艦船隱身技術(shù) 緒論(modify)課件

1授課人：王濤2隱身技術(shù):通過控制和降低裝備本身的特征信號，從而使其難以發(fā)現(xiàn)和識別的技術(shù)。艦船隱身技術(shù)：

就是為了降低艦船的暴露率和敵方武器命中率，提高本艦對目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)、跟蹤距離和打擊力，從而采取多種技術(shù)和措施，以減小艦船物理場特征信號。為什么要發(fā)展隱身技術(shù)？隨著現(xiàn)代探測設(shè)備和武器(導(dǎo)彈、魚雷、水雷)向高精度、遠距離的發(fā)展，艦船的暴露和被命中率大幅提高，生存力和戰(zhàn)斗力受到嚴重威脅。從隱形飛機的誕生和戰(zhàn)斗中所發(fā)揮作用而受到啟迪，艦船隱身開始受到重視，并且世界上相繼出現(xiàn)隱身艦、安靜型潛艇，從艦船性能方面來提高其隱蔽性，同時增加防護和對抗能力。3艦船雷達隱身技術(shù)

雷達隱身技術(shù)：主要是控制和降低雷達特征信號，即降低雷達截面積。雷達隱身設(shè)計可通過多種技術(shù)來實現(xiàn)，但主要是外形技術(shù)和吸波材料。

雷達截面積：即目標(biāo)有效散射面積，是在給定方向上返回的散射功率的一種度量。

艦船聲隱身技術(shù)

艦船聲隱身：就是通過系統(tǒng)應(yīng)用多種技術(shù)來控制艦船聲場，改變艦船聲目標(biāo)特性，并通過水聲對抗等來降低對方聲吶探測設(shè)備的發(fā)現(xiàn)概率和距離，降低對方聲吶自導(dǎo)的水中兵器的攻擊力，同時也提高了本艦對目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)、跟蹤和打擊力。艦船紅外場隱身技術(shù)

艦船紅外隱身技術(shù)：是對抗紅外探測、跟蹤的一項綜合技術(shù)，也是艦船隱身技術(shù)之一。通過來用一系列技術(shù)方法降低艦船紅外熱輻射或采用紅外對抗技術(shù)等，以減少被敵方紅外探測器的發(fā)現(xiàn)概率和紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的命中概率。主要是采用冷卻和屏蔽的方法。重點消除高強度紅外輻射源。比如，煙筒等。其輻射能戰(zhàn)全船輻射信號的99%，在遠紅外區(qū)達到全船輻射信號48%。但其表面積和投影面積還不到上層建筑和主體船的2%......1.1艦船隱身技術(shù)的分類及發(fā)展趨勢5

提到艦船隱身技術(shù)，不得不提到艦船的雷達隱身。二戰(zhàn)期間，雷達的出現(xiàn)給戰(zhàn)爭的進程帶來了重大的變化，雷達的隱身技術(shù)伴隨著雷達的應(yīng)用而出現(xiàn)。1989年美國F-117隱形戰(zhàn)機的實戰(zhàn)應(yīng)用大大促進了武器裝備隱身技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展:20世紀80年代，英國在23型護衛(wèi)艦設(shè)計中首次采用了雷達隱身技術(shù)，主要通過上層建筑采用側(cè)壁傾斜7°，減小角反射的影響等措施以減小艦的雷達截面積。此后，美國80年代中期的“海影號”隱身試驗艇、瑞典1991年的“斯米杰”號隱身試驗艇、法國3600噸“拉菲特”級隱身護衛(wèi)艦、瑞典1996年的YS-2000型“維斯比”號輕型隱身護衛(wèi)艦以及德國布朗·沃斯公司推出的4000噸級的MEKOA-200型隱身艦等，都在減少艦船的雷達截面積方面取得了顯著的成效。20世紀90年代起，無論是大國海軍，還是中小國家都對艦艇減小雷達信號特征值越來越重視，都把減小雷達截面積作為一個重要指標(biāo)來要求，并在設(shè)計中采取各種措施來實現(xiàn)這一目標(biāo)。主要措施：外形技術(shù)（不需要維護）和噴涂材料（磁粉，四氧化三鐵等)。

艦船雷達隱身技術(shù)6艦船雷達隱身技術(shù)7艦船雷達隱身技術(shù)的主要表現(xiàn)9復(fù)合材料技術(shù)2復(fù)合材料的應(yīng)用范圍:具體可以包括上層建筑、煙囪、桅桿及艦體結(jié)構(gòu)。

