合后按涂料的方法使 用；貼片型就是把吸收劑和基料 混合后做成薄片，使用時把貼片 粘貼于金屬表面。 塑料類是以泡沫塑料為載體 的隱身材料，這類材料幾乎都是 貼片型。 橡膠類材料都是貼片型的， 其基料為各種各樣的橡膠，如丁 腈橡膠、天然橡膠、硅橡膠和氯丁 橡膠；吸收劑為鐵氧體、導(dǎo)電纖 維、導(dǎo)電碳黑和金屬超細(xì)粉末 等。這類材料的最大優(yōu)點是制成 貼片，可以準(zhǔn)確地控制厚度，不足 之處是不能用于復(fù)雜形體的隱 身。
樹脂類材料都是涂料型的， 它通過在樹脂基料中加入高吸收 率的電磁波吸收劑來構(gòu)成，吸收 劑有金屬超細(xì)粉末、導(dǎo)電碳黑和 鐵氧體粉末等。通常為了使吸收 劑發(fā)揮高效率，還可以適當(dāng)?shù)丶?入導(dǎo)電纖維。導(dǎo)電纖維的長度由 入射雷達波的波長決定，一般取 波長的一半。涂層的厚度取入射 雷達波長的 " 5 !。最能實現(xiàn)寬頻 帶隱身的是磁性材料，現(xiàn)在有部 分隱身材料中含有磁性物質(zhì)。如 果采用多層涂料結(jié)構(gòu)，能得到更 寬頻帶的隱身效果。 另外，陶瓷片吸波材料特別 能耐高溫，適用于高速飛行器鼻尖和進氣道等部位的隱身。
2.2.2雷達吸波結(jié)構(gòu)材料
雷達吸波結(jié)構(gòu)材料是由吸波 材料和能透過雷達波的剛性材料 相組合而成。它是將非金屬蜂窩 結(jié)構(gòu)表面用碳或其它耗電磁能材 料加以處理，然后再把金屬蒙皮 粘結(jié)在其表面而制成的剛性板 料。它既能吸收高頻雷達波，又能 吸收低頻雷達波。非金屬透波蒙 皮通常用玻璃纖維和芳綸纖維的 樹脂基復(fù)合材料制成，表面噴涂 吸波材料，蜂窩芯網(wǎng)通常用含有 碳粉類耗電磁能添加劑的樹脂浸 漬，從而得到特定的阻抗。 它與涂敷型雷達吸波材料相 比，除了有吸波和承載功能外，還 有其它顯著的特點，如有助于拓 寬吸波頻帶，不增加飛行器的重 量等，所以它有逐步取代涂敷型 雷達吸波材料的趨勢。 雷達復(fù)合結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)歷了 由玻璃纖維增強到碳纖維及其混 雜纖維、由次承力件到主承力件、 由熱固性樹脂到熱塑性樹脂的發(fā) 展過程。隨著先進復(fù)合材料在飛 行器上應(yīng)用的不斷擴大，采用吸 波結(jié)構(gòu)材料已成為新一代軍用飛 行器材料研究的重要方向�？梢� 這樣說，吸波材料的發(fā)展在很大 程度上影響著隱身材料乃至整個 隱身技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。
2.2.3幾種先進的隱身材料
目前，隱身材料正在向?qū)掝l 帶、薄厚度、輕重量、強吸收等高 性能方向發(fā)展，同時各國還在不 斷開發(fā)新機理吸波材料。現(xiàn)在世 界軍事大國正在研究開發(fā)以下幾 種先進的隱身材料： 導(dǎo)電高分子隱身材料 、手征隱身材料 、納米隱身材料 、放射性同位素隱身材料、電路模擬隱身材料 、視黃基席夫堿鹽隱身材料 、稀土隱身材料等
2.3無源對消與有源對消
