问题

隐身战斗机的雷达反射面积只有鸟类那么大,那么雷达关注速度比鸟类快的多的目标就可以探测隐身战斗机吗?

回答
这是一个非常有趣的问题,也是很多人对隐身技术产生疑问的根源。简单的答案是:不仅仅是雷达关注速度比鸟类快很多,就能“看见”隐身战斗机,但速度确实是影响隐身效果的一个重要因素,并且还有其他很多关键点需要考虑。

要理解这个问题,我们需要先弄清楚几个概念:

1. 雷达反射面积(RCS)是什么?

你可以把RCS想象成一个物体对雷达波的“可见度”。它不是一个固定的物理尺寸,而是雷达波“看到”这个物体后,物体反射回雷达的能量强度。隐身战斗机之所以雷达反射面积小,并不是因为它真的变得透明了,而是通过以下几种方式欺骗雷达:

外形设计: 隐身战斗机的机身、翼面、进气道、尾翼等都经过精心设计,尽量避免出现会形成强反射的直角面或尖锐边缘。它们往往采用倾斜、弯曲、光滑的表面,让照射过来的雷达波尽可能地“散射”到其他方向,而不是直接反射回雷达天线。
吸波材料: 战斗机表面会涂覆或集成特殊的吸波材料,这些材料能够吸收一部分雷达波的能量,使其衰减,从而减少反射回来的信号。
减少外露突出物: 武器、油箱等通常会内置在弹舱内,天线也尽可能地隐藏或设计成与机身融为一体,避免形成雷达波的反射源。

所以,隐身战斗机的RCS确实可以做到非常小,小到和一只大型鸟类(比如一只鹰或老鹰)的RCS相当,甚至更小。这就像你站在一堆石头中间,一只小兔子藏在石头缝里,你可能很难发现它。

2. 雷达的工作原理和目标探测

雷达通过发射电磁波(雷达波),然后接收物体反射回来的电磁波来探测目标。它通过测量接收到的信号强度、方向和返回时间等信息来判断目标的距离、速度和方位。

信号强度: 信号越强,越容易被探测到。隐身战斗机正是通过减小RCS来降低反射信号的强度。
信噪比(SNR): 这是雷达能否区分目标信号和背景噪声的关键。即使目标反射的信号很弱,但如果它足够强于环境噪声,雷达就能探测到。隐身战斗机的目标就是让其反射信号低于雷达的“探测阈值”,或者说让信噪比变得非常低,低到雷达无法确切地判断出这是一个目标。

3. 速度真的能“看穿”隐身吗?

单纯地“速度比鸟类快得多”本身并不能直接让雷达“看见”隐身战斗机,但这确实会给雷达探测带来一些“优势”,或者说更准确地说,是影响了雷达捕捉到隐身目标的可能性。

让我们从几个角度来分析速度的影响:

雷达的刷新率和探测周期: 雷达天线需要时间来扫描空间中的各个区域。一个目标在雷达扫描到一个区域时,如果它移动得非常快,那么在雷达完成一次扫描周期后,它可能已经移动到另一个雷达扫描范围之外的地方了。这意味着雷达错过了一个“瞬间”,导致无法连续跟踪。
多普勒效应: 雷达可以利用目标运动产生的多普勒效应来判断目标的速度,并区分动目标和静止目标。
增强探测能力(特定情况下): 对于某些低RCS的目标,如果它们以非常高的速度靠近或远离雷达,它们产生的多普勒频移会更大。某些先进的雷达系统,特别是使用先进信号处理技术的雷达,可以利用这种更大的多普勒频移来更有效地滤除背景噪声和地杂波(地面反射的雷达信号),从而更容易地从噪声中识别出这个快速移动的小目标。想象一下,你正在一个嘈杂的房间里听音乐,如果有人对你大喊一声,你可能听不到,但如果他用非常快速的节奏喊叫,你反而可能更容易注意到这个声音的独特之处,因为它与周围的杂音有了显著的区别。
不利于跟踪: 然而,即使雷达探测到了这个快速移动的目标,高速度也意味着目标在雷达扫描周期内移动的距离更大,这会使得雷达的跟踪变得更加困难,需要更快的扫描速度和更复杂的跟踪算法。
信号处理能力: 现代雷达拥有强大的信号处理能力,可以对接收到的微弱信号进行分析和增强。如果隐身战斗机的RCS非常非常小,即使有速度加成,也可能仍然在雷达的探测阈值之下。

