自 F-22“猛禽”和 F-35“闪电 II”服役以来,“隐身”就成为了空中优势的代名词,F22和F35主要采用以下两种隐身手段:
1、精心设计反射角度+光滑的表面把入射过来的雷达波尽量反射到其他方向,让雷达无法接收到自己发射的电磁波;
2、机体表面覆盖吸波材料将特定波段范围的电磁波吸收转换成热量。
具体可以参考科普|隐身战机是如何隐身的一文
通过以上两种手段,把雷达回波弄得少少的,在传统的厘米波和分米波雷达屏幕上,传统战斗机是一个巨大的、高亮的光点,而隐身战机只是一个非常微弱的光点,其回波功率可能与一只鸟的回波功率一样低,很容易被雷达的噪声或杂波抑制系统忽略。
那就有人说,可以让噪声或杂波抑制系统不去忽略吗?
那肯定不行啊,因为这个重点不是忽略,而是传统雷达没有办法把隐身战机从背景电磁噪音中找出来,如果通过降低了噪声过滤系统阈值来不忽略,那很容易出现误报警,雷达经常出现检测到漫天目标飞过来的场景,那雷达还是没有任何用,所以寻找新的探测和锁定方式,而不是简单的不忽略。
ok,简单的回顾了隐身战机的原理后,针对它隐身技术的弱点,我们开始讨论如何探测和锁定F22和F35隐身战机。
这里我得说下,探测和锁定是不同的概念,探测的重点是感知到隐身飞机来了,不一定知道它的精确位置;锁定的重点是精确知道隐身飞机每时每刻的位置,可以使用武器(导弹)打掉它。
目前中国和俄罗斯都有的米波雷达,比如JY-27、S400都能在几百千米外探测到美国的F22和F35战机,米波雷达无法提供火控精度(就是锁定精度),但能提供超远距离的粗略预警(大致方位和距离,200km范围内探测角度误差1°,距离误差千米级别),将隐身战机从“隐形幽灵”变为“已知威胁”,极大地压缩其突防空间,这个在科普|隐身战机是如何隐身的也有提到。
在使用米波雷达探测到隐身战机后,立马让多架携带火控雷达的无人机或者探测器飞向对应方位,这期间如果隐身飞机开火则会导致它的雷达截面积增大,变得容易被雷达锁定,所以隐身飞机一般这时候是不敢开火,米波雷达一边继续探测隐身战机,一边保持着和无人机的数据通信,那么随着无人机的靠近,锁定隐身战机的概率就会越来越大。
这是第一种探测和锁定隐身战机的方式,这种方式主要利用了米波雷达提前预警得知大概范围,然后通过多架无人机靠近探测的方式找出隐身战机。
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再来回顾下,隐身战机的第一个隐身手段:
精心设计反射角度+光滑的表面把入射过来的雷达波尽量反射到其他方向,让雷达无法接收到自己发射的电磁波
这个手段主要针对的是单一雷达,那我们就通过多基地雷达空间分离的发射-接收站破解此机制:
- 工作原理:发射站A照射目标,接收站B/C捕获被偏转的散射波,使敌机有效RCS显著增大。
- 无源侦测(PCL):利用民用FM广播(88-108MHz)或数字电视信号(470-862MHz)作为照射源,接收站完全隐蔽且成本低廉。
为了最大限度地捕捉到被隐身战机反射到各个角度的信号,部署需要覆盖天空的不同层面和关键地理位置。
部署平台 | 优势 | 针对的隐身弱点 |
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地面节点(基石) | 数量多、成本低、可隐蔽伪装,是网络的骨干。可利用现有的高塔、建筑。 | 侧向、 尖峰,以及 F-35 等在特定角度的 RCS 增大。 |
高空长航时无人机 | 滞空时间长、可覆盖大片空域,避免地面视距限制。 | 俯视 RCS 弱点(机背、垂直面),高空长航时持续跟踪。 |
临近空间浮空器/飞艇 | 成本低于卫星,可长时间悬停在 20−100 km 高度,提供稳定的广域覆盖。 | 顶部 RCS 弱点,以及对地面目标的持续中继和引导。 |
低轨道卫星 | 一般低轨道卫星高度几百公里,使用被动接受方式、覆盖全球,提供超视距侦察和末端跟踪 | 截获敌机主动辐射、红外辐射、提供全球预警。 |
多基地雷达系统工程挑战是如何将分散在不同地点的接收数据快速整合处理,包括时间同步、数据传输、多传感器融合等等,比如常见一个问题F-22 的回波信号到达接收站 B 和 C 的时间是不同的,必须精确测量这种时间差 (Δt),才能解算出目标的精确三维位置。