艦體及其上層建筑采用耐火型復(fù)合材料以替代傳統(tǒng)的鋼或者鋁；

輔助措施:采用涂敷型吸波材料或結(jié)構(gòu)型透波材料；雷達吸波材料應(yīng)用方式：可以固定貼敷或涂于船體表面及復(fù)雜形體表面，也可安裝成移動式的涂敷面板，甚至合成在船體的結(jié)構(gòu)材料中。

耐火型、毒性、電磁干擾（EMI）和電磁脈沖（EMP）這四個問題解決的好壞是決定復(fù)合材料能否應(yīng)用于下一代水面艦艇的關(guān)鍵所在。10阻抗加載技術(shù)3阻抗加載技術(shù)分為被動和主動兩種,其中自適應(yīng)主動方式從理論上講可以完全消除雷達波反射,但涉及的探測與信號處理技術(shù)難度較大。11反雷達隱身(雷達干擾技術(shù)）定義：是采用有源干擾和無源干擾方法來規(guī)避敵方雷達探測設(shè)備探測的一種技術(shù)13電磁對消技術(shù)2電磁對消可分為無源對消技術(shù),即阻抗(或電抗)加載技術(shù),以及有源對消技術(shù),或稱有源加載技術(shù)。

無源對消技術(shù)就是在目標(biāo)表面引進另一個回波源,例如在表面開槽或開孔,通過合理設(shè)計,使其散射場和原散射場相抵消。這種方法的優(yōu)點是不破壞原有外形,不增加自重,結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、經(jīng)濟性好等。

有源對消技術(shù)是建立在逆反射基礎(chǔ)上的,目標(biāo)必須能預(yù)知本身的電磁散射特性,然后發(fā)射一幅度與之相等、相位與之相反的電磁波,使之與目標(biāo)本身的散射場相對消。14雷達干擾技術(shù)3

雷達干擾技術(shù),可利用雷達告警接收機、射頻干擾機以及誘餌等進行電子欺騙和干擾,可使作戰(zhàn)飛行器戰(zhàn)場生存能力提高50%以上。15這種隱身技術(shù)依賴的等離子體是指當(dāng)任何不帶電的普通氣體在受到外界高能作用后,部分原子中電子成為自由電子,同時原子因失去電子而成為帶正電的離子（等離子），等離子體能夠吸收雷達電磁波。當(dāng)外界雷達波的頻率高于目標(biāo)等離子的本底頻率時,高頻雷達的波信號進入等離子體,通過波與帶電粒子的相互作用,把波的能量轉(zhuǎn)移到等離子體的帶電離子上,從而減少反射回雷達站的電磁波信號。等離子體隱身技術(shù)4171.2聲吶技術(shù)聲吶技術(shù)18聲吶:

聲吶就是能夠?qū)崿F(xiàn)水下目標(biāo)的探測、識別、定位、通訊還有導(dǎo)航等功能的升學(xué)設(shè)備。低頻的遠程主被動探測聲吶：

使用幾十赫茲的聲音可以探測到上千公里以外的聲音，是一種新概念的聲吶技術(shù)。流速剖面儀聲吶：

能夠判斷潛艇等水下裝置運行的路徑、距離、速度等物理量的聲吶。聲吶技術(shù)的分類19通信聲吶技術(shù)：

能夠?qū)崿F(xiàn)聲音的高保真?zhèn)鞑?，保證通信信號的傳播誤差減到最小的技術(shù)。拖曳聲納技術(shù)：

有很多聲波傳感器單元組成一個很大的聲吶陣列，可以實現(xiàn)非常遠、指向性非常強的探測，這種技術(shù)叫做拖曳聲納技術(shù)。21聲吶技術(shù)的發(fā)展方向22先進信號處理技術(shù)1近年來，隨著高性能微處理器（計算機系統(tǒng)）和各種專用、通用高速數(shù)字信號處理器（信號處理系統(tǒng)）的出現(xiàn)，以及各種先進信號處理算法的開發(fā)，聲吶也在同步不斷更新，形成了相應(yīng)的先進信號處理技術(shù)。23水聲通信和聲吶組網(wǎng)技術(shù)2先進信號處理技術(shù)顯著提高了聲吶系統(tǒng)的性能，是聲吶除了完成探測任務(wù)外，還可以進行遠距離水聲通信，水聲通信技術(shù)使得各種水下平臺的數(shù)據(jù)交換成為可能，如通過潛艇和無人潛航器的數(shù)據(jù)交換就可以構(gòu)成水下戰(zhàn)場的聲圖像。

