0 引　言

近年来，随着我国海军实力迅速增长，大量新研舰船快速下水，为我国海军实现从“近海防御”向“远洋防卫”的战略转变奠定了坚实的基础。新型水面舰船与以往舰船相比，具有隐身性能好、机动性强、火力打击迅猛等优点，尤其是雷达波隐身性能，较以往有大幅提高。雷达波隐身技术是各国海军发展的重点方向，有效改善水面舰船的雷达波散射特性，是战时提高舰船生命力的重要方法，在战场上可达到先敌发现、先敌攻击、克敌制胜的目的。

1 水面舰船雷达波隐身性能发展研究现状

水面舰船雷达波隐身技术是世界各海军强国的关注重点。雷达波隐身技术在英国45型驱逐舰、法意“地平线”级驱逐舰、美国DDG1000驱逐舰等新型水面舰船上得到了大量应用，上述舰船的全舰雷达波反射截面积（RCS）得到了大幅缩减。

45型驱逐舰与“地平线”级驱逐舰在外形设计上十分类似，均采用了先进的隐身设计，其布局紧凑合理，舰体甲板水线以上呈外飘状，主甲板以上则明显向内倾斜，折角线明显。对于舰上所有外露舰面设备的隐身问题都予以关注和解决，采用隐身型舰炮武器系统，舰面上舾装件均隐藏于主甲板以下，小艇及其收放装置隐藏于上层建筑中，开口使用屏蔽门进行屏蔽，外观上非常简洁。全舰雷达波隐身性能较以往驱逐舰有质的飞跃，隐身性能大幅提高。

DDG1000驱逐舰是美国近年下水的最新型舰船，集成了多种前沿技术，其满载排水量14289 t，为穿浪单体内倾船型，单一船楼型，集成上层建筑，侧壁大幅内倾，可有效降低雷达波反射。舰面简洁，外露舰面设备均隐藏于船体内；舰体涂覆多种新研复合雷达波吸波材料；船楼顶部整合桅杆、传感器、侦察、通信等重要设备位于AEM/S塔状物中；采用隐身舰炮系统，可有效降低炮塔及炮管的RCS。通过采取上述措施，DDG1000驱逐舰的雷达波隐身水平远优于常规水面舰船，其全舰RCS据称仅与1艘小渔船相似。

未来海战中，探测手段的全维化以及反舰武器的信息化、精确化，对水面舰艇的生存能力提出了严峻的考验。在这样的背景下，水面舰艇的生存能力和隐蔽性显得尤为重要。雷达波隐身对于水面舰艇具有非常重要的意义，是水面舰船提高战斗生存能力和隐蔽性的重要保证。

我国水面舰船雷达波隐身技术与国外相比，还处于发展较为滞后的水平。20世纪90年代以来，雷达波隐身技术开始得到应用。21世纪初，在我国水面战斗舰艇主力新型驱逐舰的设计建造过程中，雷达波隐身技术开始得到广泛应用，在体现出较高的雷达波隐身水平的同时，也取得了较好的隐身效果，有力促进了我国舰船雷达波隐身技术的发展。

朱英富^[1]对水面舰船的雷达波隐身技术作了全面系统的阐述；冯洋^[2]通过对国内外典型驱护舰雷达波隐身技术发展情况进行分析和梳理，总结出目前水面舰艇雷达波隐身相关的关键技术；朱炜^[3]从舰总体设计的角度考虑，提出水面舰船雷达波隐身设计体系和流程，以及雷达波隐身设计和控制程序；杨德庆^[4]研究了舰艇外形雷达隐身设计的基本方法，通过对典型舰艇外形雷达隐身性能的设计，进行舰艇不同截面外形雷达散射截面比较的重要性，进而提出考虑隐身性能综合评价的特征面法；吴楠^[5]从RCS指标设计验证、强散射中心分析、总体多专业协同设计等方面，探讨了模拟试验方法的应用和发展方向；刘东晖^[6]阐述了吸收雷达波涂料的工作原理，介绍了吸收雷达波涂料的组成，并对舰船用吸收雷达波涂料的发展提出了建议；余晓玫^[7]通过对回波信号功率及相干性的分析，指出使用网格单元映射解析回波信号的方法，通过瑞利分布和高斯噪声分布进行模拟仿真，提高了舰船雷达识别的精度。

