现代战斗机的红外搜索与跟踪系统（上）

　　战斗机上有各种精密的航电装备，其中主动式电子扫描阵列雷达威力强大，可让战斗机同时接战来自不同方向的目标，甚至具有成为高能量武器及快速数据链的潜力，赋予战斗机前所未有的新战斗力。但雷达波会泄露飞机的行踪，妨害战斗机遂行任务，甚至危及战斗机的生存性。为兼顾搜索目标及避免敌方知悉我机动向，不会向外发射电磁波的被动式红外搜索与跟踪系统已成为现今新一代战斗机的必要装备。

前言

　　战斗机是安装有高性能传感器及武器系统的飞行平台，机上航电装备及相关软件的价格就大约占了总价格的一半。这些航电系统及传感器虽然很先进，却会发射强烈的电磁波。即使现今战斗机已采用隐身技术来大幅降低雷达反射面积，但发射电磁波无异于向敌方侦察系统报告我机方位及飞行方向，对战斗机遂行任务非常不利。若因电磁波发射管理不当，让战斗机现形于敌方雷达或热成像仪上，之前为隐身所做的一切努力将完全付诸流水。

F-22开加力时的红外图像

　　要解决这个难题，基本方法是降低本身发射的电磁波，根本解决之道则是使用先进、不发射电磁波的被动式传感器，让敌方侦察系统一无所悉。

雷达是战斗机的必备航电系统，却也是妨害隐身的最主要装备

电磁波管理

雷达

　　现今战斗机所发射的电磁波中，最主要的来源当然是尖峰功率可达数十万瓦的雷达。先进雷达警告接收机（Radar Warning Receiver）接收到雷达发射的电磁波后，不但能定位发射源位置，在与计算机数据库对比后还能确定雷达的种类和战斗机的型号。虽然战斗机可采用“雷达静默”方式来躲避探测，但这只能偶尔为之，而且在躲避敌方探测和探测敌方目标间如何平衡也是一大难题。

　　低拦截率（Low Probability of Intercept）雷达可以解决部分难题，这种雷达的发射频谱很宽，使用最小的发射功率，并采取跳频（frequency hopping）技术，载波以特殊的传输顺序在多个频段内变换发射频率。这种传输方式有两个优点︰一、对窄频干扰有强大的反制能力；二、对窄频接收机而言，这种雷达波就如同多余的背景噪声，因此极难拦截。所以低拦截率雷达在搜索跟踪目标时，雷达警告接收机很难探测，战斗机能在不惊动敌方的情况下进行探测、识别、以及跟踪敌方的目标。

主动式电子扫描阵列雷达的波束狭窄，频率多变，波形变化多端，很难予以拦截

　　雷达还可用脉冲压缩（pulse compression）技术来降低被探测到的机率。这是一种增加传输距离和提高信噪比（Signal-to-Noise Ratio）的信号处理技术，将发射脉冲先进行调变，并将反射信号与发射电磁波相对比，在距离与分辨率不变的情况下尖峰发射功率可以大幅降低。

　　在设计雷达时，若能减少旁波瓣（side lobe）及后波瓣（back lobe）的功率也能降低被拦截的机率。现今的相位阵列（phased array）雷达不但可控制旁波瓣的大小，还能以狭窄、移动迅速的电磁波进行型态复杂的搜索，用来对付雷达警告接收机效果斐然，即使被它探测到也会认为不值一顾。不过相位阵列雷达仍然需要高功率接收/发射模块，只是把机械式扫描天线（Mechanically Scanning Antenna）换成电子PIN二极管被动式移相器（phase shifter），不再需要机械扫描动作，对雷达运行或降低能量消耗也有相当的帮助。

　　最先进的低拦截率雷达是主动式电子扫描阵列（Active Electronic Scanned Array，AESA）雷达，这种雷达的发射和接收机被多个自备电源及放大器的发射/接收模块取代，每个发射/接收模块具备功率放大器、低噪音放大器、相位控制器及振幅控制装置，因而不需要高功率中央发射系统。除了在操作上更为便利之外，雷达扫描也非常迅速，因此很难予以拦截。据说F-22“猛禽”（Raptor）的AN/APG-77主动式电子扫描阵列雷达在对装有雷达警告接收机或电子支援措施（Electronic Support Measure）的敌机进行扫描时，敌机根本不知道已被雷达波笼罩。

AESA雷达的单个发射/接收模块

　　传统雷达是在一狭窄频段内发射低能量脉冲，AN/APG-77雷达则是以扩展频谱传送（spread spectrum transmission）技术在一宽带段内发射脉冲，各频段的回波由雷达信号处理器综合，从目标传回的总能量与传统雷达相差无几，但每个脉冲的能量大幅减小，而且也不符合一般的雷达波调变型态，因此目标很难察觉F-22就在附近窥伺。

其它发射源

　　无线电传送也会惊动敌方，因而获知我机的方位，并且有可能由无线电特性知道飞机的型号。现今的战斗机可通过数据链接收语音或数据信息，但战斗机在网络中心化战争（Network Centric Warfare）背景下作战，除接收信息外也得传送大量的信息，数据链容易被探测或拦截，降低了飞机的隐身性能。F-22因此有两套数据链系统，一套使用标准的超高频/极高频（VHF/UHF）无线电频率；另一套是低功率、低拦截性的飞行中数据链（Intra flight Datalink），让各架F-22不需通过无线电通讯就能自动彼此分享目标与系统的信息。

F-22的AN/APG-77主动式电子扫描阵列雷达不但威力强大，且具备成为超级数据链的潜力

　　为了消除数据链可能泄露行踪的顾虑，F-22正在提升AN/APG-77的性能，在2006年9月由诺格（Northrop Grumman）、洛马（Lockheed Martin）、L-3通讯（L-3 Communications）合作的一次测试中，F-22的AN/APG-77主动式电子扫描阵列雷达通过通用数据链（Common DataLink）的调制解调器仿真成无线网络中的一个节点（node），以每秒548Mb和每秒1,000Mb以上的速率下载及上传数据，较美国现役传输速率每秒约1Mb的Link16强上几百倍，能在极短的时间内将数据传输完毕，降低泄露飞机行踪的风险。

　　飞机上的电子反制装备，尤其是各种干扰器也很容易泄露飞机的行踪及方位，使得是否该启动电子反制变成两难。一般而言，若已被敌方探测发现，就应该启动电子反制以迷惑或蒙骗敌方的雷达，但若敌方对我机仍毫无所悉时，就应该避免使用。

　　除了上述各种向外发射电磁波的装备外，飞机上各个电子开关在扳动时也会发出少量电磁信号，这对全金属飞机造成的问题较小，因为金属结构会吸收这部分的噪声，但对性质属于绝缘体的复合材料而言就不容小觑。