高 頌

（空軍駐錦州地區(qū)軍事代表室 錦州 121000）

1 引言

隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光測距機(jī)、激光制導(dǎo)武器、激光雷達(dá)等已研制成功并裝備部隊(duì)。激光制導(dǎo)導(dǎo)彈或炸彈的投擲精度、應(yīng)戰(zhàn)能力達(dá)到了驚人的地步，以致可做到被發(fā)現(xiàn)就會被擊中，被擊中就會被摧毀。為了保護(hù)自身武器平臺（如飛機(jī)、坦克、軍艦）和重要軍事設(shè)施（如指揮中心）的安全，提高其戰(zhàn)場生存能力，研發(fā)目標(biāo)的激光隱身技術(shù)，已迫在眉睫［1］。

2 激光隱身技術(shù)

激光隱身技術(shù)的目的是盡可能降低目標(biāo)在激光工作波長的反射特性。目標(biāo)實(shí)施激光隱身以后可使目標(biāo)指示器照射到目標(biāo)上的激光產(chǎn)生微弱的激光回波，不被激光尋的器所接收，從而躲避對目標(biāo)的攻擊［2］。

2.1 隱身原理

激光隱身的原理主要是基于激光測距機(jī)的測距方程。由脈沖激光測距機(jī)的測距方程可知，對于漫反射大目標(biāo)，激光測距機(jī)的最大測程與目標(biāo)反射率的二分之一次方成正比；對于漫反射小目標(biāo)，激光測距機(jī)的最大測程與目標(biāo)反射率的四分之一次方成正比。因此，要實(shí)現(xiàn)激光隱身，消弱激光測距機(jī)的測距能力縮短其最大測程，必須降低目標(biāo)對激光的反射率。當(dāng)前，利用激光隱身除了要對抗各種軍用激光測距機(jī)以外，最主要的是要對抗激光制導(dǎo)武器，主要是半主動激光制導(dǎo)武器，包括激光半主動制導(dǎo)導(dǎo)彈、激光半主動制導(dǎo)炸彈和激光半主動制導(dǎo)炮彈等，目標(biāo)實(shí)施激光隱身以后可使目標(biāo)指示器照射到目標(biāo)上的激光產(chǎn)生弱的回波，不能被彈上的激光接收器所接收，從而不能實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的攻擊。除了激光半主動制導(dǎo)武器以外，激光隱身還要對抗的就是激光成像雷達(dá)，這時(shí)激光隱身的目的將是使目標(biāo)的激光反射特性與背景一致。

通常使用的激光隱身技術(shù)手段主要有兩種：隱身外形技術(shù)和隱身材料技術(shù)。其中隱身外形技術(shù)主要是設(shè)計(jì)和改變目標(biāo)的幾何外形，使目標(biāo)的激光散射截面盡量減??；隱身材料技術(shù)則主要是設(shè)計(jì)和采用對激光低反射率的材料。

2.2 材料隱身性能

激光隱身材料主要性能參數(shù)是光譜反射比，它是材料反射與入射的輻射通量或光通量的光譜密度之比，它包括鏡反射比和漫反射比兩部分，由于激光隱身材料通常接近于漫反射體，鏡反射比一般很小，可以用漫反射比近似評價(jià)激光隱身材料的性能。反射率是指當(dāng)材料的厚度達(dá)到其反射比不受厚度的增加而變化時(shí)的反射比，一般情況下，激光隱身材料都有一定厚度，其厚度變化不影響反射比，因此，評價(jià)激光隱身材料性能的參數(shù)可稱為光譜漫反射率或光譜反射率。目標(biāo)在激光工作波長的反射率越小，目標(biāo)的激光隱身效果就越好［3］。

材料隱身性能就是對目標(biāo)的反射率的測量。激光測距、激光跟蹤和激光測速等測量系統(tǒng)在測量距離的要求及分析方法是一致的。在試驗(yàn)場測量中，通常以保證一定回波率的最大作用距離—保證回波作用距離來衡量測量設(shè)備的測量能力。激光測量系統(tǒng)的測量方程為

式中，Pr為激光接收系統(tǒng)接收功率；Kr為接收系統(tǒng)透過率；Ar為接收口徑面積；Ps為激光器發(fā)射功率；θt為激光發(fā)射發(fā)散角；Ks為發(fā)射系統(tǒng)透過率；As為目標(biāo)有效反射面積；T為單程大氣透過率；ρ為目標(biāo)反射系數(shù)；θs為反射光發(fā)散角；Fs為發(fā)射激光束強(qiáng)度分布函數(shù)；Fr為接收光強(qiáng)度分布函數(shù)；R為目標(biāo)距離。