这是第二种探测和锁定隐身战机的方式,这种方式主要利用了隐身战机是针对单一雷达隐身的原理构建多基地雷达网络来探测和锁定。
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除了上述两种方案,其实想发现一个隐身飞机还需要一个问题需要解决,雷达去探测物体的时候回波直观显示就是一堆电磁波,那怎么从一堆包含背景电磁波中确定哪一个是隐身飞机、哪一个是飞鸟,哪一个是天上的塑料袋子,这就需要计算机能够能够从一堆电磁波中认出来隐身飞机并仅仅盯着它。
这个场景有点类似于警察去街头抓罪犯。警察一般会选择一个视野良好的地方,能够在看清楚每个人,这对应了雷达有能力发现隐身战机;
但是如果警察只有罪犯的名字,没有任何罪犯的特征,那茫茫人海就算能看清楚每个人脸上的毛孔也不能锁定罪犯和抓捕罪犯了。
所以警察抓捕之前肯定通过其他各种途径获取罪犯的特征,比如身高、胖瘦、男女、人种、脸部具体什么样子等等;
知道了这些特征后,再加上知道罪犯就在这片活动,那再部署几个警察就很容易发现并盯住他了,盯住他之后就是组织警力抓住他。
雷达发现和锁定隐身飞机跟上述过程差不多,前面两个步骤使得雷达有能力看到隐身飞机,但是如何把它从一堆电磁波背景中识别出来呢?
那就是要通过其他途径发现它与众不同的特征:
比如说很多战斗机飞行速度都是音速之上,远超飞鸟(0.1-0.3马赫),使用速度滤波器可滤除90%以上低速杂波。
当雷达上发现一个又小又快的东西来了,虽然不知道具体它是什么,一般都会判定是有威胁的武器进攻就赶紧起飞战机或者导弹拦截。
仅仅依靠速度是很难判断到底是什么飞行器的,而且随着现代无人机的发展很多无人机也跟鸟一样低速飞行,如果再被雷达判断是无威胁目标可能就会有重大损失。
除了有速度快的特征,还有以下几个特征是每个飞行器不同的:
1 不同飞行器的加速度和机动性也是不同的;
2 不同型号的飞机,其几何外形和材料布局不同,在飞行姿态(俯仰、滚转、偏航)变化时,RCS 产生的波动规律是独特的“指纹”;
3 不同飞机通信发出的电磁波信号频段、功率也不同;
4 不同飞机图像特征不同
雷达区分不同的飞机,绝不是靠某一个单一的标签,而是像拼图一样,整合多个维度的物理特征,进行复杂的‘指纹匹配’。这些特征被抽取出来后,系统会通过复杂的统计计算和机器学习算法特AI后进行匹配。
但是飞机这些独特性一般都是保密的,外界是不知道,所以在非战时各国都热衷于去做各种探测工作,比如趁对方军演和局部战争时候出动侦察机或者侦察船去收集对方各种战机、军舰的动态电磁特征,收集后进行分析存储到自家雷达的目标模型库中,这样自家雷达就能发现敌机了!
如果说我们在平时就获取了F22和F35的各种特征,那么一旦开战,我们雷达将测得的 RCS 波动曲线与预先存储的目标模型库进行比对,以确定这是 F-22(特定角度低 RCS)、F-35(更注重全向低 RCS)还是其他隐身飞机,那么F22和F35就无所遁形,那不隐身了不还收被我们一顿收拾。
以上也说明了电子侦察其实也是一种无声的战争,当外机来探测我们时候要及时驱离,不要在自家军事基地附近拍照、摄像等避免我们的武器的特征被其他国家提前获取。
总结
发现并锁定 F-22/F-35 绝非是一个单一雷达系统就能完成的任务,而是一场探测与隐身系统的体系化对抗。
反隐身的核心在于建立一个由平时侦察探测、战时长波预警、多基地被动侦测、电子指纹分析、红外热追踪构成的分布式、多频谱、高度冗余的 C4ISR (情报、监视、侦察、指挥、控制、通信、数据处理和辅助决策)网络,对来袭的隐身飞机形成早期预警、区域探测与局部精确跟踪形成纵深防护,降低隐身平台突防成功率。
在未来的空中对抗中,决定胜负的将不再是单个武器的性能,而是整体的武器和战争体系,其中包括谁的信息系统更完善,谁的探测体系更强大,谁的数据链更加快捷、稳定、安全,谁的算力更强大,谁的决策机制更加先进等等。
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