無源對消技術(shù)又稱自適應(yīng)阻 抗加載技術(shù)。它通過精密機加工 在目標(biāo)表面形成洞、腔體或縫隙， 在不影響氣動外形的前提下，改 變蒙皮表面的電流分布，被動地 產(chǎn)生與雷達回波頻率、振幅相等 但相位相反的附加波，與雷達回 波相互抵消；或者在縫隙中接上 分布或集中參數(shù)的電阻、電容元 件，以控制其二次輻射，使其表面 的負(fù)載阻抗與自由空間波的阻抗 相匹配，使雷達波無反射地經(jīng)過 目標(biāo)繼續(xù)在空間傳播，從而使雷 達散射截面積減小。由于飛行器 外形復(fù)雜和雷達頻率范圍很寬等 因素，用這種方法減縮飛行器的 雷達散射截面積是十分復(fù)雜和困 難的。
有源對消技術(shù)是指在飛行器 上裝備有源對消電子設(shè)備，以產(chǎn) 生適合對消的電磁波，通過相消 干涉減弱或消除反射波。這種方 法比無源對消具有通用性，能極 為有效地減縮飛行器的雷達散射 截面積，是一種具有發(fā)展前景的 隱身技術(shù)。但它要求飛行器上具 有能夠測出入射雷達波頻率、入 射角、波形和強度的高性能傳感 器等對消電子設(shè)備，并能實時地 產(chǎn)生對消所需要的電磁波信號， 因此技術(shù)難度比較高，到目前為 止尚未有實際應(yīng)用。
2.4無源干擾和有源干擾
無源干擾技術(shù)從原理上看主 要有兩種途徑：
2.4.1欺騙式
在目標(biāo)周圍制造假的目標(biāo)信 號，增大對方的識別難度和時間 以及使其出現(xiàn)識別錯誤，最終丟 失目標(biāo)。目前，欺騙式無源干擾主 要是以箔條為主要研究對象，它 在射頻對抗特
別是厘米波干擾中 起著極為重要的作用。另外，新型 箔條材料對毫米波也具有有效的 干擾作用。
2.4.2遮蔽式
在目標(biāo)信號的傳輸途徑上施 放干擾介質(zhì)，使目標(biāo)信號受到衰 減或壓制，從而使對方無法發(fā)現(xiàn) 或無法分辨目標(biāo)，以致丟失目 標(biāo)。遮蔽式干擾主要利用干擾介 質(zhì)中每一質(zhì)點的吸收和空間上總 散射的作用之和所產(chǎn)生的衰減作 用，它的主要根據(jù)是米氏散射理 論。目前由于毫米波技術(shù)的飛速 發(fā)展，毫米波無源干擾技術(shù)的研 究日益受到重視。
有源干擾技術(shù)采用的主要措 施是設(shè)法測出敵方雷達威脅的工 作頻率，然后用這種頻率發(fā)射電 磁波，使敵方雷達屏幕上出現(xiàn)虛 假信號，從而保護隱身飛行器。這 項技術(shù)尤其是對于局部隱身的飛 行器，將大大提高其生存能力。目 前，美國正在研制一種新型誘 餌。它能發(fā)射甚高頻、特高頻和微 波信號，可以模仿飛行器，以達到 隱身目的。
3隱身技術(shù)的發(fā)展趨勢
3.1未來的隱身材料
傳統(tǒng)的隱身材料以強吸收為 主要目標(biāo)，新型的隱身材料要求 滿足“薄、輕、寬、強”，而未來的隱 身材料則應(yīng)滿足多頻譜隱身、環(huán) 境自適應(yīng)、耐高溫、耐海洋氣候、 抗核輻射等更高要求，以適應(yīng)未 來戰(zhàn)場的需要。其中多頻譜隱身 材料與智能型隱身材料將成為隱 身材料的兩個主要發(fā)展方向。
3.1.1多頻譜隱身材料
迄今為止的隱身材料都是針 對厘米波雷達（2~18GHz),而先 進的紅外探測器、米波雷達、毫米 波雷達等先進探測設(shè)備的問世， 要求隱身材料在不久的將來要發(fā) 展成為能夠兼容米波、厘米波、毫 米波、紅外、激光等多波段電磁隱 身的多頻譜隱身材料。單波段隱 身材料在未來將不再具有實戰(zhàn)意 義。在同一目標(biāo)上使用的材料不 應(yīng)該再是單功能多層結(jié)構(gòu)，而希 望采用多功能材料，實現(xiàn)四個或 五個波段的多功能隱身材料一體 化設(shè)計。
