隐身飞机隐身问题剖析（下）——射频隐身

隐身飞机隐身问题剖析

远望智库高级研究员  杨军威

三、射频隐身

通过雷达和红外隐身，压缩了对隐身飞机的探测距离，提高了隐身飞机的突防能力。然而，隐身飞机要完成作战任务，就必须辐射，要辐射信号，就有被发现的可能。因此，又引发了射频隐身问题。

射频隐身是指目标与无源探测系统之间的对抗。无源探测系统可以根据武器平台上电子设备（系统）辐射的电磁波确定武器的位置（角度和距离）信息。射频隐身是指通过对电子装备射频有源信号进行特征控制，有效避免被敌方无源电子侦察装备截获、分选识别和定位。射频隐身技术是武器平台上的电子设备针对无源探测系统的隐身技术，属于武器平台有源或主动信号特征控制范畴。

对常规飞行器，机载雷达对它的探测距离200km左右，机载IRST（美国的AAS-42）对它的前向探测距离185km左右，无源探测系统（美国的ALR-94）对它的探测距离460km左右。而针对雷达隐身的飞行器，其RCS已经降到0.1m2以下，比常规飞行器降低了20～30dB，机载雷达对它的探测距离降低到了只有几十千米。作战飞行器将首先被无源探测系统发现，其后将被IRST发现，射频隐身已经成为飞行器隐身平衡设计的短板。

美国在开展飞行器雷达隐身的同时，就开展了飞行器射频隐身的研究。据已解密的公开资料，美国在1979～1980年就完成了第一个射频隐身的飞行试验，仅滞后于美国第一架隐身飞行器F-117A的验证机“海弗蓝”首飞（1977年12月）一年多的时间。该计划开始于70年代中期，由美国国防部预先研究计划局（DARPA）、美国空军和海军主持，休斯飞机公司为主承包商。试验的未隐身的雷达为法国“幻影”飞机Cyrano雷达系列。射频隐身后雷达参数为5w/波束、9波束、320MHz带宽、天线旁瓣-55dB、LPI波形。射频隐身的作战对象为F-111A飞机载的AN/ALR-62雷达寻的告警接收机RHAW（它是当时美国最先进的RHAW）、ELINT和反辐射导弹ARM。试验结果显示，机载雷达采用射频隐身技术后，在保持雷达对目标作用距离不降低的条件下，威胁方RHAW对飞行器的探测距离从346km降低到8.5km，ELINT的探测距离从2188km降低到19.3km，反辐射导弹的攻击距离从55km降低到0.48km。无源探测系统的探测距离缩减了97%以上，可见飞行器射频隐身的效果是十分显著的。

美国的射频隐身发展可以分为三个阶段。第一阶段：F-117A时期，意识到射频隐身的重要性，但没有较好的技术解决方案，因此F-117A飞机上没有装备机载雷达。第二阶段：B-2时期。上世纪80年代后期，美国在B-2隐身轰炸机上装备了具有低截获概率（LPI）的APQ-181相控阵雷达，该雷达具有隐身波形和5级辐射功率控制。第三阶段：F-22和F-35时期。上世纪90年代到本世纪初，美国为新一代战斗机F-22和F-35研制了射频隐身性能良好的机载雷达、通信导航识别（CNI）等电子设备。

总体来说，美国现今已经全面掌握各类机载电子设备辐射能量的自适应控制技术，射频隐身波形设计技术等射频隐身技术。对于机载电子设备射频隐身作战使用问题的研究没有相关的公开资料，但可以预料美国已经掌握了射频管控方面的相关技术与作战使用策略。

（一）飞机射频隐身基本特点

飞机射频隐身具有以下六个基本特点。

1.主动辐射特性

飞机要完成任务，就需要辐射，若飞机所有的射频设备都保持静默，则射频隐身就转变成一个雷达隐身问题。射频设备在非工作状态下的射频隐身问题，是一个RCS问题。因此，飞机射频辐射是一种有源目标特征，敌方可利用被动传感器（ESM）进行探测，射频隐身的实质是一个低截获（LPI）问题。