2 水面舰船雷达波散射机理分析

现代水面舰船外形复杂，舰载设备多样化，属于电大尺寸目标，由大量的复合结构组成，其雷达波散射机理极为复杂多样，主要由以下几个方面构成：

1）雷达波直接照射产生的一次散射

船体外板、上层建筑及外露舰载设备包含大量的电大尺寸的平板结构，当遭遇敌方雷达探测时，产生强烈的一次散射回波，对上述结构而言，一次散射是其主要散射特征，是一种强散射机理，产生的RCS强度取决被照射结构尺寸和散射系数。对舰船上的大型导体平板结构而言，一次散射在敌方雷达探测方向会产生很强的回波，贡献了水面舰船RCS的主要部分。

2 ）雷达波多次散射

除了雷达波直接照射带来的一次散射外，雷达波多次散射也是舰船RCS的主要贡献之一，体现在以下几个方面：

①舰面设备间的多次散射。水面舰船的舰面设备繁杂多样，上层建筑、武备、桅杆、雷达天线、通信设备等紧凑布置在较小的空间内，探测雷达波产生的散射场在上述设备之间多次作用，形成了机理复杂的多次散射雷达波。

② 舰体与海杂波之间的多次散射。海面杂波对电磁波可产生强烈的散射效应。当照射在舰船外表的雷达波散射至海面杂波时，因波浪的随机性，将形成一个复杂的多次散射结构，其散射强度与散射路径受舰船与海杂波的多重影响，难以掌握与控制，是舰船雷达波散射特性分析的难点问题，也是舰船的雷达波散射贡献之一。

③ 空腔散射。空腔效应是雷达波多次散射的重难点问题，因舰船设备的特殊要求，存在大量的空腔结构，如驾驶室的露天窗、舷侧开口、上层建筑大量存在的二面角及三面角等，均可视作腔体结构。雷达波在腔体内多次散射，传播路径复杂多变，造成强烈的散射效应。

3）绕射

因舰面设备与舰体之间的相互遮挡，当探测雷达波照射到舰船时，产生的雷达回波在舰面设备及舰体之间的相互作用下，形成一次绕射场。此外，在舰上的尖顶或边缘部位（如舰首的尖劈、天线罩及上层建筑的边缘、鞭状天线的尖顶等）处，会二次绕射效应（见图1），这主要是由于尖顶或边缘部位的不连续性造成的。绕射效应的强弱主要取决于雷达波的极化方式，相对于其他散射机理而言，对舰船的RCS贡献较小。

3 某新型舰船雷达波散射特性分析

对于电大尺寸的舰船目标，由于其电尺寸巨大，其散射问题计算量也随之迅速增加，因此，采用频域方法中的高频近似方法是合理的选择。但舰船目标中包含多种复杂结构，不同的结构对应着散射、多次散射、绕射等多种电磁现象。为满足实际应用中的精度要求，通常结合使用多种方法。

在本算例中，主要应用物理光学法（PO）、几何光学法（GO）、物理绕射理论（PTD）和射线追踪法（SBR）算法相结合的方式，开展某新型舰船全舰RCS仿真计算工作。其中，主要通过物理光学法对表面感应场的近似和积分而得到散射场。该方法是一种基于表面电流的方法，计算简洁、易于实现，特别是对平面等电大尺寸目标计算速度快，但此方法忽略了边缘和曲面绕射的贡献；散射体上的感应面电流则是用几何光学近似确定的，几何光学法主要采用费马原理和反射、折射定律进行寻迹，确定光线轨迹和射线路径，利用几何光学强度定律确定射线管内几何光学场强，此方法也无法计算散射体不连续区和阴影区的贡献；而基于物理绕射理论的高频绕射计算，能够解决边缘和曲面绕射影响，可对物理光学法中的几何光学电流进行修正，从而使计算结果更加精确。同时，应用射线追踪法处理模型中腔体区域的电磁散射，考虑射线管在腔体内的多次散射，计算速度快，能够有效分析腔体问题。采用上述方法可快速高效地计算水面舰船的RCS。

