第40卷第6期 电子与信息学报 Vol.40No.6 2018年6月 Journal of Electronics Information Technology J1n.2018 射频隐身技术研究综述 王谦桔① 何召阳 宋博文 李寰字网 (空军工程大学装备发展与运用研完中心西安710051 ②（空军工程大学装备管理与安全工程学院马安710051 (中周科学院遥感与数字地球研完所北京100 摘要：机载用频设备的增加和截获接收技术的发展，导致航空器在电子对抗中的生存能力受到严重威胁。该文阐 述了射须隐身的概念和基本原理，概括射频隐身技术的研究现状及主要千盾，其次，重点以雷达射娘锅射模型为主 线，归纳了功率控制、波形设计、环境利用等时城、空城、類城、能量城的射隐身技术， 总结射隐身领城的审 要研究成果。最后，基于对已有算法和研究成果的分析，提出当前研究中存在的射频隐身技术局限性、评估指标 等问愿。预测 身技术 关键词：射频隐身：低截获概率：功率控制：性能评估：航空集稀 中图分类号：TN978 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2018)06-1505-10 D0L10.11999/JEIT170945 Overview on RF Stealth Technology Research WANG Qianzhe HE Zhaoyang SONG Bowen LI Huanyu (Equioment and application resenrch dep sity.Xran 710051.China) nsing and DigitalE Chine Abstract:With the development of airborne equipment and the intercepted receiving technology.the survivability of aireraft in electronic confrontation is seriously threatened.The concept and basic principles of radio frequenc tealth.the research status and maior contradictions of radio fremeney stealth technology are summarized in thi aper.Secondly,focusing on the radar RF radiation model as the main line,in power control,waveform design,etc the RF stealth technology of power control,waveform design and environment utilization in time domain,spatial lomain,frequeney domain and energy domain is expounded.The important research achievements in the field of RF stealthare marized.Finally,on the basis of the anlysis of existing algorithms and research re the limitations of RF stealth technology and the uniqueness of evaluation indicators in current research are summarized,and the future research direction of RF stealth is forecaste Keywords:Radio frequeney steth;Low Probability of Interception (LPI):Performce Aviation warm 1引言 术。通过对航空器上的辐射源进行设计和管理，在保 隐身、反隐身是未来空中攻防作战的基本特征 证其能 满足」 样化军事需求情况 尽可能 和发展趋势。随着美军下-22和下-35的研制成功和 发射机的幅射 工C作时间 抗 装备部队投入使用，迅速发展的无源探测系统对航 是射烦隐身的最终目的。对我军新 一代作战机米 空器的生存构成了严重威胁，隐身/反隐身问题就 讲，隐身能力是最重要、最基本的作战能力之 为我军在空战 亟需解决的关健问题 隐身航空器的隐身能力包括雷达隐身、红外隐身和 技术也称有源目标特征减缩技术或低截获概率 射频隐身3个方面刊，雷达隐身的本质是减小飞机在 不同方向、不同频段的被动电磁散射特征，降低被 收衡日期：217-1018：改回日期：218-2：网络出版：018041 敌方雷达探测发现的范围和概率，其实质是一个低 可探测性(O)问题，是飞机的一种固有特性，其特 基金项：国家自然科学基金G1305) 件可以用单 参数RCS)来定量描述。红外隐身的 本质是减小飞机发动机和机体的主动红外辐射特 1994-2018 China Academie Jour al Eleetronie Publishing House.All rights www.cnki.ne
