CN105158757B - 一种雷达多通道组合控制盒及其工作方法 - Google Patents

一种雷达多通道组合控制盒及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于航管和情报探测雷达领域，具体涉及一种雷达多通道组合控制盒。本发明包括两个无源大功率限幅器、微波开关、继电器开关、环行器；气象高波束回波信号和气象低波束回波信号经过无源大功率限幅器限幅，微波开关选择一路回波信号输出，再和匿影信号通过继电器开关，选择一路信号输出，最后和天馈系统测试信号经过环行器隔离输出，实现了将匿影信号、气象高波束回波信号、气象低波束回波信号、天馈系统测试信号共用一路馈线传输，节约了回波传输使用的馈线路数，并且结构简单，成本低廉。

Description

一种雷达多通道组合控制盒及其工作方法
技术领域
本发明属于航管和情报探测雷达领域，具体涉及一种雷达多通道组合控制盒及其工作方法。
背景技术
在现代航管和情报探测雷达领域中，航管和情报探测雷达多采用双波束和双极化方式设计，双波束天线可以有效地解决探测威力和仰角覆盖以及系统抑制杂波的矛盾，双波束中的低波束既发射也接收，主要用于探测远区目标，双波束中的高波束是辅助波束，只接收不发射，主要用于探测近区目标。通常来说，在雷达天线的焦点上、下各装一组馈源，位于上面的馈源用于接收低波束回波信号，位于下面的馈源则用于接收高波束回波信号。在目标高低波束通道又会耦合出高波束气象通道和低波束气象通道。为了抗有源干扰，情报雷达会增加匿影天线，并通过匿影通道来实现对有源干扰信号的匿影和对消；此外，为了实现空馈系统自检，需要通过测试信号通道将测试信号发送到天线的测试喇叭口。
为了保证目标信号的传输损耗最小，目标收发的主通道需要使用两路馈线传输，而高波束气象通道、低波束气象通道、匿影通道、测试信号通道为辅助通道。如果每个辅助通道均使用一路馈线需要四路馈线、则需要四路旋转关节，这样不但增加了制造和运行成本，也极大地提高了设计难度，因此亟待改进。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可以将四路信号共用一路馈线传输的一种雷达多通道组合控制盒，本装置结构简单，不但降低了馈线系统的设计难度，并且显著地节省了制造和运营成本。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：
一种雷达多通道组合控制盒，本控制盒包括如下组成部分：
限幅器，所述限幅器设置为两个，两个限幅器分别对接收到的气象高波束回波信号、气象低波束回波信号进行限幅，并通过气象高波束通道和气象低波束通道分别将限幅后的气象高波束回波信号、气象低波束回波信号发送至微波开关；
微波开关，用于在接收气象高波束回波信号和接收气象低波束回波信号之间切换，并将接收到的气象高波束回波信号或气象低波束回波信号实时发送至继电器开关；
继电器开关，所述继电器开关的一个信号输入端与微波开关的信号输出端相连，另一个信号输入端与匿影信号通道的输出端相连，用于两个输入端信号之间选通切换，并将选通的一路信号通过继电器开关的信号输出端与环形器的其中一个端口相连；
环形器，用于将接收到的信号隔离输出，所述环形器的三个端口分别与继电器开关的信号输出端、测试信号通道以及公用馈线通道相连。
优选的，所述限幅器为无源限幅器，限幅器限幅后的信号强度小于1W。
优选的，所述微波开关切换时涉及的参数如下：
T＝TD+TH+TL；
TH＝2LH/C；
TL＝2LL/C－TH＝2LL/C－2LH/C＝2/C；
上式中，T为雷达在一个工作周期内的接收期时间，单位为s；
