數位隱身與電磁偽裝：解析雷達截面積 (RCS) 與電子戰的技術博弈

在現代防禦科技的博弈中，勝負往往早在視距之外就已分曉，這是一場發生在電磁頻譜（Electromagnetic Spectrum）上的無聲戰爭，戰鬥機、無人機（UAV）甚至是海軍艦艇，其生存能力的關鍵指標不再僅僅是裝甲的厚度或機動性，而是「可被偵測性（Detectability）」。

這引出了兩個核心的技術領域：一是如何讓物體在雷達螢幕上「消失」，即雷達截面積（RCS）的縮減與精密量測；二是在無法隱身的情況下，如何透過電子戰（EW） 手段欺騙敵方雷達，本文將深入剖析這兩項技術的物理基礎，以及在實驗室中如何透過先進的測試手段重現這些極端複雜的電磁場景。

技術核心：雷達截面積 (RCS) 的物理意義與量測挑戰

雷達截面積（Radar Cross Section, RCS），通常以符號 σ 表示，其單位為平方公尺 m² 或分貝平方公尺 (dBsm)，它定義了一個目標反射雷達訊號能力的強弱，從物理光學（Physical Optics）的角度來看，RCS 並不等於物體的幾何截面積，一個幾何尺寸巨大的平板，如果角度傾斜，其 RCS 可能極小；而一個微小的角反射器（Corner Reflector），卻可能擁有巨大的 RCS。這就是為什麼一架龐大的 B-2 轟炸機，其雷達特徵可能僅相當於一隻飛鳥或甚至一隻昆蟲。

 

奧創系統科技專為海空防禦設計的 RCS 測試系統，整合 R&S ZNA 向量網路分析儀、kW 級高功率脈衝放大器與 >2000kg 重載轉台，支援 1-40 GHz 全頻段，適用於室內暗室與室外遠場環境。
 

遠場條件 (Far-Field) 的物理限制

要準確量測 RCS 必須滿足「遠場」條件，這是因為雷達訊號在抵達目標時，波前（Wavefront）必須近似於平面波（Plane Wave），如果距離太近，球面波（Spherical Wave）造成的相位誤差將導致量測結果嚴重失真；根據天線理論，遠場距離 R 必須滿足以下公式：R > 2 × D^2 / λ，其中 D 是目標的最大孔徑尺寸，λ 是波長；試想一下，如果要測試一個 77 GHz（波長約 3.9 mm）的車用雷達或小型無人機，假設目標尺寸 D 為 30 公分，所需的遠場距離約為 46 公尺，如果是更大的物體，這個距離將迅速增加到數百公尺甚至數公里，這使得在傳統的室內實驗室（Anechoic Chamber）中進行直接量測變得幾乎不可能。

緊縮場 (CATR)：在室內摺疊空間

為了解決空間限制，緊縮場天線測試範圍（Compact Antenna Test Range, CATR） 技術應運而生，這項技術的核心在於使用一個精密的拋物面反射器（Reflector），當饋源天線（Feed Antenna）發射球面波打到反射器上時，經過反射器的幾何光學轉換，反射出的波束會變成平行的平面波，這就在反射器前方的特定區域內創造了一個「靜區（Quiet Zone）」。在這個區域內，電磁波的振幅和相位都高度均勻，模擬了無限遠處的電磁環境；透過 CATR 技術，工程師可以在僅有幾公尺長的實驗室內，實現原本需要數百公尺才能達到的遠場測試條件。這對於測試 4D 成像雷達、隱形戰機模型或衛星通訊天線至關重要。

逆合成孔徑雷達 (ISAR)：繪製電磁回波的「地圖」

單純知道一個物體的整體 RCS 值是不夠的，研發人員需要知道「是哪一顆螺絲釘、哪一個機翼邊緣」造成了強烈的雷達反射，以便進行外型修整或塗佈吸波材料，這就需要用到 逆合成孔徑雷達（Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR） 成像技術。