第 40 卷第 6 期 电 子 与 信 息 学 报 Vol.40No.6 2018 年 6 月 Journal of Electronics & Information Technology Jun. 2018 射频隐身技术研究综述 王谦喆① 何召阳①② 宋博文③ 李寰宇*① ① (空军工程大学装备发展与运用研究中心 西安 710051) ② (空军工程大学装备管理与安全工程学院 西安 710051) ③ (中国科学院遥感与数字地球研究所 北京 100094) 摘 要：机载用频设备的增加和截获接收技术的发展，导致航空器在电子对抗中的生存能力受到严重威胁。该文阐 述了射频隐身的概念和基本原理，概括射频隐身技术的研究现状及主要矛盾。其次，重点以雷达射频辐射模型为主 线，归纳了功率控制、波形设计、环境利用等时域、空域、频域、能量域的射频隐身技术，总结射频隐身领域的重 要研究成果。最后，基于对已有算法和研究成果的分析，提出当前研究中存在的射频隐身技术局限性、评估指标单 一性等问题，预测了射频隐身技术未来的研究方向。 关键词：射频隐身；低截获概率；功率控制；性能评估；航空集群 中图分类号： TN978 文献标识码： A 文章编号：1009-5896(2018)06-1505-10 DOI: 10.11999/JEIT170945 Overview on RF Stealth Technology Research WANG Qianzhe① HE Zhaoyang①② SONG Bowen③ LI Huanyu① ① (Equipment Development and Application Research Department, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China) ② (College of Equipment Management and Safety Project, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China) ③ (Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China) Abstract: With the development of airborne equipment and the intercepted receiving technology, the survivability of aircraft in electronic confrontation is seriously threatened. The concept and basic principles of radio frequency stealth, the research status and major contradictions of radio frequency stealth technology are summarized in this paper. Secondly, focusing on the radar RF radiation model as the main line, in power control, waveform design, etc, the RF stealth technology of power control, waveform design and environment utilization in time domain, spatial domain, frequency domain and energy domain is expounded. The important research achievements in the field of RF stealth are summarized. Finally, on the basis of the analysis of existing algorithms and research results, the limitations of RF stealth technology and the uniqueness of evaluation indicators in current research are summarized, and the future research direction of RF stealth is forecasted. Key words: Radio frequency stealth; Low Probability of Interception (LPI); Power control; Performance evaluation; Aviation warm 1 引言 隐身、反隐身是未来空中攻防作战的基本特征 和发展趋势。随着美军 F-22 和 F-35 的研制成功和 装备部队投入使用，迅速发展的无源探测系统对航 空器的生存构成了严重威胁，隐身/反隐身问题就成 为我军在空战中亟需解决的关键问题[1]。射频隐身[2,3] 技术也称有源目标特征减缩技术或低截获概率技 收稿日期：2017-10-13；改回日期：2018-03-22；网络出版：2018-04-11 *通信作者：李寰宇 wbbandyyt@163.com 基金项目：国家自然科学基金(61502523) Foundation Item: The National Natural Science Foundation of China (61502523) 术。通过对航空器上的辐射源进行设计和管理,在保 证其能满足多样化军事需求情况下，尽可能地降低 发射机的辐射功率和工作时间，对抗无源侦察威胁 是射频隐身的最终目的。对我军新一代作战飞机来 讲，隐身能力是最重要、最基本的作战能力之一。 隐身航空器的隐身能力包括雷达隐身、红外隐身和 射频隐身 3 个方面[4]。雷达隐身的本质是减小飞机在 不同方向、不同频段的被动电磁散射特征，降低被 敌方雷达探测发现的范围和概率，其实质是一个低 可探测性(LO)问题，是飞机的一种固有特性，其特 性可以用单一参数(RCS)来定量描述[5]。红外隐身的 本质是减小飞机发动机和机体的主动红外辐射特