4. 雷达关注速度 vs. 目标自身的运动速度

这里有一个重要的区分点:我们讨论的是“雷达关注速度”和“目标自身运动速度”的区别。

目标自身运动速度: 这是指隐身战斗机在空中飞行的速度。如上所述,高速度可以带来多普勒效应的优势,但也增加了跟踪的难度。
雷达关注速度: 这是指雷达能够实时处理和跟踪目标的更新频率。一个拥有高“关注速度”(或称“更新率”)的雷达,意味着它能以更快的频率扫描和处理数据,从而有更高的概率捕捉到快速移动的目标。

所以,问题的核心在于,如果一个雷达系统能够以足够快的频率进行扫描和处理,并且其信号处理能力足以从噪声中分辨出极低RCS的目标,那么速度确实能为探测提供一定的帮助。

5. 更多影响探测的因素(不只是速度)

仅仅依靠速度来探测隐身战斗机是远远不够的,还有很多其他关键因素:

雷达的频率:
低频雷达: 通常波长较长,对小目标的探测能力较弱,但对隐身目标的吸波涂层效果不那么敏感,更容易探测到。例如,一些大型地面雷达和预警机雷达会使用低频波段,它们可能更容易发现隐身目标,但其分辨率较低,难以精确识别和跟踪。
高频雷达: 波长短,分辨率高,能探测到更小的细节和目标,对隐身设计的限制更大,但更容易被隐身飞机的吸波材料和外形所影响。
雷达的功率: 雷达发射的功率越大,返回的信号信号强度也可能越高。
雷达的灵敏度: 雷达接收器对微弱信号的敏感程度。
目标所处的环境:
背景噪声: 在电磁干扰严重的环境中,探测能力会下降。
地形杂波: 山脉、建筑物等也会产生雷达反射,可能掩盖目标信号。
隐身战斗机的隐身程度: 隐身技术是一个相对的概念,没有哪种飞机能做到绝对的隐身。不同型号的隐身飞机,其隐身性能差异很大,RCS也不同。
攻击和防御的博弈: 雷达设计师会不断改进雷达技术,以对抗隐身目标;而隐身飞机设计师也会不断优化隐身设计,以规避雷达的探测。这是一个持续的“矛与盾”的对抗过程。

总结一下:

隐身战斗机之所以难以被探测,是因为其RCS非常小。仅仅依靠“速度比鸟类快得多”这一项,并不能保证雷达就能探测到隐身战斗机。

但是,高速移动确实可能给雷达探测带来一些机会:

增强的If你指的是从雷达的角度去看,那确实存在一种情况: 当隐身战斗机以极高的速度移动时,它们产生的多普勒频移会非常显著。某些具备先进信号处理能力的雷达,可以利用这种显著的多普勒频移来将目标信号从背景噪声中剥离出来。这就像在一个充斥着微弱随机杂音的房间里,突然出现一个节奏清晰、音量变化剧烈的声音,你反而更容易注意到这个声音,尽管它的整体音量可能并不大。

更关键的是,雷达的探测能力是一个综合考量,包括但不限于:

雷达的灵敏度: 能否“听到”微弱的反射信号。
雷达的信号处理能力: 能否从一堆杂乱的信号(包括背景噪声、地面反射等)中识别出目标信号,即使这个信号非常微弱。
雷达的扫描速度和更新率: 能否在目标移动到下一个位置之前及时捕捉到它。

因此,一个“能够关注速度比鸟类快得多”的雷达,如果它同时具备强大的信号处理能力和高更新率,那么它确实比普通雷达更有可能在复杂环境中探测到隐身战斗机。但是,如果这个隐身战斗机的RCS足够小,其反射信号实在太弱,即使它速度再快,也可能仍然在雷达的探测能力之下。

总而言之,隐身技术并非让你完全“消失”,而是让你在敌方雷达的“视野”中变得非常模糊,难以发现和跟踪。高速是隐身战斗机的一种作战特性,它可能为雷达探测提供一些线索,但能否最终探测到,取决于雷达系统整体的性能,以及隐身战斗机本身的隐身设计。这就像你很难在一片嘈杂的夜市中找到一个穿着黑衣、动作敏捷的人,但如果你有高科技的夜视设备和敏锐的听觉,你找到他的可能性就会大大增加。

网友意见

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现在通常使用雷达散射截面积(RCS)这个单位来衡量隐身战机的隐身性能,因为设计隐身战机的时候都是围绕降低RCS展开的。

RCS并不是说在雷达看来这个东西的实际大小,雷达其实根本看不出一个东西的大小。它真正的含义是某个物体在雷达接收方向上对雷达波的反射能力。

雷达其实就是一个雷达波的发射和接收装置,它的发射模块只能发射某个功率以下的雷达波,它的接收模块也只能接受某个功率以上的雷达波,比这个功率低的雷达波它接收了也无法处理,雷达是否发现目标取决于回波功率,而回波功率和距离、RCS、发射功率都有关系。