從多普勒效應到 2D 圖像

傳統的合成孔徑雷達（SAR）是雷達移動、目標靜止；而 ISAR 則是雷達靜止、目標轉動；當目標在轉台上旋轉時，目標上不同的散射點（Scatterers）相對於雷達會有不同的徑向速度，從而產生不同的多普勒頻移（Doppler Shift）；透過對接收到的寬頻訊號進行複雜的傅立葉轉換（Fourier Transform）和訊號處理，我們可以將這些頻率差異轉換為空間位置資訊，最終系統能產生一張二維的雷達影像，清晰地顯示出目標在「距離（Range）」和「橫向距離（Cross-range）」上的散射強度分布。

這張「熱點圖」能讓工程師一目了然地看到隱身設計的弱點，例如，在測試一架飛機模型時，ISAR 圖像可能會顯示進氣道或駕駛艙邊緣有強烈的反射亮點，這就是需要重點改進的區域。

B747 飛機模型（1:100 比例）的 ISAR 成像圖，圖中亮點清晰標示出飛機的主要散射源位置，如引擎進氣口與機翼前緣，這對於分析物體的雷達特徵至關重要。
 

當隱身失效時：電子戰 (EW) 與威脅模擬

在戰場上，如果物理隱身（Stealth）失效，或者是面對擁有極高靈敏度的現代雷達，飛行器就必須依賴電子反制（Electronic Countermeasures, ECM）來生存，這時，雷達預警接收機（Radar Warning Receiver, RWR） 扮演著守護神的角色。

我們提供從單一威脅到高密度戰場的完整實驗室模擬與驗證，助您在昂貴的飛行測試前充滿信心，有效降低開發風險與成本。
 

複雜電磁環境的模擬挑戰

測試 RWR 的最大挑戰在於模擬真實戰場的「電子戰鬥序列（Electronic Order of Battle, EOB）」，在現代衝突中，一架戰機可能同時被數十個地面雷達、機載雷達和飛彈尋標器鎖定，這些雷達工作在不同的頻段，使用不同的掃描模式（如搜索、追蹤、射控），且脈衝重複頻率（PRF）極高；傳統的任意波形產生器（ARB）難以應對這種場景，因為儲存長達數分鐘且包含數百萬個脈衝的波形數據需要海量的記憶體。

PDW：用「語言」描述脈衝

為了解決這個問題，現代測試系統採用 脈衝描述字（Pulse Descriptor Words, PDW） 技術，系統不再傳輸龐大的基頻 IQ 數據，而是傳輸一串串指令，每個 PDW 就像是一個封包，定義了一個雷達脈衝的關鍵參數：到達時間（ToA）、頻率、脈衝寬度、幅度以及調變類型（如 Chirp 或巴克碼）。

向量訊號產生器（如 R&S SMW200A）接收到這些 PDW 後，會由內部的即時處理器「由無到有」產生射頻脈衝，這種方法使得測試系統能夠以極高的密度（每秒數百萬個脈衝）模擬多個雷達發射源，並且可以動態地改變雷達行為，例如模擬雷達從「搜索模式」切換到「鎖定模式」時 PRF 的瞬間變化。

角度模擬：欺騙 RWR 的方向感

RWR 的另一個核心功能是測向（Direction Finding, DF），即告訴飛行員威脅來自哪個方向，為了在實驗室驗證這項功能，測試系統必須能控制訊號到達 RWR 多個天線端口的精確相位差和幅度差；透過耦合多台向量訊號產生器，並進行精密的相位同調校正，工程師可以在實驗室中模擬出訊號以特定的「到達角（Angle of Arrival, AoA）」射向 RWR，這讓研發人員能夠在不進行昂貴試飛的情況下，驗證 RWR 的測向演算法是否準確，以及在多目標情境下是否會發生誤判。