若將發(fā)射激光束近似為高斯光束，目標(biāo)反射光束近似為均勻分布的錐形光束，以θ表示目標(biāo)偏離發(fā)射激光束中心的角度，以β表示接收口徑偏離目標(biāo)反射光束中心的角度，則發(fā)射激光束和目標(biāo)反射光束的強(qiáng)度分布函數(shù)分別為

在遠(yuǎn)距離目標(biāo)測試時(shí)，多采用大目標(biāo)作為被試對象，若激光照射器瞄準(zhǔn)照射，光斑全部落在目標(biāo)上，目標(biāo)偏離照射光斑能量中心的角度θ為0，則Fs（θ）＝2。根據(jù)實(shí)際測試情況可知，一般β≤θs／2，則Fr（θ）＝1。此時(shí)測量方程為

在距離為R處目標(biāo)有效反射面積等于光斑大小為

測量方程可簡化為

當(dāng)目標(biāo)為角反射器時(shí)，θs很小，這時(shí)測量方程可近似為

當(dāng)目標(biāo)為漫反射目標(biāo)時(shí)，θs＝π，這時(shí)測量方程由式（6）可簡化為

而對于激光接收系統(tǒng)來說，漫反射目標(biāo)在接收光學(xué)系統(tǒng)前，激光所形成的輻照度（功率密度）為

適當(dāng)選擇大氣透過率，可計(jì)算出目標(biāo)在實(shí)施不同隱身材料時(shí)的近似反射率，從而對目標(biāo)的隱身效果做出評價(jià)。

2.3 效果評估

激光效果的評估有兩種方法，一種是利用激光測距機(jī)對隱身目標(biāo)進(jìn)行測量，另一種是利用激光半主動導(dǎo)引頭模擬器對隱身目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)探測。

1）激光測距評估。激光隱身效果可通過激光測距機(jī)測距做出評價(jià)。將實(shí)驗(yàn)激光隱身的目標(biāo)設(shè)于試驗(yàn)地點(diǎn)，用GPS對試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行定位，用激光測距機(jī)對目標(biāo)多次測距，以GPS給出的距離為真值，比較激光測距機(jī)測試距離，將準(zhǔn)確測試次數(shù)與總測距次數(shù)相比，測定準(zhǔn)測率。

將激光測距機(jī)和隱身目標(biāo)分開一定距離架設(shè)，并使目標(biāo)做遠(yuǎn)距離測距機(jī)的移動。同時(shí)激光測距機(jī)對目標(biāo)連續(xù)測距，直至無法測量時(shí)，記錄最大測試距離，在確定準(zhǔn)測率下對測試最大距離進(jìn)行計(jì)算，得出最大測程。

2）激光探測評估。激光隱身效果可通過對激光半主動尋的器對目標(biāo)的探測概率做出評價(jià)。將激光半主動尋的器與激光目標(biāo)照射器分開一定角度架設(shè)，使實(shí)施激光隱身的目標(biāo)在不同距離上運(yùn)動，激光目標(biāo)照射器對目標(biāo)進(jìn)行照射，記錄、統(tǒng)計(jì)激光尋的器對目標(biāo)的探測概率，與目標(biāo)不實(shí)施隱身時(shí)的探測概率相比較，從而評價(jià)目標(biāo)的隱身效果。

3 兼容性

激光隱身涂料與可見光、紅外以及雷達(dá)波隱身技術(shù)的兼容問題，需要通過復(fù)合技術(shù)將不同波段的吸波劑及低紅外發(fā)射材料有效耦合在一起，將其做成涂料等，以實(shí)現(xiàn)對多種探測手段的復(fù)合隱身［4］。

3.1 激光與可見光

可見光一般指波長為0.4～0.78μm的光線，可見光隱身涂料也稱為迷彩涂料，它的作用是使目標(biāo)與背景的顏色協(xié)調(diào)一致，使敵方難以辨識，故選用適當(dāng)?shù)拿圆暑伭线M(jìn)行配色是可見光隱身涂料的關(guān)鍵。激光隱身涂料主要是以降低激光反射率為目標(biāo)，其對光的作用范圍和可見光隱身涂料不同，因此需要對激光隱身涂料進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渖幚?，使其同時(shí)實(shí)現(xiàn)可見光隱身的兼容。

3.2 激光與雷達(dá)

