人猿星球2优酷:漫谈飞机的雷达截面积

低可侦测性（Low Observable）技术，最常见的英文说法是Stealth，在台湾一般翻译为匿踪，大陆则以隐身称呼这个技术，香港则称之为隠形。低可侦测性技术是采用特殊的设计理论或者是装置，降低某个物体被侦测到的机会或者是能够被侦测到的距离。最早使用或者说是具备这种能力的并不是人类，而是存在于大自然中的各种生物，利用背景，光影或者是自身表面的颜色或者是花纹的变化，将外形融入他们所存在的环境当中，避免成为猎物，这可以说是最早的低可侦测性的例子。

雷达截面积（RCS）是什么参数？

隐身飞机要尽量减少其向外辐射并能为外界感知的特征信息，所以隐身技术应包括雷达隐身、光学隐身（可见光、激光和红外线等）和声学隐身等方面。最被重视的是雷达隐身，因为雷达是目前远距离发现飞机的主要设备。雷达对不同飞机的发现距离不同，除雷达本身及环境因素外，与飞机关系很大。而飞机外形十分复杂，大小不一。为便于对比，所以建立了一个人为的参数，称为“雷达截面积”(RadarCrossSection简称RCS)。本来测量或计算出的飞机对雷达波的反射强弱是用电磁学单位，即分贝平方米（dbsm）表示，有时只用分贝（db）表示。为了让人更好理解，很多资料改用平方米（米2）表示。有人通俗解释为，它表示飞机对雷达波的反射能力相当于多少平方米面积的垂直金属平板。这个解释是否精确存在争议。

外界雷达可以从飞机四面八方照射。如果每1°测量一次，飞机的RCS就应该有360×360即129600个数值。但到目前为止，似乎还没有人进行过这样精密的测试或计算，一般只有平面的（俯仰照射角可限制在0°-30°之内）数值。

平面的RCS值一般又分前方、侧方和后方三大类。而前方的RCS可以是真正0°的数值或前方士30°、士45°的平均值。同一架飞机这三种算法所得结果差别很大。一般资料往往不给出是什么计算条件下的数值，但多指后两种。侧方和后方RCS值也是同样情况。有些资料出于宣传目的，只用某一方向1°的RCS值。　

与RCS有关的主要因素

飞机的RCS值是由飞机上许多散射中心或称局部散射源决定的。这些散射源分布在飞机机体的各部分。如要减少RCS，必须将各散射源弄清楚，先着手改进最强的反射源。飞机主要散射源有五种。

镜面反射———如机身侧面、外挂架、垂直尾翼等产生的反射；

边缘散射———飞机表面不连续处引起的散射，如机身机翼及尾翼的连接处以及翼面前后缘等；

尖项散射———如机头前端、空速管、副油箱前端等处引起的散射；凹腔体散射———主要为座舱、进气道、尾喷管等处产生的很强的散射；

蠕动波散射———入射波经过物体后部又传播到前面来形成的散射，各种外挂物可能对一定波长的雷达产生这种散射。

当然飞机的几何尺寸大小是一个基本的决定因素，尺寸越大RCS也越大。如果飞机外露的物体尺寸与雷达波波长相近或者是雷达波长的倍数，都可能会形成一个强散射源。

根据测试，现代新式战斗机各散射源对前方RCS的“贡献”比例约为：各种平面10%-20%；进气道15%-25%；翼面前缘35%-45%；座舱10%-25%。当然，这种影响大小与各部分的位置、尺寸、设计考虑以及是否采用隐身技术有关。一般来说，翼面前缘、进气口（含进气道）和座舱是需要特别关注的部位。

RCS值对作战效能的影响

隐身飞机遂行对地攻击任务效果很好，因为对方雷达发现距离大大缩短，往往可达到突袭的功效。但雷达发现飞机的距离与RCS的1/4次方成比例。即将飞机的RCS降低90%后，雷达对它的发现距离只降低44%。即使将RCS降低99%，雷达发现距离也只减少68%。所以隐身技术只能减少飞机一半或3/4的被雷达发现距离，其作用也不宜估计过高。