同調距離拖引（RGPO）欺騙干擾技術的測試域，顯示了真實雷達回波與欺騙干擾脈衝在距離（時間）、多普勒（頻率）域上的動態變化關係。
 

數位射頻記憶體 (DRFM)：製造「幽靈」的技術

在電子反制技術中，最先進的手段之一是 數位射頻記憶體（Digital Radio Frequency Memory, DRFM） 干擾，DRFM 干擾機不是簡單地發射雜訊，而是將敵方雷達的訊號「錄製」下來，經過快速的數位處理（如延遲、頻移）後，再「重播」回去，這能產生極具欺騙性的效果：

1. 距離拖引（Range Gate Pull-Off, RGPO）：
   透過逐漸增加重播訊號的延遲，讓敵方雷達誤以為目標正在遠離，從而丟失鎖定。
2. 速度欺騙（Velocity Deception）：
   透過改變重播訊號的多普勒頻率，欺騙雷達的速度追蹤閘。

驗證 DRFM 干擾機的性能需要極高頻寬的分析儀器，因為現代雷達往往採用頻率捷變（Frequency Agility）或寬頻 Chirp 訊號，干擾機必須能瞬時跟隨這些變化，透過寬頻示波器或訊號分析儀，工程師可以比對原始雷達訊號與干擾訊號，驗證 DRFM 是否成功地保持了訊號的同調性（Coherence），這是欺騙成功的關鍵。

從實驗室到戰場的數位橋樑

從 RCS 的精密量測到複雜電子戰環境的模擬，我們看到了一個共同的趨勢：數位化與軟體定義，過去需要把真實飛機吊在巨大的戶外測試場，現在可以在緊縮場（CATR）中完成；過去需要真實雷達開機才能測試 RWR，現在可以用 PDW 串流在實驗室中重現整個戰場的電磁環境，這些高科技測試手段不僅大幅降低了研發成本與風險，更成為了現代國防科技發展中不可或缺的數位橋樑，確保我們的防禦系統在面對未知的電磁威脅時，能夠先知先覺，決勝於無形。

推薦解決方案

針對本文探討的高階 RCS 量測與電子戰威脅模擬，我們提供了領先業界的解決方案：

全頻段高精密雷達截面積 (RCS) 量測解決方案

1. 奧創系統科技提供涵蓋室內、室外、靜態、動態的完整 RCS 測試方案，專為海空目標的精確雷達截面積評估而設計，本方案的測試架構適用範圍包括船舶元件、比例模型飛機元件、縮放或全尺寸飛機模型、導彈和無人機。
2. 測試環境可依據需求，選擇在室內微波暗室 (Anechoic Chamber) 進行高保密性量測、或在室外無大型障礙物的測試區域進行全尺寸量測，透過系統內建的近場轉遠場演算法，本系統能夠從近距離量測數據中生成高解析度的 2D/3D SAR 和 ISAR 雷達圖像，相較於傳統僅能提供單點數據的遠場 RCS 系統，具有更強大的診斷與分析優勢。

R&S ZNA 向量網路分析儀

1. 這是一款頂級的 VNA，具備極高的動態範圍和量測速度，專為 RCS 量測和天線測試設計，其獨特的硬體架構支援脈衝量測，配合時域閘門（Time Gating）功能，能有效過濾背景雜訊，提升 RCS 量測的精確度。
2. 支援毫米波頻段擴充，完美涵蓋車用雷達（77GHz）及未來的 6G 頻段測試需求。

R&S SMW200A 向量訊號產生器

1. 作為威脅模擬的核心，SMW200A 支援高密度的 PDW 串流播放，能夠模擬每秒數百萬脈衝的複雜雷達發射源環境。
2. 具備優異的相位同調性，支援多機串聯，是用於模擬到達角（AoA）及測試 RWR 測向能力的理想選擇。

R&S FSW 訊號及頻譜分析儀

1. 擁有極寬的內部分析頻寬（最高可達 8.3 GHz），能夠捕捉並分析現代寬頻雷達訊號及跳頻訊號。
2. 是用於驗證 DRFM 干擾機性能、分析雷達脈衝內調變（Intrapulse Modulation）及頻譜純度的強大工具。