TD为导前触发时间，单位为s；
TH为气象高波束回波信号的接收时间，单位为s；
TL为气象低波束回波信号的接收时间，单位为s；
LH为气象高波束回波信号的最大接收距离，单位为km；
LL为气象低波束回波信号的最大接收距离，单位为km；
C为光速，单位为km/s；
当雷达处于一个工作周期中的接收期T时，微波开关在TD后的前TH时间内接收限幅后的气象高波束回波信号，并将接收到的气象高波束回波信号输送至继电器开关，在TH结束后的TL时间内接收限幅后的气象低波束回波信号，并将接收到的气象低波束回波信号输送至继电器开关。
本发明还同时提供了上述雷达多通道组合控制盒的工作方法，即：
1)在雷达接收期导前触发后，本控制盒工作于气象通道或匿影通道，其中气象通道包括气象高波束通道和气象低波束通道，此时本控制盒的工作方法包括如下步骤：
S1、在雷达接收期的气象高波束回波信号的接收时间TH内，工作于气象高波束通道的限幅器接收气象高波束回波信号，并将气象高波束回波信号限幅后输送至微波开关；在雷达接收期的气象低波束回波信号的接收时间TL内，工作于气象低波束通道的限幅器接收气象低波束回波信号，并将气象低波束回波信号限幅后输送至微波开关；
S2、所述微波开关由脉冲方波控制，并根据气象高波束回波信号的接收时间TH和气象低波束回波信号的接收时间TL进行切换，所谓微波开关将相应接收时间内收到的气象高波束回波信号或气象低波束信号发送至继电器开关处；
S3、所述继电器开关的两个信号输入端分别与气象通道的输出端、匿影通道的输出端相连；
当雷达接收到干扰信号时，此时继电器开关在开关控制信号的作用下工作在匿影通道，继电器开关将所接收到的匿影通道中通过匿影天线接收的匿影信号发送至环形器；否则，继电器开关工作在气象通道，并将接收到的气象高波束回波信号或气象低波束信号发送至环形器；
S4、所述环形器将继电器开关发送来的气象高波束回波信号或气象低波束信号或匿影信号输出至公共馈线；
2)在接收期后的雷达休止期，本控制盒工作于测试信号通道，此时经公共馈线发送来的测试信号经环形器输送至测试信号通道。
本发明的有益效果在于：
本发明包括两个无源限幅器、微波开关、继电器开关以及环行器；两个无源限幅器分别工作在气象高波束通道和气象低波束通道，并分别对气象高波束回波信号和气象低波束回波信号进行限幅，限幅后的气象高波束回波信号和气象低波束回波信号发送至微波开关处，所述微波开关采用脉冲方波控制切换，对限幅后的气象高波束回波信号和气象低波束回波信号按照方波时序进行分时输出；所述继电器开关的两个信号输入端分别与微波开关的输出端和匿影通道的输出端相连，继电器开关在开关控制信号的控制下在气象通道和匿影通道之间切换并选择一路信号输出，经继电器开关输出的信号和天馈系统的测试信号经过环形器隔离输出。
由上述可知，本发明中的控制盒能够实现将气象通道的气象高波束回波信号和气象低波束回波信号、匿影通道的匿影信号、测试信号通道的测试信号共用一路馈线传输，不但节约了回波传输使用的射频绞链和馈线路数，而且结构简单，成本低廉。
附图说明
图1为本发明的框图连接示意图。
图2为本发明的微波开关的控制脉冲方波波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明包括两个无源大功率限幅器10、微波开关20、继电器开关30、环行器40；两个所述无源大功率限幅器10的信号输入端各自分别连接气象高波束回波信号、气象低波束回波信号，两个所述无源大功率限幅器10的信号输出端均连接微波开关20的信号输入端，所述继电器开关30的信号输入端分别连接匿影信号和微波开关30的输出端；环形器40的三个端口分别与所述大功率继电器开关30的信号输出端、天馈系统的测试信号输出端、公用馈线相连，其中，所述环行器40与公用馈线连接实现双向传输信号。