比如有一部雷达,它的发射器最大发射功率是10kw,接收器最低可接收并处理1kw的雷达波,在某个距离上有个RCS为10的目标,现在雷达向目标方向发射了一束10kw雷达波,目标反射回来了一个5kw的雷达波,5kw比1kw大,所以这部雷达的接收器接到了回波,并且根据回波的频率和发射接收过程的时间差可以算出目标的距离和相对速度。

同样是这个目标,现在它的RCS变成了1,雷达的发射频率还是10kw,但此时目标只产生了0.5kw的回波,0.5kw比1kw要小,这部雷达的接收器处理不了这么小的信号,所以这部雷达就发现不了这个目标。

只要回波功率足够大,不管这个东西有多远雷达都能看见,只要回波功率不够,哪怕这东西怼到雷达上也发现不了(顺便一说雷达罩雷达就发现不了)。

而且雷达分辨不出来回波到底是不是目标反射回来的,你用另一部雷达向这个雷达发射一道频率近似的雷达波也有可能被雷达误认为是目标的回波,根据时间差和频率差异照样可以算出“目标”的距离和相对速度,虽然算出来的“目标”位置其实什么都没有。当然了现实中的雷达不都那么傻,是可以通过各种方法识别出一些假目标的。

所以你问得这个问题就可以解答了,那就是不可以,雷达发现不了就是发现不了,想在更远的距离发现隐身战机要么提高发射频率,要么提高接收器、信号处理器的性能,让它可以处理更低功率的回波。

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咱们先来看一篇回忆录:

当安德森领着F/A-18机群接近到巴格达西边80公里时,雷达侦测到巴格达近郊机场有一架战机迅速起飞爬升。雷达可以读到目标的各种参数,由此安德森可以判断出这不是任何一种联军拥有的机种:因为目标空速高达1.4马赫,而且还不断地在爬升当中!世界上只有一种战机会这么作,那就是米格-25“狐蝠”。漆黑的夜色中,安德森看到了难以忘怀的景象:“我可以目视到加力燃烧器排出的长长黄色尾焰,就跟我以前看过的米格-25一模一样。”安德森一面跟上敌机的转弯,一面要求预警机准许他攻击,但预警机不是万能的。当敌机转向时如果飞行方向与雷达波方向垂直,则多普勒雷达暂时会将其视作地形杂讯而消除,当然,空中并不止l架预警机、故敌机飞行方向不可能同时跟每一道雷达波垂直,然而问题是,不同预警机会以不同的频率指挥所属的战机,而此时安德森的无线电无法跟看得到米格-25的预警机联络。对指挥安德森的预警机而言,安德森是在原地对着一个幻影绕圈圈,对其它的F/A-18来说也是一样:另一位飞行员阿尔巴诺回忆:“我听到安德森的警告,并迅速用雷达搜寻那架敌机,然而他绕的速度是如此之快,而雷达搜索空间有许多的限制,根本跟不上变动如此快速的战斗空间。我只知道有一架敌机如入无人之境地绕过我们。”在毫无支援的情况下,安德森企图跟上这架高速的敌机,不幸的是,米格-25突然把加力燃烧器关掉,此时,米格-25已绕出安德森的雷达搜索角度,使得安德森无法用任何方法找到敌机。一架60年代设计的米格-25就这样仅凭着超音速及正确的闪躲动作,连闪数架第四代战机及预警机的追踪,消失在美军的后方。——摘自空军之翼论坛“败者的荣光”——纪念海湾战争开战25周年之伊拉克空军米格-25PD“食蜂狐蝠”

看完你肯定会一脸懵逼,什么鬼,雷达居然还会抓不住米格25?那可不是“时速1.5马赫的鸟”,而是一大坨银光闪闪的304不锈钢呀,那咱们就进入正题讲一讲吧。

雷达,尤其是脉冲体制的雷达,他是依靠周期性发射电磁波并接收回波信号来实现探测目标的,这很好理解,比如下图场景:

一天,当你驾驶着格鲁曼牌长轴距尊享版雄猫战机在天空试驾的时候,突然有两个不怀好意的304不锈钢截住了你的去路

这个时候我们的雷达上显示的画面就是这样:

看,两个新鲜的靶子。陪你试驾的RIO兴奋的搓了搓手,机腹的不死鸟已经饥渴难耐了。

当然,两架米格大佬也不是等闲之辈,一个猛子扎下去,雷达画面立刻就变成了这样:

那么,请你告诉我:

不好意思放错了......