3.1.2智能型隱身材料
智能型隱身材料是一種具有 感知功能、信息處理功能、自我指 令并對信號作出最佳響應(yīng)的功能 的材料系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)。目前這種新 興的智能材料和結(jié)構(gòu)已在軍事和 航空航天領(lǐng)域得到了越來越廣泛 的應(yīng)用。同時這種根據(jù)環(huán)境變化 調(diào)節(jié)自身結(jié)構(gòu)和性能，并對環(huán)境 作出最佳響應(yīng)的概念，也為隱身 材料和結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出了一個嶄 新的思路，使智能隱身目標(biāo)的實 現(xiàn)成為可能。
3.2等離子體隱身技術(shù)
據(jù)報道，俄羅斯已推出了等 離子體隱身技術(shù)。這種新技術(shù)一 出現(xiàn)就備受美國等國家的強烈關(guān) 注。據(jù)估計俄羅斯的 21世紀(jì)隱身 戰(zhàn)斗機 1.42上應(yīng)用了該技術(shù)，因 為其外型不同于美國的F-117A和 B-2等的隱身設(shè)計。
等離子體隱身技術(shù)是利用等 離子體對電磁波具有繞射和吸收 能力的特性，回避雷達探測系統(tǒng) 的一種技術(shù)。實驗證明，應(yīng)用該技 術(shù)可使一個 13cm長的微波反射 器的雷達散射截面在4~14GHz頻率范圍內(nèi)平均減小20dB，即雷 達獲取的回波能量減少到原來的 1%。
等離子體技術(shù)的關(guān)鍵是在飛 行器的飛行環(huán)境下在其周圍產(chǎn)生 等離子云團，且對等離子體能量、 電離度、振蕩頻率和碰撞頻率等 特征參數(shù)進行設(shè)計，使其能滿足 對雷達波的吸收和繞射的特定要 求。
自 20世紀(jì) 60年代起，美國 和俄羅斯等軍事強國就開始了等 離子體吸收電磁波性能的研究。 到 20世紀(jì) 80年代，俄羅斯最早開始進行等離子體在高空超聲速飛行器上的潛在應(yīng)用研究。近幾 年來，俄羅斯在等離子體技術(shù)方 面取得了突破性的進展，已經(jīng)領(lǐng) 先于美國。
與美國 B-2、F-117、F-22 等廣泛采用的外形和材料隱身技 術(shù)相比，等離子體隱身技術(shù)具有 如下獨特的優(yōu)點：
———吸波頻帶寬，吸收率高，隱身效果好，使用簡便，使用時間長，價格極其便宜； ———無需改變飛機等裝備的氣動外形設(shè)計，由于沒有吸波材料和涂層，維護費用大大降低；
———俄羅斯的實驗證明，利用等離子體隱身技術(shù)不但不會影響飛行器的飛行性能，還可以減少30%以上的飛行阻力。
3.3 應(yīng)用微波傳播指示技術(shù)
微波傳播指示技術(shù)是利用計 算機預(yù)測雷達波束在不同大氣條 件下傳播發(fā)生畸變所產(chǎn)生的“空隙”和“波道”，使突防飛行器在雷達覆蓋區(qū)的“空隙”、“盲區(qū)”和“波 道”外飛行，以避開敵方雷達的探測，從而順利地實現(xiàn)突防。美國海 軍航空兵司令部和英國費蘭蒂計 算機有限公司對微波指示技術(shù)進 行了深入的研究。
3.4應(yīng)用仿生技術(shù)