飞机射频辐射所具有主动辐射特性与红外辐射所具有主动辐射特性不同，红外辐射的主动辐射特性只要飞机飞就会存在，人为可控的程度较小。而飞机射频辐射的主动辐射特性是与飞机要完成的作战任务密切相关，可以人为控制，通过收益/风险评估，可以选择不同的辐射策略，从而控制射频隐身效果。射频隐身的目的就是要以最小的风险完成既定的作战任务。

与红外隐身特性一样，采用截获接收机截获信号只具有方位信息，缺少距离信息。

2.具有博弈特性

雷达隐身和红外隐身研究的基点是尽量压缩敌方的探测距离，而射频隐身则要复杂得多。 飞机的射频设备不辐射则不存在射频隐身问题，而飞机的射频设备不辐射则无法完成作战任务，要辐射就必定存在被敌方截获的可能。因此，飞机在作战状态下的探测和敌方截获是一种博弈，不是一种越大越好或越小越好的单向性问题。要提升完成作战任务的能力，就要提高辐射的能力；要降低敌方截获的可能，就要降低辐射的能力；这两者之间是相互矛盾的。因此，射频隐身问题不是单纯地以降低截获为基点的，而要以飞机完成预定作战任务为基点，使飞机以最低的风险完成预定的作战任务。这不仅要在作战使用时根据战场环境、作战对手、作战态势选择最优方式，更应当在飞机设计阶段导入科学、正确、明晰的作战需求作为设计输入，为作战使用时提供更大的灵活度和更好的基础。

3.影响因素众多

射频隐身所涉及的射频传感器指利用发射无线电信号来感知目标和环境的设备，有机载相控阵雷达（AESA）、电子战系统（ECM）、敌我识别器（IFF）、数据链（IFDL）、导航设备、高度表等。射频隐身的基础是雷达隐身，射频辐射所涉及的设备首先要满足雷达隐身的需求。

射频辐射又涉及各射频设备的多种独立和组合辐射状态。有源于任务需求的主动辐射，如相控阵雷达的搜索、跟踪、制导、干扰，电子战系统的主动干扰，数据链的传输，敌我识别器的询问、应答等；还有源于外部威胁的被动辐射，如电子战系统被动干扰。

射频辐射涵盖空域、频域、时域和能量域（时、空、频、能）四个维度。其中空域涉及4π空间，敌方的截获接收机可能位于4π空间的任意位置。

飞机的射频隐身性能是针对敌方被动传感器（截获接收机）而言的，截获接收机对射频参数的处理主要包括截获、识别、分选、关联、跟踪等过程，这些过程具有串联，一个环节失效则全程失效。若对方只能截获信号，但无法完成对信号的识别和分选，则飞机仍是隐身的。截获接收机的截获只与辐射能量有关，而识别、分选、关联等则与频率、波形等辐射参数有关。