是不是抓狂了?没错,你让雷达操作员在屏幕上寻找那只1.5马赫小鸟的时候,他就是这个心情。很显然,依靠人眼从这一堆杂乱无章的回波信号里找出目标,根本就是不可能完成的任务。即使你能分辨,雷达也分辨不出来,哪怕你手动锁定目标,在地面杂波的干扰下雷达也会立刻脱锁丢失目标。“那就没办法了吗?”你沮丧道。只见RIO胸有成竹的启用了PDS(脉冲多普勒搜索)模式,目标立刻重新出现在屏幕上:

“好神奇,”你赞叹道:“怎么做到的?”“呃,这个怎么和你解释呢?”RIO骚了骚头盔,“大家都听说过1.5马赫小鸟的笑话吧.这个笑话的关键点不是发现小鸟,而是发现1.5马赫的目标。毕竟小鸟可不是不锈钢做的,不可能飞出马赫数出来。而想要用雷达分辨速度不同的物体,就需要找出他们两者回波的区别,再用滤波器加以剔除。”“所以你们使用多普勒频移来寻找目标?”你恍然大悟到。

那么很显然,在这么一片空域中,高速移动的物体除了我们之外,就只有两块充满暴力美学的不锈钢了。只要雷达后端分析回波的多普勒频移特征,就能立刻揪出这只天赋异禀能飞出1.5马赫的“小鸟”了。

“那我们岂不是可以直接反隐形了?”你兴奋的问道。“哪有这么简单”RIO苦笑到:“你减速试试看”。你将信将疑的控制着大猫减速,很快,令你目瞪口呆的情况出现了:

多普勒效应的特点是速度差距越大越明显,反过来相对速度越低多普勒效应就越弱。当多普勒效应弱到一定程度的时候,雷达滤波器将无法正确的识别回波,从而把目标回波作为杂波过滤掉,这便是脉冲多普勒雷达的“零速盲区”。作为这款尊享版雄猫的雷达,AWG-9在PDS模式下的“零速盲区”为±100节航速,当与目标相对速度小于100节时雷达将不会显示目标。

对于这个问题的解决办法,便是以地速为基准,通过参考本机的地速从而剔除掉具有相应多普勒频移特点的回波(即地面回波),留下的回波便是目标。无论对方是否与我们保持±100节的相对速度,他都会被显示在屏幕上。这样也就规避了所谓的“零速盲区”。这种通过测量相对地速来识别目标的办法,也是脉冲多普勒雷达功能的一种。当然,多普勒效应的特点就决定了即使采用这种模式依然无法避免雷达盲区的出现。当目标垂直于我们航线飞行时,他和地面的相对地速会变成0,雷达也同样会出现无法正确的识别回波的情况,把目标回波当成杂波过滤掉,就像这样:

这种盲区被称为“主瓣杂波盲区”,即雷达后端将目标的回波识别为地面回波而将其过滤掉了。 可见只要使用正确的方法,即使是一架不具备隐身外形的飞机同样可以隐匿于雷达的显示屏上。开篇那架米格25便是使用了同样的办法躲开预警机和F18的雷达,完成单枪匹马强闯航母防空圈的壮举。

“是雷达就会有盲区。”RIO突然严肃了起来:“只有灵活的使用不同的体制的雷达互补,才能充分发挥雷达的功效,而这便是RIO存在的意义。”“隐身战机天生所具备的低可探测性,无疑是对雷达的信息处理能力提出了严峻的挑战,也对RIO提出了更高的要求。历次的空战演习中,每当我们探测到这些1.5马赫的隐身小鸟时,往往已经处于中距弹不可逃逸的包线内了,这样的发现又有何意义呢?”RIO叹息道,“这也许就是命运吧。”说完他便按下了发射钮,只觉得飞机猛然一轻,翼根挂载的两枚不死鸟导弹同时离体下坠,随即伴随着震耳欲聋的咆哮拖着滚滚尾焰射出,犹如昂首的眼镜蛇一般以一条凶狠的高抛弹道向上爬升,消失在天际。而RIO面前的雷达面板上,被锁定的不锈钢正在荧幕上闪烁。(完)

注1:米格25使用的是两种高性能钢材,一种是高钼高氮奥氏体不锈钢,另一种是高镍耐高温马氏体钢。而本文使用的“304不锈钢”仅仅是一种调侃,并非米格25使用的钢材。

注2: @居延曾经是个海 大佬补充提出:

所以当年AWG-9雷达受困于时代的主瓣杂波盲区已被现代化PD雷达解决。

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