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最強理論性文章來襲:對隱身目標,我們能夠在多遠探測到?

浩漢鬧

自從隱身飛機問世以來,其神話廣為流傳。諸如「肉眼發現了雷達上都還未出現」,「只有不到20km的發現距離」等等。那麼浩漢這次簡單做個估算,看看隱身飛機的隱身性能到底有多強,能夠貼到多近的距離才能被雷達發現。

首先,介紹下估算的基本背景。我們的隱身飛機,這裡以典型的低可探測型號如F22/F35 來模擬,其信號特徵用RCS來衡量,這裡取其迎頭正面設為0.01m2級。整個模擬框架為忽略雜波、電子干擾等複雜戰場環境,結合經驗公式來進行簡單分析。

很多朋友可能會說,這有什麼好算的,根據雷達方程,對目標的探測距離不是隨著目標RCS的四次方根(即0.25次方)線性變化的么。是,沒錯。根據典型雷達方程,確實如此。但是很多朋友忽略的一個問題是,這個雷達方程的探測距離,是建立在穩定跟蹤之上的。什麼意思呢?就是說只有當雷達在已經發現目標,並對其建立跟蹤的條件下,此時rcs變化,那麼跟蹤距離才是隨之的0.25次方起變化。如果當雷達沒有發現目標,仍處於搜索狀態,那它對RCS的響應自然是不同的。因此,傳統的觀點認為,當RCS縮小至原來的十分之一,即-10dB時,探測距離變為原來的56%;RCS縮減至原來的百分之一,即-20dB時,探測距離變為原來的32%左右。但實際上這種跟蹤狀態對於沒有發現目標的雷達而言沒有意義。因為當雷達處於搜索狀態時,是對未知空域進行一個廣角掃描,需要覆蓋較大空域,搜索時間往往較長。尤其是當使用針狀波束掃描時,其掃描完所有空域的時間和建立目標信息的時間很長(一般至少需要最少3-6次連續掃描信息才能確立目標)。而低RCS目標目標本身信號特徵低,回波信噪比不高,其發現難度進一步增加。根據一項研究和經驗公式,對於傳統的機掃雷達,地面警戒搜索雷達(往往使用扇形波束,搜索效率比針狀波束高)有效探測距離隨著RCS的變化關係是0.5次方,而非經典公式里的0.25次方機載機掃雷達(往往使用針狀波束,因而搜索效率低下)其有效探測距離隨著RCS的變化關係是0.75次方。

浩漢小編特意製作幾張張曲線圖,更為形象得看各種典型雷達搜索和跟蹤距離隨著隱身目標RCS的變化而變化的趨勢。這裡我們假設了三種類型的雷達,分別是戰鬥機機載雷達、地面警戒雷達、預警機機載雷達。包括有蘇27的N001雷達,其對迎頭上視目標的典型探測距離為120km(RCS=3m2)(後面的探測距離均為該RCS下的值),有設想中的典型機載相控陣雷達探測距離為250Km;典型地面警戒雷達探測距離為300km,地面相控陣警戒雷達探測距離350km;E3的APY1探測距離400km,E2D的APY9雷達探測距離500km。上面具體數據只是大致模擬模擬,並不代表真實值,但是量級上肯定沒問題。為了方便比較,這裡假定雷達的最大搜索距離和最大跟蹤距離相等。

戰鬥機機載雷達

地面雷達

空中預警機雷達

這裡值得再次強調的是,我們只考慮雷達和目標兩者參數,不考慮實際中存在的雜波和電子干擾等因素,且橫坐標RCS和雷達波段對應起來。也就是說,0.01m2是指該雷達波段下的值,並不代表隱身飛機在該波段下也有這麼低的RCS。這裡為了一致起見,沒有做更多區分。

所以,我們得到的結論是,對於老式機載機掃雷達,靠自己自己搜索低可探測目標只有可憐的幾公里,老式地面警戒雷達好不到哪裡去,也只有不到20公里。而傳統預警機使用針狀波束搜索時,也只有不到10公里的距離(實際上預警機的搜索模式並不唯一,所以實際表現會更好一些)。這應證了之前的說法,即對隱身目標的雷達探測距離和目視距離差不多。

再來看看使用了相控陣技術的雷達,因為相控陣波束掃描非常敏捷,搜索效率和刷新率非常高,其搜索時更趨於0.5次方的變化率,因而表現要比機掃雷達好。分別可以增加到15km、20km、30km。如果相控陣雷達依靠自身固有優勢,能在不同掃描模式之間切換,其搜索距離也是大於這個預測值的。

中華暖風的文章中出現的表格

如果考慮到地面警戒雷達和空中預警雷達愛用的s波段情況,假設F22/F35一類目標在此波段下RCS上升到0.05,那麼使用了相控陣技術後,搜索距離可分別提升至75km、50km左右,再考慮使用高效率的搜索模式,該距離還能夠提升到大於100公里的程度。這個結論也能夠從側面反映出E2D的優異反隱身能力,在UHF波段,假設隱身目標RCS提升為0.5m2級別,其搜索距離也有大約200km。

這個結論也說明,傳統雷達要想反隱身,升級為相控陣是必須的,而且最好是升級為波形更為靈活的AESA。當然,即便有大於100公里的搜索距離,在實戰中也是很捉襟見肘的,如果有反隱身雷達提前搜索確立隱身目標的方位,讓這類非反隱身雷達在一個小區域內搜索,其性能會很接近與跟蹤模式,此時對隱身目標的探測距離能夠拓展到之前的數倍之多。這也是我國大力發展反隱身雷達組網,提升體系化反隱身能力的原因之一。

各型反隱身雷達,能在數百公里外發現隱身目標

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