1506 电子与信息学报 第40卷 征，降低被敌方红外传成器探测发现的范围和概率 (ELNT系统等无源域胁，从而达到目标特征缩 甚实质是 ,个低可截获性P可句题，也是飞机的 提高生存能力。所有的无源威胁都来自具有探测、 种固有特性。甘特性可田单 进行定量描述1。雷达隐身和红外隐身技术已经有 分类和识别功能的酸获接收机，P系统的设计必须 截获接收机的 ,大多数 对成熟，射频隐身技术还处于发展阶段，根据 射频隐身技术研究都是基于Schleher截获因子： 桶效应”原理，射频隐身成为迫切需要弥补的短板 PGGLA 3种隐身能力的有效实现和平衡是作战飞机隐身能 a= R (4xY LnrLukToF:B,Pr 力重要保证，只有实现雷达、红外和射频隐身的协 调发展，才能确保在隐身、反隐身对抗作战中的相 对优势。 (4kToFR BR:PR:LRT LRR Schleher截获因子a越小，飞机射频隐身性能越 2射频隐身概念及基本原理 好。越大，飞机射频辐射风险越大。当<1时， 21射频隐身的概念及特征 航空器隐身并不是单一的技术手段而是许多技 机载雷达不易被截 术的综合体现，这些技术使得航空器更难被探测 1时 射频隐身性能较若 当a=1 时处 截获和攻击。射频隐身是指减少包括雷达在内的射 态。 频信号特征，使敌方（雷达等）传感器处于不断的信 综上所述，射频隐身技术是以雷达 ,数据链 息处理和猜测中，从而不能及时发现和确定目标。 射频辐射源的深测距离与截获接收机的截获距离 一旦发现，为时已晚-。与雷达隐身和红外隐身 模型对模型中参数进行研究，通过功率控制、波 不同，射频隐身面对的是低截获问题， 空器平 设计、控制等技术手段，使敌方截获接收机难以截 台上的所有射频辐射源都会 临被截获的 a 获我方辐射源信号或者被截获到后难以识别，最终 不影响正常 作的 射源进行低截 达到射烦隐身的目的。 处理 个具有多元、多维动态特征性的综合性课题。 3射频隐身技术研究现状及主要矛盾 它具有以下特点 由于涉及军事应用且拥有较高机密性， 因外关 (1)是一个多设备综合技术问题。射频隐身涉乃 于射烦隐身项目研究的大部分内容仍处于高度保密 到作战飞机所有具有主动电磁信号辐射的用频设 状态，目前已经公开发行的研究资料和已经具备相 备，例如机载宙达、数据链系统、敌我识别器、无 应隐身功能的战斗机资料相对较少。 线电高度表、通信导航设备、电子对抗设备等，要 求对在空域、时域、频域这些设备的电磁辐射进行 3.1国内外研究现状 在国外研究中，美国在射频路身技术和隐身新 个机载航申系统层面的综合 空器的研究上处于主导地位， 在已经公开的资料 技术问题 (②)是 个LPI与辐射管控相结合的问题。对 战飞机设计来讲，即要解决机载雷达、电子对抗等 美军 F-22 ,F-117等 中型号的院 主动辐射设备的LPI设计问题，降低设备电磁辐射 航空器，对航空器的隐身技术已经有了熟练的学 握可 特征，同时还要基于战场环境感知与评估，解决射 射频隐身技术实验最早出现在美军F-117战斗 频辐射的管控问颗，确保在风险可控的前提下讲行 机上，面对复杂的电磁环境，处于工作状态的航空 器需要品射大量电磁信号，即使雷达隐身、红外险 (③)是一个智能化决策问题。作战飞机要完成 身技术相对成熟，航空器的生存能力也会因为射频 战任务，就必须辐射，而辐射就意味着有被截获和 信号被获而号到威助。关军意识到灾现整体隐乌 攻击的风险，因此射频隐身与作战任务、作战过程、 的重要性，射跨身逐浙成为美军研穷的重古 作战状态以及作战对手的特性密切相关，是一个攻 在1973年美军开启了 研究计划 击与防御交织的智能化决策问题 美军开始 系 2.2射频隐身技术基本原理 其中部分研究内容是将不同型 达进行评行 射频隐身技术的最终目的是采用LPI技术对抗 对比，最后结果显示采用射频隐身技术的雷达被截 反辐射导弹(ARM)、到达方向(DOA)系统、雷达告 获概率有了显著的降低，由于处于初始研究阶段， 警接收机(RWR)、电子对抗(ECM)设备和段子侦查 美军还没有掌握成熟的射频隐身技术。 994-2018 China Academic Joural Eleetronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne
1506 电 子 与 信 息 学 报 第 40 卷 征，降低被敌方红外传感器探测发现的范围和概率， 其实质是一个低可截获性(LPI)问题，也是飞机的一 种固有特性，其特性可以用单一参数(红外辐射强度) 进行定量描述[6,7]。雷达隐身和红外隐身技术已经相 对成熟，射频隐身技术还处于发展阶段，根据“木 桶效应”原理，射频隐身成为迫切需要弥补的短板， 3 种隐身能力的有效实现和平衡是作战飞机隐身能 力重要保证，只有实现雷达、红外和射频隐身的协 调发展，才能确保在隐身、反隐身对抗作战中的相 对优势[8]。 2 射频隐身概念及基本原理 2.1 射频隐身的概念及特征 航空器隐身并不是单一的技术手段而是许多技 术的综合体现，这些技术使得航空器更难被探测、 截获和攻击。射频隐身是指减少包括雷达在内的射 频信号特征，使敌方(雷达等)传感器处于不断的信 息处理和猜测中，从而不能及时发现和确定目标， 一旦发现，为时已晚[9 11] − 。