因此，飞机的射频隐身是一个多设备、多状态、多维度的影响因素众多的综合性问题。

4.难找描述参数

由于飞机的射频隐身性能所涉及的射频设备多样，影响参数众多，因此，很难用一个独立的单一参数定量描述射频隐身的需求。

目前，对采用什么参数描述射频隐身的看法不统一，射频隐身的描述参数很难统一，对不同的设备，甚至对不同的作战任务要求，可能需要用不同的参数来描述射频隐身性能。

飞机的射频隐身性能涉及射频设备的LPI问题，同时还涉及射频设备的作战使用问题，因此，飞机的射频隐身特性应分为LPI设计特性和使用设计特性两类。

LPI设计特性是射频设备固有的LPI性能设计特性，可以用相关的LPI参数描述。

使用设计特性是对射频设备的射频资源作战管理的设计特性，这一特性会随着飞机作战任务、作战过程、作战状态、作战对手和战场环境的不同而变化。

5.取值方向多样

由于飞机射频设备与作战任务密切相关，所涉及射频设备众多，因此，射频隐身不同于雷达、红外隐身，不是一个越小越好或越大越好的单向问题，而是一个与作战任务密切相关的探测与反探测的博弈问题。雷达隐身及红外隐身要求尽可能地减小目标的雷达及红外特征，即目标的RCS及红外辐射强度越低越好。但射频隐身则有很大的不同，射频隐身是减少机载传感器系统的射频信号特征，使敌方的无源探测传感器处于不断的信号处理和猜测中，从而不能及时发现和确定目标。然而，却不能无限制地减小飞机的射频特征，因为电子设备要依靠辐射的电磁波工作，电子设备辐射的电磁波能量小到一定值后，电子设备的功能和性能会下降或消失而失去作用。因而射频隐身的一大特点或限制条件是需要保持电子设备的功能及性能，满足使用需求。因此射频隐身是飞机以完成作战任务为基本目的，在需求与可能的基础上，风险与收益之间的权衡。

比如截获接收机信号截获的过程只与信号的强度有关，则辐射信号的功率在满足作战任务需求的条件下，越小越好，空间特性越精确越好；而截获接收机识别分选信号的过程与信号的波形、时序、频率等参数有关，越多变、越随机越好。而这些参数之间本身又存在一定的矛盾性，因此参数的取值方向并不是单一的，而是呈现多样化的局面。这种控制参数多样化、参数取值多样化的局面使得面向作战任务的射频管控十分重要。

6.地面静态可测

飞机的射频隐身性能在实验研究方面具有与雷达隐身相似的特性，即多数射频隐身性能可以通过地面静态测试进行实验研究。射频隐身的这种基本特点，为地面静态实验研究飞机射频设备的射频隐身性能提供了可能。

（二）飞机射频隐身传感器特性

飞机的射频隐身性能是针对敌方截获接收机的被动探测而言的，因此研究飞机射频隐身性能就必须从截获接收机的角度进行。针对截获接收机的技术特性和战术运用特点，飞机射频隐身传感器特性体现在以下三个方面。

1.截获设备多样

在空间截获飞机射频信号的传感器设备多样，有可能是飞机上的ESM，有可能是飞机上的AESA以被动方式截获，也有可能是地面被动雷达。不同传感器设备截获的信号可用性存在差异，AESA以被动方式截获信号的质量要高于ESM截获。

2．收益风险权衡

飞机在作战时，打开雷达探测目标，获得的收益是掌握了对方飞机的信息，所面临的风险则是有可能被对方截获己方的辐射信号。己方辐射所面临的风险有两种类型。

第一种情况是我机可通过辐射获得敌机的信息。在此状态下，我机对所面临的风险可以预计，则该类风险为可预计风险。如我机在雷达跟踪状态下，来自被跟踪目标的截获威胁所产生的风险就是一种可预计风险。在可预计风险状态下，我方的风险与敌方的收益相平衡。处理可预计风险的对策是一种典型的零和对策，一方的得利等于另一方的损失。

第二种情况是我机不能通过辐射获得敌机的信息，而敌机可截获我方的辐射并加以利用，则我方所面临的风险是不可预计风险。如我机在雷达跟踪状态下，来自被跟踪目标以外或主瓣作用距离以外的目标的截获威胁所产生的风险就是不可预计风险。在此状态下，我方的收益为零，单向承受着风险威胁。

除可预计风险和不可预计风险两种风险类型外，我机的射频辐射风险还可按敌方利用截获我机辐射信号可以实施的作战动作，也就是按敌方获得的收益的大小，划分为高（定位）、中（跟踪）、低（感知）三个级别。敌方的收益越大，我方的风险越高。

射频隐身的目的就是要以最小的风险完成既定的作战任务。因此，射频管控的本质是在收益与风险之间进行权衡，以最小的风险完成既定的作战任务。

从可预计风险和不可预计风险的属性可看出，风险的类型取决于对战场态势信息的掌握程度。风险是由不确定性导致产生的，如果我们全面掌握战场的态势信息，则不存在风险，只存在危险。对战场态势信息的掌握程度越高，风险越小，反之，风险越大。因此，我们可以通过编队或体系信息支援等方式，提高对战场态势信息的掌握程度，从而将不确定性的不可预计风险转化为确定性的可预计风险，降低风险程度。