實驗證明，海鷗雖與燕八哥 的形體大小相近，但海鷗的雷達 散射截面積比燕八哥大 200倍。 蜜蜂的形體小于麻雀，但它的雷 達散射截面積比麻雀大16倍。有 關(guān)科學(xué)家正在研究這些現(xiàn)象，試 圖采用仿生技術(shù)，尋求新的隱身 技術(shù)。[4]
4結(jié)束語
隨著探測技術(shù) 的發(fā)展 , 隱身技術(shù)也在不斷地深 人和 拓展 。 雷達隱身技術(shù)與隱身材料將是未來 隱身技術(shù)中的“ 主角” 。從現(xiàn)在周邊環(huán)境的發(fā)展趨勢 來看，我國的軍用飛行器在未來 的作戰(zhàn)環(huán)境中將面臨嚴(yán)峻的挑 戰(zhàn)。因此，發(fā)展高性能的隱身飛行 器刻不容緩，必須加大這方面的 研究力度和經(jīng)費，同時加快現(xiàn)有 隱身技術(shù)的應(yīng)用，對現(xiàn)役的作戰(zhàn) 飛行器進行部分隱身改裝，以提 高作戰(zhàn)和生存能力。近幾年發(fā)展 起來的等離子體隱身技術(shù)有其獨 特的優(yōu)點，將其用于非隱身作戰(zhàn) 飛行器的隱身改裝和隱身作戰(zhàn)飛 行器是可行的，應(yīng)該開展這個方 面的研究工作。!
篇三：RCS仿真
隱身飛行器因為其巨大的軍事價值已成為世界各軍事強國（地區(qū)）競相發(fā)展的
高科技技術(shù)之一。本文擬從一個電子工程師的角度，根據(jù)筆者了解的一些情況對中國以及國外發(fā)達國家（主要是美國）在電磁隱身設(shè)計手段方面的水平作一些探討。
對于目前隱身飛機的技術(shù)來說，外形隱身技術(shù)對隱身效果起到?jīng)Q定性的作用，一架僅僅依靠全面涂敷吸波材料的米格-21頂多將rcs從3降低到1，然后再牛x的材料都無法讓小數(shù)點向前邁進一步了，但僅僅采用外形隱身技術(shù)的f22即便不采用任何吸波涂料，rcs還是小于0.1的，因此飛行器隱身的最主要的手段是外形隱身。外形隱身并不是想當(dāng)然的，可以抄襲的，而是依賴于計算電磁學(xué)的發(fā)展，看看中國計算電 磁學(xué)的發(fā)展水平，就能推知中國隱身技術(shù)的掌握程度。而所有的隱身材料的應(yīng)用都是依附于電磁學(xué)的，所以本文僅僅討論外形隱身設(shè)計中的實驗和數(shù)值模擬方法。中國有句古話"工欲善其事，必先利其器。"要設(shè)計出一架成功的隱身飛行器，先進和成熟的設(shè)計手段是必不可少的。這些設(shè)計手段的根本目的可以用一句話概括為--研究目標(biāo)對入射電磁波的響應(yīng)（反射特性）。研究目標(biāo)電磁特性的方法無外乎兩種：1、實驗測試，2、理論計算。這就跟研究目標(biāo)的氣動外形可以用風(fēng)洞吹風(fēng)，也可以借助計算流體力學(xué)（cfd）進行分析一樣。
實驗測試 要進行精確的實驗測試，必須消除各種不利的誤差。對于目標(biāo)的電磁特性測試來講，這是比較困難的，因為電磁場無處不在，而且任何材料的物體都能對電磁場的分布產(chǎn)生影響。要測試目標(biāo)的電磁特性（比如說rcs），最理想的情況就是找到一個無限大的沒有其他任何電磁輻射的空間，用一個理想的平面波照射目標(biāo)，然后對目標(biāo)的反射波進行測量。很明顯，這種測試條件在地球上無法實現(xiàn)。于是人們想出了兩種變通的辦法。第一種是外場測試，簡單的說就是找一個特別開闊的地方進行測試。