使用組網(wǎng)技術(shù)的好處是能夠遠程探測，大大提高預(yù)警能力。潛艇指揮官可以更早發(fā)現(xiàn)潛在威脅、規(guī)避攻擊，而不僅僅是簡單的搜索攻擊目標(biāo)。25低頻主動聲吶技術(shù)4

現(xiàn)在西方海軍多在第三世界國家周圍的海域活動，威脅主要來自常規(guī)潛艇。常規(guī)潛艇可以關(guān)閉發(fā)動機潛伏在海底不發(fā)出一點聲響，采用新型不依賴空氣動力裝置(AIP)的潛艇甚至可以潛伏幾星期。此時，被動聲吶就無法對潛艇實施有效探測。此外，第三世界國家周圍水域多為比大西洋或挪威海淺得多的淺海，常規(guī)潛艇可以靜臥在海底，讓復(fù)雜的海底地貌幫助它躲避追蹤；在一些表面聲道很窄的地方，聲波會被海底多次反射；在濱海水域探測潛艇，還可能遇到一些特殊情況(如河流的入?？?。上述問題都可能會影響聲吶探測，鑒于上述情況，低頻主動聲吶應(yīng)運而生，在這些情形下逐步取代被動聲吶。低頻主動聲吶的誕生26聲吶使用的脈沖序列越長、探測距離越遠，聲吶受混響的影響就越嚴重，選擇短脈沖固然會減小混響的影響，但同時也減小了聲吶的探測距離。

主動聲吶本身的矛盾解決方法

解決這個矛盾的方法之一是使用脈沖編碼技術(shù)。一個長脈沖序列可以被壓縮成一個短脈沖序列，但頻率和相位也會發(fā)生一些變化。這就是脈沖壓縮理論，它是抗“多選效應(yīng)”的有效手段。在聲吶信號處理中經(jīng)常使用頻率調(diào)制技術(shù)，信號在頻域的帶寬越寬，在時域的脈沖就越窄。此外，艦殼主動聲吶還可以通過控制波束仰角、采用自適應(yīng)技術(shù)來減小混響的影響。

2729爆炸聲回波定位技術(shù)5

美國海軍50年代中期“朱莉”計劃“朱莉”計劃的基本思路是，潛艇噪聲的降低將會使SOSUS聲吶系統(tǒng)失效，但可以通過增加一個“信號”深水炸彈爆炸聲來解決問題。爆炸聲將在寂靜潛伏的潛艇上產(chǎn)生回波，SOSUS系統(tǒng)的被動聲吶陣接收回波并進行定位。“朱莉”系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是可以探測到潛艇而不會暴露反潛艦艇的位置，井可以決定是否需要以及何時對潛艇發(fā)動攻擊。30仿生聲吶技術(shù)動物聲吶超過現(xiàn)代技術(shù)

蝙蝠用喉頭發(fā)射每秒10-20次的超聲脈沖再用耳朵接收其回波，借助這種“主動聲吶”，它可以探查到很細小的昆蟲及0.1毫米的金屬絲障礙物。

飛蛾具有“被動聲吶”，能清晰地聽到40米以外的蝙蝠超聲，因而往往得以逃避攻擊。它們能產(chǎn)生一種十分確定的訊號探尋食物和相互通訊。

海豚聲吶的靈敏度很高，能發(fā)現(xiàn)幾百米外的魚群，能遮住眼睛在插滿竹竿的水池子中靈活迅速地穿行；不但能識別不同的魚類，區(qū)分開黃銅、鋁、電木、塑料等不同的物質(zhì)材料，還能區(qū)分開自己發(fā)聲的回波和人們錄下它的聲音而重放的聲波。

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白鰭豚它的聲吶系統(tǒng)“分工”明確，有為定位用的，有為通訊用的，有為報警用的，并有通過調(diào)頻來調(diào)制位相的特殊功能。