与雷达隐身和红外隐身 不同，射频隐身面对的是低截获[12]问题，航空器平 台上的所有射频辐射源都会面临被截获的风险，在 不影响正常工作的条件下将这些辐射源进行低截获 处理一个具有多元、多维动态特征性的综合性课题。 它具有以下特点： (1)是一个多设备综合技术问题。射频隐身涉及 到作战飞机所有具有主动电磁信号辐射的用频设 备，例如机载雷达、数据链系统、敌我识别器、无 线电高度表、通信导航设备、电子对抗设备等，要 求对在空域、时域、频域这些设备的电磁辐射进行 综合控制，因此它是一个机载航电系统层面的综合 技术问题。 (2)是一个 LPI 与辐射管控相结合的问题。对作 战飞机设计来讲，即要解决机载雷达、电子对抗等 主动辐射设备的 LPI 设计问题，降低设备电磁辐射 特征，同时还要基于战场环境感知与评估，解决射 频辐射的管控问题，确保在风险可控的前提下进行 电磁辐射。 (3)是一个智能化决策问题。作战飞机要完成作 战任务，就必须辐射，而辐射就意味着有被截获和 攻击的风险，因此射频隐身与作战任务、作战过程、 作战状态以及作战对手的特性密切相关，是一个攻 击与防御交织的智能化决策问题。 2.2 射频隐身技术基本原理 射频隐身技术的最终目的是采用LPI技术对抗 反辐射导弹(ARM)、到达方向(DOA)系统、雷达告 警接收机(RWR)、电子对抗(ECM)设备和段子侦查 (ELINT)系统等无源威胁，从而达到目标特征缩减 提高生存能力。所有的无源威胁都来自具有探测、 分类和识别功能的截获接收机，LPI系统的设计必须 能降低截获接收机的所有3种功能[13]。目前，大多数 射频隐身技术研究都是基于Schleher截获因子： 1/2 2 1 2 0 1/4 2 2 3 0 (4 ) (4 ) ' ttI I RT IR I I Ii D ttr R Ri Ri RT RR PGG L R L L kT F B P R PGG L kT F B P L L λ α λ δ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ π ⎟ ⎝ ⎠ = = ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ π ⎟ ⎝ ⎠ (1) Schleher截获因子α 越小，飞机射频隐身性能越 好。α 越大，飞机射频辐射风险越大。当α < 1时， 截获接收机的截获距离小于机载雷达自身的探测距 离，机载雷达不易被截获，射频隐身性能较好。当 α > 1时射频隐身性能较差。当α = 1时处于临界状 态。 综上所述，射频隐身技术是以雷达、数据链等 射频辐射源的探测距离与截获接收机的截获距离为 模型对模型中参数进行研究，通过功率控制、波形 设计、控制等技术手段，使敌方截获接收机难以截 获我方辐射源信号或者被截获到后难以识别，最终 达到射频隐身的目的[14]。 3 射频隐身技术研究现状及主要矛盾 由于涉及军事应用且拥有较高机密性，国外关 于射频隐身项目研究的大部分内容仍处于高度保密 状态，目前已经公开发行的研究资料和已经具备相 应隐身功能的战斗机资料相对较少。 3.1 国内外研究现状 在国外研究中，美国在射频隐身技术和隐身航 空器的研究上处于主导地位，在已经公开的资料中 显示自20世纪70年代美军“Have Blue”项目以来， 美军已经成功研制了F-22、F-117等多种型号的隐身 航空器，对航空器的隐身技术已经有了熟练的掌 握[15]。 射频隐身技术实验最早出现在美军F-117战斗 机上，面对复杂的电磁环境，处于工作状态的航空 器需要辐射大量电磁信号，即使雷达隐身、红外隐 身技术相对成熟，航空器的生存能力也会因为射频 信号被截获而受到威胁。美军意识到实现整体隐身 的重要性，射频隐身逐渐成为美军研究的重点。于 是，在1973年美军开启了“Have Blue”研究计划， 美军开始了低截获概率雷达(LPIR)系统的试飞试 验，其中部分研究内容是将不同型号雷达进行评估 对比，最后结果显示采用射频隐身技术的雷达被截 获概率有了显著的降低，由于处于初始研究阶段， 美军还没有掌握成熟的射频隐身技术
第6期 王谦喆等：射频隐身技术研究综述 150 到了20世纪80年代，射频隐身技术得到了大力 技术前后航空器的截获距离远近，对射频隐身技术 发展，在美军秘密研制的隐形轰炸机B2上讲行了力 中存在的矛盾讲行了分析，展望了射频隐身的发国 量的射烦隐身哈，几.)上转名右A卫O.18相隆村 热 南京航空航天大学的周建江、汪飞、杨字晓 雷达，该雷达频谱较窄有功率控制和波形选择功 和射功 能， 具有 定的低截获概率① 利用 了群优 Intercept,.LP),相比以前的雷 达隐身性能有较大改 群多目标优化算法对数据链通信料 善，可以说美军己经掌握了部分的射频隐身技术。 型进行优化， 实现功举控制 在已知被深测航程 从上世纪90年代开始，随着料学技术的发展 器的距离和雷达横截面的基础上设定了天线扫描方 武器装备和侦察探测技术有了较大的飞跃，航空器 间的功率，根据做获接收机的方位建立深、模型 的生在面临的威胁中加严重.美军开始以最新的战 提出了较好射频隐身性能的基于射频隐身的宽带发 斗机下25知下))为栽休材射前隐身特术排行肝宝 射波束形成方法。还对跳频通信的跳频间隔和跳频 并将其应用在通信导航、敌我识别、机载雷达等 周期行研究，将跳频系统先验数据作为研究样本 电系统上。