因此，对于不同类型的风险，需要采取不同的措施降低、规避、转化风险。将不可预计风险转化为可预计风险，将高级别风险转化为低级别风险。

对于不可预计风险，一是采用低截获（LPI）设计措施降低风险，二是提高对战场态势信息的掌握程度转化风险，将威胁程度较高的不可预计风险转化为威胁程度较低的可预计风险。

对可预计风险，主要采用管控措施降低或规避风险，面对不同的对手，采用不同的辐射管控措施，以最大程度地降低作战风险。

3.具有阶段特性

射频辐射的特点是在进行每一步行动决策时，需要对敌我双方的风险、收益进行综合判断、预测和权衡。包括以下过程：

第一步：基于我方的作战任务、作战目标、作战阶段，确定可选择的行动方案；

第二步：评估可选择的行动方案所带来的预期收益；

第三步：基于敌方的数量、位置、状态（能力）、意图等，评估可选择的行动方案可能带来的风险；

第四步：权衡收益与风险，按一定准则形成符合风险控制准则的行动决策。

在这四个步骤中，第一、二个步骤是基于自身的，是完全可控环节；第三个步骤与敌方信息有关，需要考虑信息的不确定性影响；第四个步骤的核心是射频隐身策略，射频隐身策略与作战的阶段密切相关。

因此，对于不同作战阶段，具有不同的射频隐身策略，射频设备的使用应与相应的作战阶段相匹配，不同的作战阶段应采用不同的射频隐身策略。

四、结语

雷达、红外、射频隐身是隐身飞机主要的隐身特性，此外隐身飞机还有声隐身、可见光隐身等隐身特性，但这些隐身特性对隐身飞机的综合隐身性能影响较小。

表中描述了雷达、红外和射频三个隐身性能之间内在关系。

隐身性能	衡量指标	敌方探测模式	影响因素排序	性能属性
雷达隐身	RCS	主动探测 （LO）	飞机结构	固有特性，越小越好 需求/可能权衡
红外隐身	辐射强度	被动探测（LPI）	飞机结构 飞行状态	固有特性，越小越好 需求/可能权衡
射频隐身	辐射的强度、空间、时间、频率、波形等特性	被动探测（LPI）	射频设备参数 作战任务 作战对象	固有特性，提供管控资源 可控特性，面向任务管控 风险/收益权衡
备注	无法用LPI定量衡量射频隐身性能	射频隐身性能与相互距离和任务状态密切相关，在不同阶段，其影响重要度不同	射频隐身影响因素需要依据作战任务分析对设计指标和管控准则同时提出需求	固有特性，一旦设计定型后就基本确定，研究侧重于怎么降低，降到什么程度。 可控特性，在设计资源保证的条件下，研究侧重于怎么管控，管控到什么程度。

隐身飞机的隐身是一个综合平衡、协调发展问题。依据隐身飞机的特点，在雷达、红外和射频三个隐身性能中，雷达隐身具有优先级；依据平衡可观测原则，各种隐身技术之间应平衡发展，各种隐身应有大致相近的可观测距离，雷达、红外和射频隐身性能应匹配，不应存在“短板”；基于风险/收益权衡原则，飞机的射频隐身性能不但要与雷达、红外隐身性能相匹配，还要与飞机的综合探测和综合攻击能力相协调，同时还必须与敌方的探测和攻击能力相平衡。

雷达隐身和红外隐身基本上是一个较为单纯的防御性问题，研究的基点是尽量降低敌方探测的距离，而射频隐身则要复杂得多。射频隐身是一个防御与攻击交织的问题，各种射频设备在非工作状态下的射频隐身问题实质是一个RCS问题，而工作状态下的射频隐身问题则与作战任务、作战过程、作战状态以及作战对手的特性密切相关。

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