鯨魚用聲來探測和通信，它們使用的頻率比海豚的低得多，作用距離也遠得多。其他海洋哺乳動物，如海豹、海獅等也都會發(fā)射出聲吶信號，進行探測。

終身在極度黑暗的大洋深處生活的動物，采用聲吶搜尋獵物和防避攻擊，它們的聲吶的性能是現(xiàn)代技術(shù)遠不能及的。解開這些動物聲吶的謎，一直是現(xiàn)代聲吶技術(shù)的重要研究課題。32瑞典“維斯比”級隱形護衛(wèi)艦1.4隱身艦船外形設(shè)計33隱形導(dǎo)彈護衛(wèi)艦印度塔爾瓦爾級隱形護衛(wèi)艦美國在建的隱形戰(zhàn)艦34我國022隱形導(dǎo)彈艇35

艦船紅外隱身的基本原則：設(shè)法降低艦船熱輻射源的溫度，使其輻射熱能量減少，改變輻射頻率，使其產(chǎn)生的輻射波長偏離紅外探測、跟蹤系統(tǒng)最敏感的窗口。

艦船紅外隱身：是一種通過改變裝備自身的紅外輻射特性，并使其溫度與周圍溫度相接近，從而降低被發(fā)現(xiàn)和跟蹤概率的措施，因此，艦船紅外隱身技術(shù)的基本思路是降溫和屏蔽。

紅外搜索的主要特點：覆蓋角大、搜索速度快、作用距離遠。(水面艦船紅外搜索系統(tǒng)的作用距離已達到15Km左右，潛艇紅外搜索系統(tǒng)作用距離已達10Km左右。)

紅外警戒系統(tǒng)

目前，最具代表性的紅外警戒系統(tǒng)首推美國和加拿大聯(lián)合研制的AN/SAR-8艦用紅外搜索和跟蹤系統(tǒng)，是世界上第一臺采用最新一代紅外焦平面陣列探測期間的紅外搜索和跟蹤系統(tǒng)。法國SAT公司研制的“旺皮爾”紅外警戒系統(tǒng)，為世界上第一臺實用型艦用紅外境界系統(tǒng)。此外，還有荷蘭的“艾爾斯坎”、意大利的SIR-3被動艦載紅外警戒系統(tǒng)等等。艦船紅外隱身技術(shù)36艦船紅外隱身技術(shù)37艦船紅外隱身技術(shù)概述紅外熱成像技術(shù)：紅外熱成像技術(shù)實質(zhì)上是一種波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，即把紅外輻射轉(zhuǎn)換為可見光的技術(shù)，利用景物本身各部分輻射的差異獲得圖像的細節(jié)。紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)勢：既克服了主動紅外夜視儀需要人工紅外輻射源，并由此帶來容易自我暴露的缺點，又克服了被動微光夜視儀完全依賴于環(huán)境自然光的缺點。紅外熱成像系統(tǒng)具有一定的穿透煙、霧、雪等限制以及識別偽裝的能力，不受戰(zhàn)場廣強光、閃光干擾而致盲，可以實現(xiàn)遠距離，全天候觀察。38

隨著紅外成像技術(shù)的日益成熟，逐步催生了艦用紅外警戒系統(tǒng)的產(chǎn)生并應(yīng)用于實戰(zhàn)。紅外警戒系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)性能：

(1)探側(cè)對象包括掠海導(dǎo)彈、俯沖導(dǎo)彈這類小型飛行目標(biāo)及其它各種空中平臺。(2)警戒距離大于10—15Km，俯仰角多在0度—20度之間(3)有較短的系統(tǒng)反應(yīng)時間(幾秒級)和較高的探測概率。(4)目標(biāo)指示精度多為1mrad。紅外警戒系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：

1、發(fā)展紅外搜索和跟蹤組合系統(tǒng)，做到一機多用。2、采用雙波段探測器及共用掃描系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)，并將兩個波段的紅外圖像重疊在一起。3、被動紅外系統(tǒng)跟主動紅外系統(tǒng)結(jié)合。4、解決測距問題。39紅外制導(dǎo)技術(shù)：是一種自主式“智能”化精密制導(dǎo)技術(shù)，紅外成像導(dǎo)引頭可感受目標(biāo)溫度的微小差異，形成紅外輻射圖形，提供制導(dǎo)信息。紅外制導(dǎo)技術(shù)的優(yōu)勢：

1、短期內(nèi)，紅外隱身技術(shù)不可能對紅外制導(dǎo)技術(shù)形成有效的干擾；2、紅外制導(dǎo)技術(shù)可人為選擇命中目標(biāo)，且精度極高（0.5m）；3、不受地面回波的影響；4、高度自主性。紅外制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展趨勢：