综合隐身理论的提出是在-22战斗机的 利用混沌粒子群优化算法(HCPSO)对最大熵的对 发展研制积想出的 偶规划进行优化计算 提出的最大 件熵的跳新 备的辐射特征 通过高 集成的航空电 关合设计方法具有最大的不 人为管控和机载航电系统自动决策的方 对 确定性和最小的截获 空器的用频设备 进行合理均衡的控制，最大程度地 期间 在国外相关资料的基础上 降低了航空器被截获接收机探测、跟踪和截获的 国内许多科研单位对射隐身技术进行了研究，得 率。美军以F-22为平台，开展了机载AN/APG77 出了 些结论，取得了初步成果。南京航空航天大 雷达和IFDL(机载数据链)技术装备的研制： 学、中航××所等单位对射频隐身的基本概令和指标 综合一休业的跨乌的理论在下？5能斗机中币 体系进行了研究，初步建立了射频隐身的理论基础 得到了重视，在其装备的AN/APG81机载雷达中 ××大学从作战任务规别角度，对射频隐身的理论 将有源相控阵雷达和申子对抗进行高度合】 型开展了研究. 航空器射频隐身能力自动化 从隐身对抗的 波束指向性的 具有 角度 利用博 提出 频辐射风 时美军的射频隐身技术 经具备作战能力，基本上 益评估准则 为射频隐身的理论深化奠定了基础 拥有了射频隐身技术 3.2射频隐身技术的主要矛 国内对机载雷达、航空通信等航电设备的低截 20世纪70年代美国空军上校博伊德提出了作战 获研究起步较早，在基础理论研究上成果丰硕，但 能力的OODA(Observe Orient Deside Act)环理论. 关于射频隐身技术的复杂一体化研究还处于初步阶 如图1所示 它分为感知、评估、决策和行动4个阶段，通过 207年，陈国海研究员鸡发表了关于射领隐 传感器感知所处的电磁环境，通过核心处理机过滤、 领域的论文， 了未来斗机对干射顷隐自的 低截获概率、和未来 感知 身技术的发展方 传感器 间：2009年 现任DL科 公司的董事长Davi RF EO Lynch,r.的著作《射频隐身导论》进入我国，Davi Lych是“沉默之蓝”雷达航电的项目经理， 参与 评估 行动 “Have Blue”,F-117,B-2,"Sea Shadow'”,F-22, 心处理机 任务管理 排巡航导弹等许多隐身面目。书中所有洛料都来漏 飞行武器传感器 于解密的原始资料，阐述了射频隐身的历史、概名 和基本原理及实现射频隐身的技术手段，为国内利 研人员开展新研究提供了研究的依据，从此开启了 国内射频隐身研究的热湖： 中国航 攻山对抗面 发展研究 心朱良成 等人对射期 身技》 的实现途径进行划分类别，通过比较使用射频隐身 图1作战能力OODA环指述 100201Chi al Electronic Publishing House .All righ www.cnki.ne
第 6 期 王谦喆等： 射频隐身技术研究综述 1507 到了20世纪80年代，射频隐身技术得到了大力 发展，在美军秘密研制的隐形轰炸机B-2上进行了大 量的射频隐身实验，B-2上装备有APQ-18相控阵机 载雷达，该雷达频谱较窄有功率控制和波形选择功 能，具有一定的低截获概率(Low Probability of Intercept, LPI)，相比以前的雷达隐身性能有较大改 善，可以说美军已经掌握了部分的射频隐身技术。 从上世纪90年代开始，随着科学技术的发展， 武器装备和侦察探测技术有了较大的飞跃，航空器 的生存面临的威胁更加严重，美军开始以最新的战 斗机F-35和F-22为载体对射频隐身技术进行研究， 并将其应用在通信导航、敌我识别、机载雷达等航 电系统上。综合隐身理论的提出是在F-22战斗机的 发展研制过程中提出的，可以大大降低机载雷达设 备的辐射特征，通过高度集成的航空电子系统，利 用人为管控和机载航电系统自动决策的方法，对航 空器的用频设备进行合理均衡的控制，最大程度地 降低了航空器被截获接收机探测、跟踪和截获的机 率。美军以F-22为平台，开展了机载AN/APG-77 雷达和IFDL(机载数据链)技术装备的研制。 综合一体化的隐身的理论在F-35战斗机中更加 得到了重视，在其装备的AN/APG-81机载雷达中， 将有源相控阵雷达和电子对抗进行高度融合，实现 了航空器射频隐身能力自动化。Harris公司开发的 具有波束指向性的天线，具有更强的定位能力。此 时美军的射频隐身技术已经具备作战能力，基本上 拥有了射频隐身技术。 国内对机载雷达、航空通信等航电设备的低截 获研究起步较早，在基础理论研究上成果丰硕，但 关于射频隐身技术的复杂一体化研究还处于初步阶 段。 2007年，陈国海研究员[16]发表了关于射频隐身 领域的论文，阐述了未来战斗机对于射频隐身的需 求，从机载雷达的辐射特性、低截获概率、和未来 军事需求等方面预测未来射频隐身技术的发展方 向；2009年，现任DL科学公司的董事长David Lynch ,Jr.的著作《射频隐身导论》进入我国，David Lynch是“沉默之蓝”雷达航电的项目经理，参与 “Have Blue”, F-117, B-2 , “Sea Shadow”, F-22，先 进巡航导弹等许多隐身项目，书中所有资料都来源 于解密的原始资料，阐述了射频隐身的历史、概念 和基本原理及实现射频隐身的技术手段，为国内科 研人员开展新研究提供了研究的依据，从此开启了 国内射频隐身研究的热潮；2010年，中国航空工业 发展研究中心朱良成、张红霞等人对射频隐身技术 的实现途径进行划分类别，通过比较使用射频隐身 技术前后航空器的截获距离远近，对射频隐身技术 中存在的矛盾进行了分析，展望了射频隐身的发展 趋势；南京航空航天大学的周建江、汪飞、杨宇晓、 张贞凯等人对雷达和数据链的采样周期和辐射功率 控制方法进行了论述，利用混合混沌粒子群优化算 法和改进的粒子群多目标优化算法对数据链通信模 型进行优化，实现了功率控制；在已知被探测航空 器的距离和雷达横截面的基础上设定了天线扫描方 向的功率，根据截获接收机的方位建立探测模型， 提出了较好射频隐身性能的基于射频隐身的宽带发 射波束形成方法。