所述微波开关20的控制端还连接控制脉冲方波及供电系统，所述继电器开关30的控制端还连接开关控制信号及供电系统，以保证微波开关20和继电器10开关的稳定可靠的切换和工作。
本发明中的雷达多通道组合控制盒的通道选择受雷达工作方式控制。航管和情报探测雷达的一个工作周期包括三个时间段：发射期、接收期和休止期。雷达在发射期只发射信号而不接收信号；接收期只接收信号不发射信号，处于接收期的雷达多通道组合控制盒工作在气象通道或匿影通道；雷达在休止期主要完成雷达自检，此时雷达多通道组合控制盒工作在测试信号通道，用于传输天馈系统测试信号。
气象高波束和气象低波束接收时，由于雷达发射出去的信号在近区受到地物反射，回波可能很强，如果高增益天线接收下来直接送到雷达接收机中可能烧坏接收机的前端设备，所以本发明设置了无源大功率限幅器对气象高波束回波信号和气象低波束回波信号进行限幅，本发明中的无源大功率限幅器可承受2KW以上的峰值脉冲功率，限幅后的气象高波束回波信号和气象低波束回波信号均小于1W。
如图2所示，当雷达处于接收期T时，首先会有一个导前触发时间TD，由于气象高波束回波信号将较先到达接收机处，此时微波开关20将在控制脉冲方波的控制下，在如图2中所示的气象高波束回波信号的接收时间TH内接收气象高波束回波信号，气象低波束回波信号将较后到达接收机处，微波开关20则在随后的气象低波束回波信号的接收时间TL内接收气象低波束信号，微波开关的切换时间为ns级，能够较好地满足切换需求。由图2可以看出，气象高波束回波信号的接收时间TH和气象低波束回波信号的接收时间TL是按照方波时序无缝对接的。
所述气象高波束回波信号的接收时间TH和气象低波束回波信号的接收时间TL跟高低波束的接收最大距离有较大关系，其存在如下关系式：
T＝TD+TH+TL；
TH＝2LH/C；
TL＝2LL/C－TH＝2LL/C－2LH/C＝2(LL－LH)/C；
上式中，T为雷达在一个工作周期内的接收期时间，单位为s；
TD为导前触发时间，单位为s；
TH为气象高波束回波信号的接收时间，单位为s；
TL为气象低波束回波信号的接收时间，单位为s；
LH为气象高波束回波信号的最大接收距离，单位为km；
LL为气象低波束回波信号的最大接收距离，单位为km；
C为光速，单位为km/s；
比如，设气象高波束回波信号的最大接收距离LH为30km，气象低波束回波信号的最大接收距离LL为150km，导前触发时间TD为1～2μs，由于导前触发时间TD极短，因此可以忽略，经计算，则气象高波束回波信号的接收时间TH为200μs，而气象低波束回波信号的接收时间TL为800μs。
本发明中的雷达多通道组合控制盒主要接收气象回波信号，即通常来说，当气象高波束回波信号和气象低波束回波信号传输时，图1中的继电器开关30始终切换在气象通道上。经过继电器开关30选择后的气象回波信号经过环行器40后再进入一路公共馈线向电子机柜传输。
所述匿影通道在一般情况下不使用，只有当雷达接收到某个方向有强有源干扰信号时才用。由于匿影天线增益很小，接收下来的匿影信号幅度小，不需要经过大功率限幅器限幅。如图2所示，当雷达接收到干扰信号时，继电器开关30在开关控制信号的作用下切换到匿影通道，并接收匿影天线送下来的接收信号即匿影信号，所述匿影信号经环行器40后进入一路公共馈线向电子机柜传输。
如图1所示，在雷达休止期，从电子机柜送来的天馈系统测试信号，经过环行器40后送到天线的测试喇叭完成天馈系统自测。

Claims (2)

1.一种雷达多通道组合控制盒，其特征在于：本控制盒包括如下组成部分：