1、探測遠程目標(biāo)的能力；2、抗紅外干擾的能力；3、在復(fù)雜背景條件下識別目標(biāo)的能力；4、在眾多目標(biāo)時，敵我識別的能力；5、極高的精確制導(dǎo)和跟蹤精度。40艦船紅外隱身技術(shù)：是對抗紅外探測、跟蹤的綜合技術(shù)，通過一系列技術(shù)方法降低艦船紅外輻射或采用紅外對抗技術(shù)等，減少被敵方紅外探測器發(fā)現(xiàn)的概率和紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈命中的概率。艦船紅外隱身的基本原則：設(shè)法降低艦船熱輻射源的溫度，使其輻射熱能量減少，改變輻射頻率，使其產(chǎn)生的輻射波長偏離紅外探測、跟蹤系統(tǒng)最敏感的窗口。41艦船紅外場控制艦船紅外場控制：

艦船紅外場控制就是通過一定的措施，使艦船的紅外輻射特征偏離紅外探測器的探測范圍，減少被敵方紅外探測器發(fā)現(xiàn)和紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈命中的概率艦船紅外場控制的措施：

1．可使用紅外誘餌和紅外煙幕，如應(yīng)用煙火劑類紅外誘餌、凝固油類紅外誘餌、紅外氣球誘餌和紅外綜合箔條等實施欺騙；2．可采用在目標(biāo)內(nèi)熱紅外對抗措施，降低或改變目標(biāo)的紅外輻射特征；3．在艦船機動性允許的條件下，用柴油機代替燃氣輪機；4．采用雙層煙筒，煙筒底部開有冷空氣進孔，使燃氣輪機的熱氣與大量的冷空氣混合，從而降低煙筒排氣與廢氣的溫度；5．采用多個出氣口煙筒，并伎煙筒盡量低矮于周圍艦艇—卜層建筑，達到遮擋、消散排氣溫度的目的：6．采取舷側(cè)排氣的方式，在排氣管道出口處設(shè)置噴水系統(tǒng)，以求水和氣體充分接觸達到降低紅外輻射的目的；7．如廚房排氣管道之類的設(shè)備可采用水套加在管道上的方式，用循環(huán)水吸收并帶走熱量；8、在主要艦體與甲板涂敷隔熱材料。42

現(xiàn)代艦船一般用鋼鐵建造，整個艦船形成了一個具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的寵大的鐵磁體。這種由強磁性材料所構(gòu)成的鋼殼艦船，受到了地磁場的磁化，使船體周圍產(chǎn)生艦船磁場，在局部空間形成了疊加于地磁場的附加磁場。這樣便使本來均勻分布的地磁場，在船體附近的局部空間產(chǎn)生了畸變，現(xiàn)代的測磁技術(shù)能較容易地在空間單獨測量出艦船所產(chǎn)生的磁場，于是便有純屬船體本身產(chǎn)生的所謂艦船磁場的概念。艦船磁場的存在和可測量性，使得其深受磁性水雷或感應(yīng)水雷的威脅。如何減小或消除艦船磁場，是艦船免收磁性水雷的攻擊，成為艦船磁隱身的只要任務(wù)。艦船磁隱身技術(shù)43

由于中型以上艦船以正常速度航行時，在數(shù)十米深的海底引起的壓力變化的峰值，通?？蛇_數(shù)百甚至數(shù)千帕斯卡的可觀數(shù)值，更出于艦船水壓場的艦船磁場、艦船聲場不同，其輻射功率通常在數(shù)百萬瓦以上，極難人工模擬，因此，艦船水壓場一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，就引起了廣泛的重視。早在第二次世界大戰(zhàn)末期，德、美、蘇等同就先后研制成了借助艦船水壓場的作用而動作的水壓水雷，并投入實戰(zhàn)，收到了良好的效果。與此同時，為保障己方艦船的航行安全，還研究了艦船對水壓水雷的防護措施，這些措施在盟軍諾曼底登陸等戰(zhàn)斗行動中，經(jīng)受了實戰(zhàn)的考驗。

艦船水壓場的縱向特性有十分明顯的規(guī)律性：在船首附件，壓力升高，隨后在船體中部下方壓力降低為負值，而在船尾附近，壓力又升高。理論計算和實際測量都表明，在船體水下部分前后對稱的情況下，縱向特性也以船中為中心前后對稱。