还对跳频通信的跳频间隔和跳频 周期进行研究，将跳频系统先验数据作为研究样本， 利用混沌粒子群优化算法(HCPSO)对最大熵的对 偶规划进行优化计算，提出的最大条件熵的跳频周 期、跳频间隔射频隐身联合设计方法具有最大的不 确定性和最小的截获概率[17]。 “十二五”期间，在国外相关资料的基础上， 国内许多科研单位对射频隐身技术进行了研究，得 出了一些结论，取得了初步成果。南京航空航天大 学、中航××所等单位对射频隐身的基本概念和指标 体系进行了研究，初步建立了射频隐身的理论基础； ××大学从作战任务规划角度，对射频隐身的理论模 型开展了研究；××大学、中电××所和国营××厂正 在对射频隐身的关键技术展开研究，从隐身对抗的 角度，利用博弈学理论，提出了射频辐射风险、收 益评估准则，为射频隐身的理论深化奠定了基础。 3.2 射频隐身技术的主要矛盾 20世纪70年代美国空军上校博伊德提出了作战 能力的OODA(Observe Orient Deside Act)环理论， 如图1所示。 它分为感知、评估、决策和行动4个阶段，通过 传感器感知所处的电磁环境，通过核心处理机过滤、 图1 作战能力OODA环描述
1508 电子与信息学报 第40卷 分选、识别和融合等手段对信息讲行处理。并对战 的最终目的，影响射频隐身的因素来自时域、空域 机在场环培中所处的状态做平估，是有利干我 域、能量域、极化域、波形域，孤射隐身的 机是有利敌机 同时制定出相应的计划， 技术手段大致分为低截获波形技术、辐射源功率 命令就会对飞机平台 定向天线技术 信号的最大不 武器和传 感器进行相应的管理 采取这样 个行动 制技 所 射领隐身核心技术不是某个单 技术或 后，再通过传感器来获取战场态势，并进行评估， 一机载设备的同题，而是多个设备和多项技术 从而形成一 个闭环回路 的综合体现。 战场态势涉及武器以及由与武器相关的包括证 4.1辐射源功率控制技术 信设备和雷达设备产生的信号综合构成的威胁信号 辐射功率管理（即发射正好可以实现所需误码 环境，交战双方传输的信号综合在一起反映了总的 率或探测性能的功率)是通信射频隐身的基础技术。 战术态势，如图2所示。交战双方用接收机收集并分 为了达到较好的射频隐身性能一般采用最小辐射能 析敌方信号，以获取有关敌方武器和其他资源的必 量策略，机载数据链发射机的辐射功率与机载数 要信息 红外 光电探测器以及射频无源 接收机 于感知的探测器 策略则要 时间都应以系统所需的最小能国 可外福射 目的 (我方信号 使辐射信号 始终保持在截获接收机门限值以下。从 探测角度考虑，最小辐射能量策略的重要性最大 (我方指战 文截10.201对雷达的采样周期和辐射功案控制 ) 方法进行了研究，通讨分析雷达采样周期与福射功 我方处 率，在满足系统跟踪性能要求的前提下，建立了控 d 制参数的优化模型：然后，利用粒子群笔法]优化 采样周期和白话应辐射功率笔参教，有效隆低了 提高了 图2虚术杰势图 函数和最小化能 函数件 为目标 对数据链的功率控制方法进行研究 感知环节是隐身/反隐身对抗的主要环节。该 混合混沌粒子群优化算法和改进的粒子群多目标 避免被发现 反隐身方则 化算法对数据链通信模型进行优化，通过对射频阴 身 战任务的需要 身性能参激的深入分析，又提出了基于位置关系利 在感知环节，作战双方都会考虑利用射频获取信息 基于信号强度的功率控制方法，实现了功率控制。 以掌握战场态势，利用射频感知态势的方式有主动 文献22-25引对战机在电子对抗过程中实施有近 感知和敲动感知两种。主动感知包括利用雷达探 干扰的射隐身问题进行研究，分析了现有干扰功 和利用数据链从友军处获取信息等。被动感知主要 率评估准则的不足，在雷达信号检测模型和侦察截 是利用射频无源探测系统截获对方射频信号从而获 取信息。隐身方需要同时避免反隐身方的主动探测 的同时 和被动探测，因此隐身飞机除了需要具备雷达隐身 能力 能力和红外隐身能力外 还需要在自身利用射频 文款[26.27对战斗机跟家状态下的功率自适 动感知的同时避免被反隐身方被动感知，也就是需 问顾讲行了研究，建立跟院状态下截获楷率模型」 要且各射隐身能力 提出了射烦隐身能力指标，以截获概率为目标， 于隐身考虑，不进行射频辐射能够 得最好的射频隐身效果 主动湖 达跟踪精度为约束条件，建立单次辐射能量实时最 如环节处 被动地位 法完成作战 优控制模型， 得到了基 于射频隐身的雷 达跟踪状 射频隐身的 下功率实时控制方法。 要矛店在于既需要在 利用射频主动感知战场态势， 4.2定向天线技术 义椿要避免因使用男 一是通过对 频而导致无源截获被敌方感知 定向天线技术主要分两个方面： 瓣增益、副瓣增益的控制在正常工作的前提下尽量 4射频隐身核心技术分类 使用较小的功率对截获接收机进行照射：二是通过 航空器辐射的电磁信号难以被截获是射频隐身 控能制波束对空域辐射方向或控制飞行器机动位置逼 994-2018 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne
1508 电 子 与 信 息 学 报 第 40 卷 分选、识别和融合等手段对信息进行处理，并对战 机在战场环境中所处的状态做出评估，是有利于我 机还是有利于敌机，同时制定出相应的计划，供飞 行员选择。当飞行员选择后，命令就会对飞机平台、 武器和传感器进行相应的管理。采取这样一个行动 后，再通过传感器来获取战场态势，并进行评估， 从而形成一个闭环回路。 战场态势涉及武器以及由与武器相关的包括通 信设备和雷达设备产生的信号综合构成的威胁信号 环境，交战双方传输的信号综合在一起反映了总的 战术态势，如图2所示。交战双方用接收机收集并分 析敌方信号，以获取有关敌方武器和其他资源的必 要信息。雷达、红外、光电探测器以及射频无源探 测系统都是用于感知的探测器。 图2 战术态势图 感知环节是隐身/反隐身对抗的主要环节。该环 节隐身方需要考虑如何避免被发现，反隐身方则需 要考虑如何发现隐身目标。由于作战任务的需要， 在感知环节，作战双方都会考虑利用射频获取信息 以掌握战场态势，利用射频感知态势的方式有主动 感知和被动感知两种。主动感知包括利用雷达探测 和利用数据链从友军处获取信息等。被动感知主要 是利用射频无源探测系统截获对方射频信号从而获 取信息。隐身方需要同时避免反隐身方的主动探测 和被动探测，因此隐身飞机除了需要具备雷达隐身 能力和红外隐身能力外，还需要在自身利用射频主 动感知的同时避免被反隐身方被动感知，也就是需 要具备射频隐身能力。 显然，出于隐身考虑，不进行射频辐射能够获 得最好的射频隐身效果。然而，不主动探测会在感 知环节处于被动地位，并且可能无法完成作战任务。 因此，射频隐身的主要矛盾在于既需要在感知环节 利用射频主动感知战场态势，又需要避免因使用射 频而导致无源截获被敌方感知。 4 射频隐身核心技术分类 航空器辐射的电磁信号难以被截获是射频隐身 的最终目的，影响射频隐身的因素来自时域、空域、 频域、能量域、极化域、波形域，实现射频隐身的 技术手段大致分为低截获波形技术、辐射源功率控 制技术、定向天线技术、信号的最大不确定性技术 等。所以。射频隐身核心技术不是某个单一技术或 者单一机载设备的问题，而是多个设备和多项技术 的综合体现。 4.1 辐射源功率控制技术 辐射功率管理(即发射正好可以实现所需误码 率或探测性能的功率)是通信射频隐身的基础技术。 为了达到较好的射频隐身性能一般采用最小辐射能 量策略，机载数据链发射机的辐射功率与机载数据 链的辐射特征、传播损耗、接收机特性存在如下关 系[17]：最小辐射能量策略则要求主动辐射源在任何 时间都应以系统所需的最小能量向外辐射，目的是 使辐射信号始终保持在截获接收机门限值以下。从 探测角度考虑，最小辐射能量策略的重要性最大[18]。 文献[19,20]对雷达的采样周期和辐射功率控制 方法进行了研究，通过分析雷达采样周期与辐射功 率，在满足系统跟踪性能要求的前提下，建立了控 制参数的优化模型；然后，利用粒子群算法[21]优化 采样周期和自适应辐射功率等参数，有效降低了跟 踪性能误差，提高了雷达系统的射频隐身性能。而 后以最小化辐射功率函数和最小化能量消耗函数作 为目标，对数据链的功率控制方法进行研究，利用 混合混沌粒子群优化算法和改进的粒子群多目标优 化算法对数据链通信模型进行优化，通过对射频隐 身性能参数的深入分析，又提出了基于位置关系和 基于信号强度的功率控制方法，实现了功率控制。 文献[22-25]对战机在电子对抗过程中实施有源 干扰的射频隐身问题进行研究，分析了现有干扰功 率评估准则的不足，在雷达信号检测模型和侦察截 获概率模型的基础上，提出了一种干扰功率自适应 控制方法，在有效干扰的同时提高干扰的射频隐身 能力。 文献[26,27]对战斗机跟踪状态下的功率自适应 问题进行了研究，建立跟踪状态下截获概率模型， 提出了射频隐身能力指标，以截获概率为目标，雷 达跟踪精度为约束条件，建立单次辐射能量实时最 优控制模型，得到了基于射频隐身的雷达跟踪状态 下功率实时控制方法。 4.2 定向天线技术 定向天线技术主要分两个方面：一是通过对主 瓣增益、副瓣增益的控制在正常工作的前提下尽量 使用较小的功率对截获接收机进行照射；二是通过 控制波束对空域辐射方向或控制飞行器机动位置避
第6期 王谦喆等：射频隐身技术研究综述 1500 免被敌方探测设备截获以达到射频隐身的目的。在 定向天线技术中主要采用窄波束、超低副瓣技术将 射能量集中在主内，减小天线刷射的功幸 从而减小被敌 射源通信性能和隐身 致 有利 于提高通信性能和隐身性能 在研究天线波束对射频隐身性能的影响时，通 常建立这样的对抗模型：在 一个位于战斗机之下的 垂直于向下矢量的水平面或战斗机前后平行于向下 图4通信隐身规澄后态势示意图 矢量的垂直面上（包括某一恒定高度或相对距离 有一些规则的网格，上面均匀地分布着相互独立的 变对射频隐身性能的影响，在此基础上通过对波束 截获接收机，如图3所示胸。 的控制和飞行器的机动也能达到射频隐身目的，如 图4中Fi与Fi'之间的连线为机动方式示意轨迹。 /仰负 0,为新的天线波束通信区域，敌机F阳已被移出证 射频辐射飞 信区域。可以安全地与进行通信阿。 文献38,39]综合考虑到机载雷达探测距离和无 源截获接收机截获距离之间的头 系以及天线 域 描方式发生捷变对飞机射频隐身性能的影响 提 主源 用信号截获率来表征飞机射频隐身特性，对影响信 。水平更离 A- 产子对地区城（水平面 号截获率的因素进行分析与计算，给出了飞机在时 域、频域和空域上实现射频隐身的途径与方法， 图3际环境模型 在辐射时间控制方面研究文献相对较少，文献 391和文献[40]在此基础上对发射机对截获接收机的 照射时间，截获接收机的帧时间，无线波束的覆盖 基干图3榄型，文献2030从险身飞机的战场 环境出发，指出Schleher 截获因子评价飞机射频险 身性能的不足 通过对隐 飞机的射 使用环境是 评估 模，计算天线波束的空、地覆盖区大小和天线辐射 了基础 具有 定参考价值 方向图，结合联合截获概率的定义和计算方法，得 出不同情况下天线波束宽度对联合截获概率的影 4.3低截获波形设计 隐身（低成获）波形设计须满足的 一个重要准则 响，对天线波束和射频隐身性能的关系进行了较为 清晰的分析。