這種方法的好處就是空間開闊，入射波的品質(zhì)容易保證，也比較容易測試目標(biāo)的rcs（因為rcs實際上是目標(biāo)的遠(yuǎn)區(qū)場特性）。但是這種測試方法最大的弊端就是無法或者說很難消除環(huán)境誤差。因為離目標(biāo)很近的地面的鏡面效應(yīng)會影響測試結(jié)果，環(huán)境中來自其他波源的電磁輻射也會影響測試結(jié)果。另外這種測試方法因為距離比較遠(yuǎn)，所以波源功率比較大，對測試人員的健康會有一定影響。因為這個原因，航天部207所的外場測試人員補助相對高一些，而且未婚人員好像一般不參加這種測試--因為電磁輻射對人的生育能力影響比較大（扯遠(yuǎn)了）。因為以上原因，這種測試方法用得相對較少。
第二種方法就是在微波暗室里面測試。這種測試方法的基本原理就是在室內(nèi)制造出一個純凈的電磁環(huán)境。微波暗室的結(jié)構(gòu)都是一個密不透風(fēng)的建筑，建筑的內(nèi)墻上、天花板上和地板上都沾滿了由吸波材料做成的棱錐。建造一個微波暗室的花費較大，技術(shù)含量也較高。因為那些吸波的棱錐，以及粘結(jié)它們他們的膠都是特制的。而微波暗室里面技術(shù)含量最高的則是電磁波的發(fā)送和接收設(shè)備了。微波暗室的波源要求發(fā)送設(shè)備能在有限的空間里面把由饋源產(chǎn)生的電磁波（多半是球面波）反射成比較純凈的平面波，這對反射面的精度要求極高，因此造價也很大--記得90年代初的時候我們學(xué)校負(fù)責(zé)建設(shè)微波暗室的老師說一個反射面的價格就是70萬人民幣，而且那還只是用于一個很小的實驗性暗室的。暗室里面對于接收設(shè)備的要求相對于發(fā)送設(shè)備要低一些，畢竟它不需要高精度的反射面。但是接收設(shè)備也有它的難點。因為在暗室里面，發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備是可以分開架設(shè)，也可以安裝在一起的。當(dāng)接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備分開架設(shè)的時候，測試的是目標(biāo)的雙站rcs，而架設(shè)到一起的時候測試的是單站rcs。當(dāng)兩個設(shè)備分開架設(shè)的時候相互之間的影響較小，而合二為一的時候相互之間的影響就不能忽略了。那我們能不能只測試目標(biāo)的雙站rcs呢？答案是不能，這是因為一般的雷達都是單站雷達（發(fā)送和接收部分是在一起的），所以對于目標(biāo)的隱身特性來講，最重要的指標(biāo)就是單站rcs。因為這個原因，美國人對于微波暗室測試設(shè)備只控制有單站測試能力的設(shè)備，不控制雙站的。當(dāng)年我的老師因為我們這撥倒霉孩子不好好學(xué)習(xí)，就用這個例子來教育我們，說到美國人對我們的禁運的時候老淚縱橫，泣不成聲，老先生哽咽了好一陣子最后說了一句："受氣啊。。。"到了21世紀(jì)，我們也有了自己的大型微波暗室，但是跟美國的暗室水平仍然有較大差距--我一個師弟在參觀了lexmark公司微波暗室之后說，這個公司的暗室比我們國家實驗室的暗室還大。我在網(wǎng)上曾經(jīng)看到過一張照片，里面顯示美國人已經(jīng)把c130整個搬到暗室里面測試了。一兩年前在網(wǎng)上找資料的時候發(fā)現(xiàn)美國人當(dāng)時正在建設(shè)一個能把b2整個搬進去的暗室。
