雷達(dá)智能隱身技術(shù)是未來(lái)體系對(duì)抗、電磁頻譜作戰(zhàn)條件下雷達(dá)隱身技術(shù)發(fā)展的主要方向，但是目前雷達(dá)智能隱身技術(shù)發(fā)展還在起步階段，仍存在一些基礎(chǔ)性方向性的問題尚未解決。針對(duì)此問題，本文在介紹雷達(dá)隱身技術(shù)智能化的發(fā)展需求及概念的基礎(chǔ)之上，對(duì)國(guó)內(nèi)外正在研究的可調(diào)節(jié)/重構(gòu)隱身技術(shù)、有源對(duì)消技術(shù)、智能蒙皮等進(jìn)行分類、梳理，總結(jié)展望雷達(dá)智能隱身技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展方向提出了建議。

雷達(dá)智能隱身集感知、決策、執(zhí)行于一體，能夠自主感知戰(zhàn)場(chǎng)威脅電磁波，分析其工作波段、入射方向等參數(shù)，并能根據(jù)威脅的特點(diǎn)產(chǎn)生或選擇最佳的隱身方案，最后能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)隱身。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)雷達(dá)智能隱身相關(guān)技術(shù)的研究主要集中在可調(diào)節(jié)/重構(gòu)結(jié)構(gòu)材料、有源對(duì)消、智能蒙皮等方向。

可調(diào)節(jié)/重構(gòu)智能隱身技術(shù)

可調(diào)節(jié)/重構(gòu)智能隱身技術(shù)主要是通過可調(diào)節(jié)/重構(gòu)結(jié)構(gòu)和材料實(shí)現(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)可調(diào)節(jié)/重構(gòu)結(jié)構(gòu)和材料的研究，按照用途可以分為兩種，一種是應(yīng)用到隱身電磁窗口上，另一種是應(yīng)用到機(jī)體蒙皮上。

1.1電磁窗口用可調(diào)節(jié)/重構(gòu)隱身結(jié)構(gòu)和材料

由雷達(dá)天線、天線罩及雷達(dá)倉(cāng)內(nèi)高頻部件組成的雷達(dá)天線系統(tǒng)是飛行器頭部區(qū)域的一個(gè)強(qiáng)散射源，其隱身效果直接影響飛行器的隱身性能，所以隱身天線罩的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1.1.1智能頻率選擇表面

頻率選擇表面（FSS）是由大量無(wú)源諧振單元組成的單屏或多屏周期性陣列結(jié)構(gòu)，由周期性排列的金屬貼片單元或在金屬屏上周期性排列的孔徑單元構(gòu)成。它能有效地控制電磁波的反射和傳輸特性，其實(shí)質(zhì)是一種空間濾波器。

智能頻率選擇表面是在傳統(tǒng)的FSS周期單元上加載光控、電控變?nèi)?a target="_blank">二極管等微波器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)FSS的主動(dòng)控制，包括諧振點(diǎn)的變頻控制、穩(wěn)頻控制等。智能FSS有開關(guān)型和變頻型兩類。

開關(guān)型智能FSS材料是通過PIN二極管直流正、反偏置電壓下的阻抗特性，進(jìn)而控制FSS諧振特性，只能實(shí)現(xiàn)通帶的開關(guān)，不能實(shí)現(xiàn)諧振頻率的連續(xù)可調(diào)。變頻型智能FSS材料可以通過電控變?nèi)荻O管或電控各向異性介質(zhì)（如液晶材料），控制FSS等效回路的阻抗特性，從而控制FSS諧振特性，能夠?qū)崿F(xiàn)智能FSS在特定頻段內(nèi)諧振頻率連續(xù)可調(diào)。如果將PIN二極管和變?nèi)荻O管混合使用，則既可以實(shí)現(xiàn)通帶的開關(guān)，又可以實(shí)現(xiàn)通帶的中心頻點(diǎn)連續(xù)可調(diào)。

1.1.2可控電磁屏蔽材料

可控電磁屏蔽材料可以通過控制外界條件改變材料的透波特性，比如通過改變外界的光照條件、電壓、溫度等。

光致導(dǎo)電材料是是遇光導(dǎo)電的一種材料。有光照時(shí)，光致導(dǎo)電材料中會(huì)積累自由電子，使材料成為近似于金屬特征的“準(zhǔn)導(dǎo)體”材料；光照停止后，自由電子與空穴復(fù)合，導(dǎo)電能力下降，電阻恢復(fù)原值。