对舰船目标RCS进行数值计算前需先用三维建模软件将其表面离散化。三维建模软件将舰船目标表面离散成面片的组合，并从空间解析几何的角度对每个面片的顶点和边进行描述，以及对每个面片内部各边，相邻面片公共边的关系进行描述。面片划分越细，计算精度越高。入射的电磁波将在每个可见面片上产生散射，整个目标的电磁特性将由所有面片共同产生。图2为某型舰基于三维软件剖分的电磁模型简图。

由该型舰的RCS散射特分布图（见图3）可以看出，舰首舰尾及两舷贡献了全舰RCS的大部分，这主要是因为首尾及两侧存在大量的直立平板及空腔，造成强烈的一次散射及空腔散射，贡献了全舰RCS的绝大部分。在后续优化改进中应充分考虑这2个方面，此外，上层建筑及舰面设备也参与了全舰RCS的组成，且其散射面朝向复杂，在很多方向散射均很强，因此降低了整舰的散射方向性。

4 新型水面舰船雷达波隐身优化改进建议

水面舰船雷达波隐身设计工作是一个循序渐进的过程，贯穿于舰船从方案设计到施工建造的全流程，应综合运用各种雷达波隐身技术措施，重视隐身设计的细节控制，注意避免现有舰艇隐身方面存在的不足，在满足隐身指标的前提下，尽量减小舰船的雷达波散射截面，进一步提高对抗威胁的能力。

1） 主船体及上层建筑外形采取全面的外形隐身设计，舰艏艉向设折角线，折角线以上的主船体、上层建筑以及前桅底部两侧外板均采用内倾设计；船体外型过渡均匀；折角线以上舰身与上层建筑融合设计，并合理设置船体和上层建筑各个外板的倾斜角度；采用大面积内倾平板结构、外形紧凑侧壁倾斜；保证舰船外形简洁，尽量实现全方位的一体化上层建筑。采取以上措施，可有效缩减水面舰船在来波方向的一次散射雷达截面。

2） 舰船上的散射重点部位，如驾驶室、舰面武备、电子设备天线、舰面舾装设备等，针对其不同的雷达散射特性，采取相应的隐身控制措施，控制局部的散射亮点区域，有效缩减全船的雷达波散射截面。

3） 为了保持全舰雷达散射特性的连续，舷侧及舰面有关开口部位采取遮蔽措施。舱门、舷窗、通风格栅、舷梯等设备，是舰上不可避免的开口部位，在保证舰船正常作业的同时，应进行有效遮蔽，对必须存在的开口部位采用屏蔽门等措施。保证全船雷达波散射特性的连续性。

4） 减少甲板面上外露的武器装备和设备，将其发射装置设计成垂直发射隐藏于甲板面以下或可伸缩式的；甲板面上外露的武器装备和设备应采取加倾斜遮挡体等隐身措施，设备基座尽可能设计成小反射面的圆锥体或圆台体，使其具备良好的隐身外形，有效降低RCS。

5） 在不影响总体性能、结构和强度的前提下，对于局部强散射源部位等考虑采用非金属材料，即采用吸波材料。同时，对于无法通过外形隐身达到隐身指标要求的部位考虑局部涂敷吸波材料，进一步改善相关强散射部位的隐身效果。

5 结　语

水面舰船目标的雷达波散射特性分析研究是舰船设计的重难点工作，进一步提高其雷达波隐身性可以缩短敌方雷达探测距离，并可以进一步扩大舰船目标的隐身可用方位角区间以及隐身频段，使其具有更高的行动灵活性以及更强的生存能力和隐蔽性，在舰船总体设计工作中应予以重点考虑。