雷達(dá)波長范圍很寬，從100MHz～3000GHz都是雷達(dá)波的范疇，其中2～18GHz的雷達(dá)應(yīng)用比較廣泛，然而由于30～300GHz的毫米波雷達(dá)在大氣中存在幾個(gè)損耗較小的“窗口（35GHz、94GHz、140GHz、220GHz）”，所以其在軍事上的應(yīng)用正越來越受到重視。雷達(dá)波隱身技術(shù)主要有兩個(gè)方面，1）外形技術(shù)，2）雷達(dá)隱身材料，目標(biāo)通過合理的外觀設(shè)計(jì)，并應(yīng)用雷達(dá)波隱身材料便可達(dá)到目標(biāo)對雷達(dá)波隱身的目的。就雷達(dá)波隱身涂料來說，其目的就是降低目標(biāo)表面的雷達(dá)波反射率。激光隱身涂料的目的是降低目標(biāo)在1.06μm以及10.6μm處的反射率，因此激光隱身涂料與雷達(dá)波隱身涂料并不矛盾?？刹捎枚囝l段吸收劑應(yīng)用于涂料中解決，其難點(diǎn)在于尋求具有寬頻帶吸收的涂料用吸收劑，如能制得寬頻帶吸收劑，激光隱身與雷達(dá)隱身的問題就可迎刃而解。對于近紅外激光隱身涂料，可利用近紅外激光隱身涂料對毫米波的透明性，將激光隱身涂料涂敷到毫米波隱身涂層表面，制備毫米波與激光復(fù)合隱身涂層。

3.3 激光與紅外

紅外探測指的是利用波長在3～15μm的紅外輻射特征進(jìn)行探測的方法，考慮到大氣層對紅外線的吸收，紅外探測器的實(shí)際工作波段為3～5μm和8～14μm，其熱成像技術(shù)在軍事領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。隨著紅外偵察、探測、制導(dǎo)和熱成像處理技術(shù)的發(fā)展，反紅外探測隱身技術(shù)也越來越重要，它是通過抑制目標(biāo)的紅外輻射，或改變目標(biāo)的熱形狀，從而達(dá)到目標(biāo)與背景的紅外輻射不可區(qū)分的一門技術(shù)。目前，反紅外探測隱身技術(shù)的主要技術(shù)措施有：一是改變紅外輻射特征，二是降低紅外輻射強(qiáng)度。主要是通過降低輻射體的溫度和目標(biāo)的輻射功率，除目標(biāo)的設(shè)計(jì)因素外，使用紅外隱身涂料是應(yīng)用最為廣泛的紅外隱身技術(shù)手段。紅外隱身涂料主要是針對紅外熱像儀的偵察，旨在降低武器在紅外波段的亮度，掩蓋或變形武器在紅外熱像儀中的形狀，降低其被發(fā)現(xiàn)和識別的概率。紅外隱身涂料根據(jù)其隱身機(jī)理可大致分為兩個(gè)類別，一類是通過隔熱的方式，使目標(biāo)體表面溫度降低以達(dá)到降低紅外信號的目的；另一類，也是應(yīng)用范圍最廣的是紅外低輻射隱身涂料，即通過隱身涂料在目標(biāo)表面的涂覆，使得目標(biāo)體的紅外輻射信號減弱從而達(dá)到紅外隱身的目的。根據(jù)平衡態(tài)輻射理論，對于非透明材料，相同波段范圍內(nèi)的發(fā)射率與反射率之和等于1。由于目前激光探測器工作波長絕大部分為1.06μm和10.6μm，正好處于紅外波段，激光隱身要求材料要有盡可能低的反射率，而同時(shí)紅外隱身要求材料要有盡可能的低的發(fā)射率，這樣激光隱身和紅外隱身就不可避免地成為了一對矛盾體，故兩者協(xié)調(diào)很重要。而且，采用多頻譜隱身材料是無法協(xié)調(diào)此矛盾的。通常是在涂敷紅外隱身涂料或多波段兼容隱身涂料的基礎(chǔ)上對激光反射采取一些補(bǔ)救措施。如采用對抗激光的方法，如發(fā)射煙幕彈等；還有一種方法是犧牲局部范圍的紅外隱身，就是使涂料在1.06μm／10.6μm附近出現(xiàn)較窄的低反射率帶，而其他波段均為低輻射，以此來達(dá)到對激光的隱身，同時(shí)又要對紅外隱身的影響不大。這一方法要求低反射帶盡可能窄，因而也成了該方法的難點(diǎn)。理想狀態(tài)的激光／紅外隱身涂層應(yīng)在1.06μm和10.6μm具有極低的反射率，而在其他紅外波段則具有盡可能高的反射率。然而這種材料實(shí)際上很難獲取。近來，摻雜半導(dǎo)體成為激光隱身涂料的研究熱點(diǎn)，摻雜半導(dǎo)體可作為涂料體系中的非著色顏料，經(jīng)過適當(dāng)選配半導(dǎo)體載流子參數(shù)可使涂料的紅外和激光隱身性能都達(dá)到令人滿意的結(jié)果，同時(shí)也不會防礙涂層滿足可見光偽裝的要求。摻雜半導(dǎo)體一般選用InO3或者In2O3和SnO2。通過摻雜使得等離子波長處于合適的范圍，使材料在1.06μm處具有強(qiáng)吸收低反射，在熱紅外波段具有低吸收高反射，從而達(dá)到兩者隱身兼容。