1.2機(jī)體蒙皮用可調(diào)節(jié)/重構(gòu)結(jié)構(gòu)和材料

可調(diào)節(jié)/重構(gòu)吸波結(jié)構(gòu)和材料除了可以用作隱身電磁窗口之外，還可以用作機(jī)體蒙皮，使機(jī)體蒙皮具有智能隱身性能。目前，這類結(jié)構(gòu)和材料主要有導(dǎo)電高分子材料、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)雷達(dá)吸波結(jié)構(gòu)、有源電磁超材料等。

1.2.1導(dǎo)電高分子材料

導(dǎo)電高分子材料的高分子經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)“摻雜”，可使其由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體，而且這個(gè)過程是可逆的，施加一定的條件，導(dǎo)電高分子聚合物可以“脫摻雜”，由導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體。因此對(duì)其電磁參數(shù)可進(jìn)行主動(dòng)控制調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)電磁散射及傳輸特性的控制。

1.2.2動(dòng)態(tài)自適應(yīng)雷達(dá)吸波結(jié)構(gòu)

動(dòng)態(tài)自適應(yīng)雷達(dá)吸波結(jié)構(gòu)可以根據(jù)入射電磁波的頻段，做出調(diào)整使自身吸收峰處于入射電磁頻段內(nèi)。目前這種動(dòng)態(tài)自適應(yīng)雷達(dá)吸波材結(jié)構(gòu)的一種實(shí)現(xiàn)方式是通過恰當(dāng)?shù)牟牧线x取和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將智能FSS與吸波材料復(fù)合。這種方式可以實(shí)現(xiàn)吸波結(jié)構(gòu)頻率特性動(dòng)態(tài)可調(diào)。

1.2.3電磁超材料

電磁超材料可以制成吸波體，也可以用來(lái)進(jìn)行相位調(diào)控。如果在超材料的設(shè)計(jì)中加入有源器件，可以對(duì)其吸波特性和反射相位進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控。

通過調(diào)節(jié)超材料介質(zhì)層的電磁參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)其諧振頻率和諧振強(qiáng)度的改變。如果在超材料吸波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中加入變?nèi)荻O管，通過控制偏置電壓的大小可以實(shí)現(xiàn)其諧振頻率的連續(xù)可調(diào)。國(guó)內(nèi)曾有研究人員提出了一種微波段的基于電磁超材料的可諧調(diào)型吸收器，如下圖所示，RF4基板的厚度為2 mm，底部鍍有金屬銅，正面由金屬諧振環(huán)及微波二極管構(gòu)成陣列，其中每個(gè)單元由兩個(gè)金屬諧振環(huán)以及一個(gè)微波二極管耦合在一起。只要改變二極管偏壓的極性或者二極管與金屬諧振環(huán)的耦合位置，就能夠調(diào)節(jié)吸收器的吸收頻帶。

一種可調(diào)超材料吸波結(jié)構(gòu)

超表面是用來(lái)調(diào)控電磁波的相位、極化和吸收的一種超材料。通過對(duì)電磁波相位進(jìn)行調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)照射到其表面的反射回波進(jìn)行賦形控制。

有源對(duì)消隱身技術(shù)

有源對(duì)消技術(shù)是一種主動(dòng)隱身技術(shù)，利用相干手段使目標(biāo)散射場(chǎng)和人為引入的輻射場(chǎng)在敵方雷達(dá)探測(cè)方向相干對(duì)消，而減弱敵方雷達(dá)接收到的目標(biāo)真實(shí)回波，達(dá)到隱身的效果。

將有源對(duì)消技術(shù)應(yīng)用到智能隱身系統(tǒng)中，通過自主感知威脅電磁信息，并分析其入射方向，工作頻段，極化特性、相位和幅度等參數(shù)，然后計(jì)算出最佳的對(duì)消電磁波方向、幅度、相位等參數(shù)，最后生成控制指令，產(chǎn)生對(duì)消場(chǎng)，理論上有源對(duì)消可以使目標(biāo)的RCS趨近于0。下圖是一種有源對(duì)消裝置概念示意圖。

一種有源對(duì)消裝置結(jié)構(gòu)示意圖

法國(guó)MBDA公司與Thales公司正在合作研發(fā)一種有源隱身智能蒙皮，用共形收發(fā)機(jī)檢測(cè)并抵消探測(cè)雷達(dá)信號(hào)，用來(lái)降低進(jìn)氣道、導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的RCS，應(yīng)用的就是有源對(duì)消原理。

智能隱身蒙皮技術(shù)