为了降低干扰方向的功率以及提高接 是适度平滑且覆盖全部工作波段，这通常与数据链 或雷达模式的最佳性能不匹配，需要根据不同的 文献3 方面进行了深入的研究。在此基瑞上 务对波形讲行设计，加：发射周期可变性增加 等人根据目标距离和目标雷达横截面积设计了 管理 大的压缩比 大的瞬时带宽、 带 最小的预处理 最小的 瓣方向的功率，确定工作的阵元数。然后考虑截我 于射烦隐 的要求是发射信号的 接收机位置信息的角度误差。建立窗带信号频域想 使功率达到与可接受的性能或 型，利用旋转信号子空间方法对宽带信号进行聚有 误码率一致的最低电平。为了使射频辐射设备在 并计算信号的自相关矩阵。最后利用约束最小方若 能正常工作的情况下减小福射功率或减小功率语密 准产生权向 完成了发射波束的零陷设计 度桶常买用信号处理技术获得的言躁比增然。文样 出了具有较低的 好的射频隐身性能台 不仅减小敌方无源探测设备的截获的距离而且对非 基于射频隐身的宽带发射波束形成方法。 协作的无源侦察设备的侦察参数的精度也会减小 在图4所示模型的基础上分析发射机对截获接 另外 在低截获波形中采用跳频技术也能降低被截 收机的照射时间，截获接收机的帧时间，无线波束 获的 的覆盖面和 ，接收机密度等参数的关系得到截获 文献[在战场检测系统得到的通信距离和 计算模型，研究机载雷达天线空域扫描方式发生捷 获距离的基础上对调制方式、编码码率、消息序列 10042018hi al Eleetronic Publishing House All right hup ww.cnki.ne
第 6 期 王谦喆等： 射频隐身技术研究综述 1509 免被敌方探测设备截获以达到射频隐身的目的。在 定向天线技术中主要采用窄波束、超低副瓣技术将 辐射能量集中在主瓣内，减小天线副瓣辐射的功率, 从而减小被敌方截获的概率。定向天线技术对机载 辐射源通信性能和隐身性能的优化方向一致，有利 于提高通信性能和隐身性能。 在研究天线波束对射频隐身性能的影响时，通 常建立这样的对抗模型：在一个位于战斗机之下的 垂直于向下矢量的水平面或战斗机前后平行于向下 矢量的垂直面上(包括某一恒定高度或相对距离) 有一些规则的网格，上面均匀地分布着相互独立的 截获接收机，如图 3 所示[28]。 图 3 际环境模型 基于图 3 模型，文献[29,30]从隐身飞机的战场 环境出发，指出 Schleher 截获因子评价飞机射频隐 身性能的不足，通过对隐身飞机的射频使用环境建 模，计算天线波束的空、地覆盖区大小和天线辐射 方向图，结合联合截获概率的定义和计算方法，得 出不同情况下天线波束宽度对联合截获概率的影 响，对天线波束和射频隐身性能的关系进行了较为 清晰的分析。为了降低干扰方向的功率以及提高接 收信号的信噪比，文献[31-35]在波束形成算法和零 陷设计方面进行了深入的研究。在此基础上张贞凯 等人[36]根据目标距离和目标雷达横截面积设计了主 瓣方向的功率，确定工作的阵元数。然后考虑截获 接收机位置信息的角度误差，建立宽带信号频域模 型，利用旋转信号子空间方法对宽带信号进行聚焦 并计算信号的自相关矩阵。最后利用约束最小方差 准则产生权向量，完成了发射波束的零陷设计。提 出了具有较低的截获概率和较好的射频隐身性能的 基于射频隐身的宽带发射波束形成方法。 在图 4 所示模型的基础上分析发射机对截获接 收机的照射时间，截获接收机的帧时间，无线波束 的覆盖面积，接收机密度等参数的关系得到截获率 计算模型，研究机载雷达天线空域扫描方式发生捷 图 4 通信隐身规避后态势示意图 变对射频隐身性能的影响，在此基础上通过对波束 的控制和飞行器的机动也能达到射频隐身目的，如 图 4 中Fi 与Fi' 之间的连线为机动方式示意轨迹。 Ω2 为新的天线波束通信区域，敌机 Fe 已被移出通 信区域。Fi 可以安全地与Fj进行通信[37]。 文献[38,39]综合考虑到机载雷达探测距离和无 源截获接收机截获距离之间的关系以及天线空域扫 描方式发生捷变对飞机射频隐身性能的影响，提出 用信号截获率来表征飞机射频隐身特性，对影响信 号截获率的因素进行分析与计算，给出了飞机在时 域、频域和空域上实现射频隐身的途径与方法。 在辐射时间控制方面研究文献相对较少，文献 [39]和文献[40]在此基础上对发射机对截获接收机的 照射时间，截获接收机的帧时间，无线波束的覆盖 面积，接收机密度等参数的关系进行研究，构建射 频辐射风险评估指标体系，得到截获率计算模型。 为机载雷达射频隐身性能评估打下了基础，具有一 定参考价值。 4.3 低截获波形设计 隐身(低截获)波形设计须满足的一个重要准则 是适度平滑且覆盖全部工作波段，这通常与数据链 或雷达模式的最佳性能不匹配，需要根据不同的任 务对波形进行设计，如：发射周期可变性增加、功 率管理、大的压缩比、大的瞬时带宽、均一的瞬时 带宽、最小的预处理、最小的所需数据率等技术手 段。同时另一个基于射频隐身的要求是发射信号的 瞬时带宽尽可能大，使功率达到与可接受的性能或 误码率一致的最低电平。为了使射频辐射设备在性 能正常工作的情况下减小辐射功率或减小功率谱密 度通常采用信号处理技术获得的信噪比增益。这样， 不仅减小敌方无源探测设备的截获的距离而且对非 协作的无源侦察设备的侦察参数的精度也会减小。 另外，在低截获波形中采用跳频技术也能降低被截 获的概率。 文献[41]在战场检测系统得到的通信距离和截 获距离的基础上对调制方式、编码码率、消息序列