數(shù)值模擬
用實驗測試的方法有一個很大的好處，那就是準(zhǔn)確！（前提是測試設(shè)備必須準(zhǔn)確可靠）。但是它也有很大的局限性。首先暗室不能造得無限大--美國人的暗室夠大了吧？但是它也只能裝飛機，裝不下航空與母艦。其次一架隱身飛行器的外形在設(shè)計過程中無可避免的會發(fā)生變化，總不能要求設(shè)計師在每一次變化之后就造一架全尺寸模型放到暗室里面去測試一番吧？再次，從實驗測試的結(jié)果設(shè)計師能夠判別出rcs變大了或者變小了，但是無法精確判斷是什么原因或者說目標(biāo)那一部分對rcs的貢獻最大。這些缺陷能夠（至少在一定程度上）可以依靠數(shù)值模擬的方法來彌補。
最早用于目標(biāo)rcs分析的算法是幾何繞射（gtd）。它是由俄亥俄州立大學(xué)（美國搞電磁研究水平最高的兩所學(xué)校之一）開發(fā)的。這種方法基于對麥克斯韋方程的高頻近似。它認(rèn)為電磁波跟可見光一樣都是直線傳播的，在遇到障礙物的時候會發(fā)生繞射現(xiàn)象。在電磁波頻率較高，波長較短（相對于目標(biāo)尺寸來講）的情況下，這是一種比較好的近似。但是這種方法無法分析曲面的問題，無法處理波長和目標(biāo)尺寸相近的問題，無法處理腔體散射（座艙、進氣道），更無法分析目標(biāo)表面的場分布。我國現(xiàn)在用于目標(biāo)rcs分析的成熟算法很多是基于gtd或者物理光學(xué)法(po)等近似方法的。美國在設(shè)計第一代隱身飛機f117的時候用的就是gtd。這從f117棱角分明的外形，以及用鐵絲網(wǎng)堵起來了的進氣道可以看出來--因為gtd沒法處理曲面和腔體。 要對目標(biāo)的電磁特性用數(shù)值模擬的方式進行精確的分析，最好的方法就是全波方法。全波方法包括時域有限差分，有限元和積分方程等方法。從理論上講，這些方法在求解電磁散射問題的時候是不受電磁波頻率的限制的，所以它們不僅僅適用于高頻問題，也適用于中低頻問題。
時域有限差分和有限元直接求解電場和磁場的場量，這兩種方法的好處是比較直觀，也能夠比較好的處理諧振問題（比如說腔體散射），而且開銷比較小，因為這兩種方法最后求解的都是稀疏矩陣。但是在這兩種方法里面，目標(biāo)各個部分之間的相互作用是通過電場和磁場來傳遞的，在傳遞的過程中有誤差，同時因為這兩種方法里面電場和磁場都是在網(wǎng)格上（內(nèi)）采樣的，那么網(wǎng)格數(shù)量越多，傳遞過程中的誤差就會積累得越大。因為這個原因，這兩種方法通常被認(rèn)為不如積分方程準(zhǔn)確。
積分方程求解的是電磁波在目標(biāo)表面激發(fā)的感應(yīng)電流和虛擬磁流，目標(biāo)不同部件之間的相互作用是通過格林函數(shù)來傳遞的，不存在誤差隨目標(biāo)尺寸增加而變大的問題。但是積分方程也有它的缺點。
第一、它求解的是密集矩陣，運算開銷很大。這是因為假設(shè)有n個未知數(shù)，那么需要求解的矩陣方程的大小就是n平方，而求解這個矩陣方程的運算量則是n的三次方或者二次方。這里舉一個例子來說明這個方法的開銷有多大，假設(shè)我們要算一個3米見方的金屬立方體在10GHz的rcs。為了滿足足夠的精度，必須將該立方體表面剖分為若干個小的四邊形，這些四邊形的邊長必須小于波長的十分之一，也就是3毫米。那么每個表面的四邊形個數(shù)（也就是未知數(shù)個數(shù)）就是3000/3 * 3000/3 = 1000,000。6個面加起來就是6百萬個未知數(shù)。我們需要用來存儲矩陣的內(nèi)存是6百萬的平方乘以每個浮點數(shù)在計算機里占用的內(nèi)存大小，而用于求解這個矩陣的時間是6百萬的3次方或者2次方成正比的（取決于不同的方法）。這個例子里面的散射物體還僅僅是個不大的金屬盒子，要是求解一架戰(zhàn)斗機的rcs，開銷可想而知。