智能蒙皮這一技術(shù)構(gòu)想是在20世紀(jì)80年代由美國(guó)空軍提出的，在裝備的外殼內(nèi)植入智能結(jié)構(gòu)以用于監(jiān)視、預(yù)警、隱身和通信等。用于隱身的智能蒙皮可以根據(jù)電磁威脅頻段、方位等信息，自主調(diào)節(jié)自身結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電磁參量，使得電磁散射信號(hào)返回最小。

2015年4月份，由NASA和美國(guó)空軍支持的“系統(tǒng)研發(fā)型飛行器”(Systems Research Aircraft，SRA)項(xiàng)目在超材料智能蒙皮技術(shù)上取得重大突破。該技術(shù)利用超材料設(shè)計(jì)，將F/A-18“大黃蜂”的垂尾改進(jìn)成為機(jī)載通信天線和合成孔徑雷達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)超材料智能蒙皮的共形設(shè)計(jì)。該智能蒙皮可實(shí)現(xiàn)低可探測(cè)性的指標(biāo)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在F-22、F-35、全球鷹無(wú)人機(jī)上，用以提高隱身性能。

除了應(yīng)用在飛機(jī)上，美國(guó)海軍也在研究將光纖智能蒙皮應(yīng)用于艦船表層的電磁隱身問題，從而提高艦船和潛艇的隱身性能。美國(guó)彈道導(dǎo)彈防御局也計(jì)劃將光纖傳感器構(gòu)成的智能蒙皮集成進(jìn)導(dǎo)彈天基防御系統(tǒng)中，從而對(duì)敵方威脅做出精確判斷。

雷達(dá)隱身智能化發(fā)展分析

智能隱身技術(shù)是一個(gè)包括信息感知與獲取，數(shù)據(jù)處理、反饋控制技術(shù)以及材料技術(shù)的綜合研究領(lǐng)域，在技術(shù)上有很大難度，總結(jié)如下：

(1)可調(diào)節(jié)/重構(gòu)結(jié)構(gòu)和材料可分為隱身電磁窗口用和機(jī)體蒙皮用兩類，其調(diào)節(jié)方式主要通過電路調(diào)節(jié)、光照調(diào)節(jié)、幾何結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)等方式。屬于電路調(diào)節(jié)的有：智能頻率選擇表面；導(dǎo)電高分子材料；動(dòng)態(tài)自適應(yīng)雷達(dá)吸波結(jié)構(gòu)、有源電磁超表面和等離子體隱身也均是電路調(diào)節(jié)方式。光導(dǎo)電磁屏蔽材料屬于光照調(diào)節(jié)，通過光照改變材料的透波頻率。

(2)有源對(duì)消的概念提出和開始研究時(shí)間很早，但是目前為止其發(fā)展仍然不夠成熟，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)：入射信號(hào)多參量實(shí)時(shí)測(cè)量；隱身信號(hào)的多參量實(shí)時(shí)跟蹤、控制技術(shù)。

(3)智能隱身蒙皮是從工程實(shí)際出發(fā)提出的概念，是智能隱身在飛行器上的實(shí)現(xiàn)形式之一。智能蒙皮的主體材料需要采用質(zhì)量輕、高強(qiáng)度并且耐高溫的新型復(fù)合材料，但是目前大部分聚合物復(fù)合材料尚處于試驗(yàn)階段。

結(jié)束語(yǔ)

智能隱身技術(shù)是一項(xiàng)改變戰(zhàn)場(chǎng)游戲規(guī)則、大幅提升飛行器突防能力的顛覆性技術(shù)，需要開展理論、設(shè)計(jì)、器件、技術(shù)、工藝、應(yīng)用等協(xié)同創(chuàng)新研究，通過對(duì)目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的總結(jié)和分析，對(duì)未來(lái)發(fā)展方向建議如下:

(1)雷達(dá)智能隱身技術(shù)發(fā)展不能只局限于縮減飛行器的RCS，還要從電磁頻譜對(duì)抗等角度進(jìn)行飛行器特征信號(hào)隱身對(duì)抗。

(2)雷達(dá)智能隱身技術(shù)是集感知、決策、執(zhí)行于一體，但是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)雷達(dá)智能隱身技術(shù)的研究主要集中在執(zhí)行這一方面，對(duì)感知和決策兩方面探索研究工作仍然較少，所以還需要對(duì)兩個(gè)方面進(jìn)一步深人研究。

(3)未來(lái)雷達(dá)智能隱身的發(fā)展，可以與人工智能發(fā)展相結(jié)合，通過深度學(xué)習(xí)等人工智能算法產(chǎn)生最優(yōu)的隱身模式及隱身特征信號(hào)調(diào)控方案。

審核編輯：湯梓紅