在空战方面，隐身性能只对超视距作战起作用，双方接近到目视距离就不灵了。所以隐身飞机RCS的降低必须达到一定值，使得对方飞机雷达的发现距离减少到飞行员对空中战斗机平均有效视距以内（10-15千米），这样才能充分发挥隐身的威力。

在实际作战中，隐身飞机也要考虑很多具体战术问题。例如美国已决定将F-117全部退役，说明该机对波长较长的地面警戒雷达效果还不太好。飞机的RCS在垂直机翼前缘方向有一个强峰值，即约前方士60°处峰值RCS高达20dbsm(100米2)。即使在峰值附近约士10°处，平均值也达到约0dbsm(1米2）。因此必须在出/返航过程中通过航线安排来避免将此峰值对准敌防空雷达。

名词解释

雷达目标截面积

目标向雷达接收天线方向散射电磁波能力的量度。它是一个等效的面积，当这个面积所截获的雷达照射能量各向同性地向周围散射时，在单位立体角内的散射功率，恰好等于目标向接收天线方向单位立体角内散射的功率。雷达目标截面积具有面积的量纲，常用单位是平方米或平方波长。用σ 表示雷达目标截面积, 则可写为

这是雷达目标截面积的实验定义式。σ 是雷达基本方程中的一个因子。已知发射功率Pt，发射和接收天线增益G，波长λ，目标到雷达的距离R,则雷达接收天线截获的功率为

若测出接收功率Pr，则雷达目标截面积的公式为

这是实验测定雷达目标截面积的基本公式。雷达目标截面积的理论定义式为

式中Ei为雷达在目标处的照射场强;Er为目标在接收天线处的散射场强。因为雷达发射球面波，只有在满足远场条件（概略地说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。雷达目标截面积的这一定义与距离无关。一个具体目标的雷达截面积与目标本身的几何尺寸和形状、材料、目标视角、雷达工作频率及雷达发射和接收天线的极化有关。当其他条件不变时，目标尺寸越大，雷达截面积也越大。对于一定的雷达频率和固定的视角，目标的雷达截面积决定于极化。在远场和线性散射条件下，雷达目标截面积与极化的关系可表示为矩阵，称为雷达目标的散射矩阵。

在理论上，把物体的边界条件代入麦克斯韦方程即可计算出雷达目标截面积，但仅在物体具有简单的几何形状的情况下才能得出精确解。例如，良好导电的球体，其雷达目标截面积与观察方向无关,对极化也不敏感,但与波长有密切关系（图1）。当球的周长小于波长时，雷达目标截面积与波长的四次方成反比。这是尺寸比波长小得多的任何物体所具有的散射特性。这一区域称为瑞利区。当波长小于球体周长的十分之一时，球体的雷达截面积与波长无关，且恰等于球体的光学截面积πr2（r 为半径）。这一区域称为光学区。两者之间的区域(1<2πr/λ<10)称为谐振区或玛依区。

雷达目标截面积

获得复杂形状物体的雷达截面积的常用方法之一，是测量来自目标本身和雷达截面积为已知的物体的回波功率。进行这种测量时须对雷达接收机进行仔细的校准和标度，还须控制实验环境，避免背景散射等因素对测量精度的影响。图2为一架中等大小的老式双引擎轰炸机在10厘米波长上的雷达截面积与方向角的函数关系。图中表明，复杂目标的雷达截面积随方向角而急剧变化。复杂目标的雷达截面积也可以在保持远场条件（R≥2D2/λ，D为试验模型的最大尺寸）下，用缩小的模型和同样比例的波长在室内进行测量。

雷达目标截面积

对于复杂目标，在雷达工作条件下目标方向角是不稳定的，因此应把雷达目标截面积看作为随机量，并用概率密度和相关函数表示（见雷达目标噪声）。通常所说的雷达目标截面积指的是统计期望值。