第二、積分方程在求解腔體問題的時候有困難，因為那時候需要求解的是一個病態(tài)的密集矩陣。這種情況下要不就是算不準(zhǔn)，要不根本就算不出來。
為了解決積分方程的開銷問題，伊利諾斯大學(xué)香檳分校（uiuc，美國搞電磁研究水平最高的另外一所學(xué)校）開發(fā)了一種叫做多層快速多極子的算法（mlfma），這種算法成功的將存儲量和計算量都降到了和n*log(n)成正比的地步。這是95年的事情，那時候我們用積分方程求解目標(biāo)的rcs的研究還處于初級階段�，F(xiàn)在美國人已經(jīng)能用mlfma計算2000萬未知數(shù)的問題了（好像是2003年前后的事情），而我們離這個水平還差得遠(yuǎn)，我到目前為止看到的算得最大的的例子是國防科大在2005年算的，未知數(shù)是200萬。
為了解決有腔體的目標(biāo)（比如帶進氣道的飛機）的rcs計算問題，uiuc將有限元和mlfma結(jié)合起來使用，用有限元計算進氣道，用mlfma計算外表面。我第一次看到這方面的報道是在2002年ieee的年會上。到目前為止國內(nèi)還沒有看到類似的報道。另外國外已經(jīng)有了能用積分方程精確計算表面涂敷吸波材料的目標(biāo)的rcs的算法，而國內(nèi)至今還沒有看到相關(guān)報道。
隨著科技的發(fā)展以及國內(nèi)科研工作者的不懈努力，我們在電磁計算方面的水平相對于94年我用最原始的積分方程算f117的rcs的時候已經(jīng)有了長足進步。但是應(yīng)該看到的是我們和先進水平的差距還很大，而且現(xiàn)在在國內(nèi)從事這方面研究的學(xué)者很多（不知道是不是占了大部分）是從國外回來的，比如說成電的校長聶在平（uiuc訪問學(xué)者），東南大學(xué)的崔鐵軍（德國博士，uiuc博士后），北理工的盛新慶（uiuc訪問學(xué)者），北航的王寶發(fā)（uiuc訪問學(xué)者）......可以說沒有這些歸國人員的貢獻，就沒有中國計算電磁學(xué)的今天。（陳姓斑竹將出國求學(xué)人員統(tǒng)統(tǒng)稱為綠卡族的歪理邪說應(yīng)該收斂一下了。）之所以會出現(xiàn)這樣的局面跟國家在這方面的投入太少直接相關(guān)，95年前后美國國防部光是在mlfma項目上一次就給uiuc的周永祖教授（馬來西亞華人，美國籍）投入了4百萬美金的經(jīng)費。而同一時間，中國軍方在算法研究上的投入可以說是零--因為你要是說你搞算法軍方根本就不給你錢。他們給錢就是讓大學(xué)教授算一個目標(biāo)的rcs，而且要求的時間還特別緊，比如說我算的f117的rcs。最后大家能做的就是搶時間、趕進度的低層次循環(huán)，沒有時間去研究先進的算法。值得欣慰的是現(xiàn)在國內(nèi)也開始重視基礎(chǔ)研究了（算法），但是水平差距仍然較大，還有很多工作要做。一言斃之，欠的債是要還的。
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