限幅器(10)，所述限幅器(10)设置为两个，两个限幅器(10)分别对接收到的气象高波束回波信号、气象低波束回波信号进行限幅，并通过气象高波束通道和气象低波束通道分别将限幅后的气象高波束回波信号、气象低波束回波信号发送至微波开关(20)；
微波开关(20)，用于在接收气象高波束回波信号和接收气象低波束回波信号之间切换，并将接收到的气象高波束回波信号或气象低波束回波信号实时发送至继电器开关(30)；
继电器开关(30)，所述继电器开关(30)的一个信号输入端与微波开关(20)的信号输出端相连，另一个信号输入端与匿影信号通道的输出端相连，用于两个输入端信号之间选通切换，并将选通的一路信号通过继电器开关(30)的信号输出端与环形器(40)的其中一个端口相连；
环形器(40)，用于将接收到的信号隔离输出，所述环形器(40)的三个端口分别与继电器开关(30)的信号输出端、测试信号通道以及公用馈线通道相连；
所述限幅器(10)为无源限幅器，限幅器(10)限幅后的信号强度小于1W；
所述微波开关(20)切换时涉及的参数如下：
T＝TD+TH+TL；
TH＝2LH/C；
TL＝2LL/C－TH＝2LL/C－2LH/C＝2(LL－LH)/C；
上式中，T为雷达在一个工作周期内的接收期时间，单位为s；
TD为导前触发时间，单位为s；
TH为气象高波束回波信号的接收时间，单位为s；
TL为气象低波束回波信号的接收时间，单位为s；
LH为气象高波束回波信号的最大接收距离，单位为km；
LL为气象低波束回波信号的最大接收距离，单位为km；
C为光速，单位为km/s；
当雷达处于一个工作周期中的接收期T时，微波开关(20)在TD后的前TH时间内接收限幅后的气象高波束回波信号，并将接收到的气象高波束回波信号输送至继电器开关(30)，在TH结束后的TL时间内接收限幅后的气象低波束回波信号，并将接收到的气象低波束回波信号限幅后输送至继电器开关(30)。
2.一种如权利要求1所述的一种雷达多通道组合控制盒的工作方法，其特征在于：
1)在雷达接收期导前触发后，本控制盒工作于气象通道或匿影通道，其中气象通道包括气象高波束通道和气象低波束通道，此时本控制盒的工作方法包括如下步骤：
S1、在雷达接收期的气象高波束回波信号的接收时间TH内，工作于气象高波束通道的限幅器(10)接收气象高波束回波信号，并将气象高波束回波信号限幅后输送至微波开关(20)；在雷达接收期的气象低波束回波信号的接收时间TL内，工作于气象低波束通道的限幅器(10)接收气象低波束回波信号，并将气象低波束回波信号限幅后输送至微波开关(20)；
S2、所述微波开关(20)由脉冲方波控制，并根据气象高波束回波信号的接收时间TH和气象低波束回波信号的接收时间TL进行切换，所述微波开关(20)将相应接收时间内收到的气象高波束回波信号或气象低波束信号发送至继电器开关(30)处；
S3、所述继电器开关(30)的两个信号输入端分别与气象通道的输出端、匿影通道的输出端相连；
当雷达接收到干扰信号时，此时继电器开关(30)在开关控制信号的作用下工作在匿影通道，继电器开关(30)将所接收到的匿影通道中通过匿影天线接收的匿影信号发送至环形器(40)；否则，继电器开关(30)工作在气象通道，并将接收到的气象高波束回波信号或气象低波束信号发送至环形器(40)；
S4、所述环形器(40)将继电器开关(30)发送来的气象高波束回波信号或气象低波束信号或匿影信号输出至公共馈线；
2)在接收期后的雷达休止期，本控制盒工作于测试信号通道，此时经公共馈线发送来的测试信号经环形器(40)输送至测试信号通道。
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