4 發(fā)展分析

激光隱身技術(shù)的發(fā)展趨勢：一是新型材料；二是紅外／激光隱身；三是納米激光隱身等［5］。

1）新型材料。例如，研發(fā)半導(dǎo)體化合物、研發(fā)光譜轉(zhuǎn)換材料等。

半導(dǎo)體化合物。在半導(dǎo)體等離子波長大于入射光波長情況下，半導(dǎo)體有低反射率，半導(dǎo)體的等離子波長取決于它的載瀛子濃度。通過摻雜控制其載流子濃度，從而改變摻雜半導(dǎo)體化合物等離子波長，使其在1.06μm波長附近產(chǎn)生強(qiáng)吸收。同時(shí)通過摻雜改性還可以使摻雜半導(dǎo)體化合物的紅外輻射范圍脫離紅外大氣窗口，達(dá)到紅外與激光復(fù)合隱身兼容的目的。

光譜轉(zhuǎn)換材料。研發(fā)光譜轉(zhuǎn)換材料，達(dá)到可以吸收多個(gè)低能量的長波長光子，然后發(fā)出高能量的短波長光，利用它對激光頻率的轉(zhuǎn)換特性來降低激光回波反射的能量，從而達(dá)到激光隱身的目的。

2）紅外／激光隱身。紅外與激光復(fù)合隱身中紅外隱身需要低發(fā)射率的材料，激光隱身需要低反射率的材料，這兩者的復(fù)合隱身是矛盾的。據(jù)報(bào)道，通過對各種紅外透明粘合劑如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂、Kiaton樹脂、改性乙丙橡膠的研究，以及一些金屬顏料、半導(dǎo)體顏料如ITO的研究，已基本上研制出1.06μm激光與8～14μm紅外波段的復(fù)合隱身涂料。此外采用雙層乃至多層涂敷法也是復(fù)合隱身研究的一種比較容易的方法。由實(shí)驗(yàn)分析可知，激光隱身涂料對雷達(dá)波的透波性能良好，并且厚度很小約為0.1mm，可以將其涂敷于雷達(dá)吸波材料表面，從而實(shí)現(xiàn)激光與雷達(dá)復(fù)合隱身。

3）納米激光隱身。納米材料是指材料組分特征尺寸在0.1～100nm的材料。它具有極好的吸波特性，具有頻帶寬、兼容性好、質(zhì)量小和厚度薄等特點(diǎn)，對電磁波的透射率及吸收率比微米粉要大得多。

將納米粉體應(yīng)用于涂料制成納米隱身涂料，由此制得的涂層在很寬的頻帶范圍內(nèi)可以躲避雷達(dá)波的偵察，同時(shí)能很好地吸收可見光、紅外線，包括激光探測常用波段的吸收，使其具有紅外隱身和激光隱身作用，可以顯著改善目標(biāo)的隱身性能。而且納米粉體一般在涂料中的添加量較傳統(tǒng)粉體少，易于實(shí)現(xiàn)高吸收、涂層薄、質(zhì)量輕、吸收頻帶寬、紅外微波吸收兼容等要求，是一種極具發(fā)展前景的隱身涂層材料。

5 結(jié)語

由于激光探測器大多采用主動式探測方式，即依靠接收目標(biāo)后向反射能量來進(jìn)行工作，因此，激光隱身是以降低目標(biāo)激光后向反射信號，即降低目標(biāo)后向散射截面為出發(fā)點(diǎn)。目前，隱身涂料正向多頻譜、寬頻帶方向發(fā)展，而納米隱身涂料由于其突出的優(yōu)點(diǎn)，可以制得綜合機(jī)械性能良好，以及多頻段、強(qiáng)吸收的多波段隱身涂料，必將成為激光隱身涂料的一個(gè)發(fā)展方向［6］。

［1］周建勛，胡江華，皮德富.紅外與激光復(fù)合隱身［J］.紅外技術(shù)，1996（5）.

［2］王廣民，房紅兵，汪貴華，等.地面武器的紅外與激光隱身技術(shù)［J］.紅外技術(shù)，1998（2）.

［3］王自榮，孫曉泉，余大斌.多波段隱身兼容中的幾個(gè)矛盾問題的分析［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2004（6）.

［4］王自榮，余大斌，孫曉泉，等.激光與紅外復(fù)合隱身涂料初步研究［J］.激光與紅外，2001（5）.

［5］張晶，李會利，張其土.激光隱身技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2007（S1）.

［6］林文學(xué)，劉勁松.激光與紅外復(fù)合隱身材料—摻雜半導(dǎo)體［J］.科技信息（科學(xué)教研），2007（11）.