CN106526564A - 一种机电一体化探测雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机电一体化探测雷达，包括：支架；俯仰转架，其枢接在所述支架上；雷达本体，其固定在所述俯仰转架的一端；水平转动机构，其用于驱动所述雷达本体水平转动；油缸，其枢接在所述俯仰转架的另一端，通过所述油缸的活塞杆的伸缩驱动所述雷达本体俯仰转动；流量计，其与所述油缸连接，用于计量进入所述油缸内的液压油的流量；第一处理器，其根据所述流量计所计量的液压油的流量值计算所述油缸的活塞杆的伸出量，并根据所述伸长量计算所述雷达本体的俯仰角度值或变化值。本发明通过流量计计量液压油流量来获得油缸的伸出量，进而获得雷达本体任意的俯仰角度值，相对现有技术具有监测精度高、结构简单的优点。

Description

一种机电一体化探测雷达

技术领域

本发明涉及一种机电技术领域，尤其涉及一种机电一体化探测雷达。

背景技术

机电一体化探测雷达即有源电子扫描阵列雷达或无源电子扫描阵列雷达，是指一类通过改变天线表面阵列所发出波束的合成方式，来改变波束扫描方向的雷达。

机电一体化探测雷达有相当密集的天线阵列，在传统雷达天线面的面积上可安装上千个相控阵天线，任何一个天线都可收发雷达波，而相邻的数个天线即具有一个雷达的功能。扫描时，选定其中一个区块(数个天线单元)或数个区块对单一目标或区域进行扫描，因此整个雷达可同时对许多目标或区域进行扫描或追踪。

现有技术中的机电一体化探测雷达通常具有两个转动自由度，即水平的转动自由度和竖直的转动自由度(俯仰自由度)，通过这两个转动自由度可实现所有方位的跟踪。对应地，驱动机电一体化探测雷达的动力装置也有两个，监测两种转动角度的角度监测装置(或机构)也有两个。而现有技术中的监测装置通常为角度和位移传感器。如，机电一体化探测雷达通过铰接与支撑件连接，角度传感器设置在铰接处，为了实现俯仰角的监测，以角度传感器为圆心的圈套内侧均布若干个凸起(用于响应角度传感器)，角度传感器通过检查凸起的个数来确定雷达俯仰的角度变化，从而确定俯仰的角度。

虽然上述机构能够监测到俯仰角的角度值，但由于凸起受到尺寸的影响不能布置过多，从而使角度传感器检查俯仰角度的精度大大降低，最终无法确定雷达的空间的方位。

发明内容

针对现技术中的上述技术问题，本发明提供了一种能够全方位监测和跟踪的机电一体化探测雷达。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种机电一体化探测雷达，包括：

支架；

俯仰转架，其枢接在所述支架上；

雷达本体，其固定在所述俯仰转架的一端；

所述雷达本体成像方法，包括以下步骤：

步骤1，将相控阵雷达天线阵面划分为M×N个子阵，每个子阵有K×L个阵元，总共有M×N×K×L个阵元，阵元按矩形均匀分布，相控阵雷达发射机在第q个脉冲下将线性调频信号s0q发射到成像场景中，并接收第q个脉冲下的含P个目标散射点的回波信号，将排列在相控阵雷达阵面的第m行n列的子阵中的第k行l列的阵元在第q个脉冲下的第p个目标散射点处的相移值设定为q＝1,2,...,Q,Q脉冲总个数,m＝1,2,3,...,M，M为天线阵面行数，n＝1,2,3,...,N，N为天线阵面列数，l＝1,2,3,...,L，L为子阵的列数，k＝1,2,3,...,K，K为子阵的行数；

步骤2，对第q个脉冲下的含P个目标散射点的回波信号进行去载频fc，得到第q个脉冲下的含P个目标散射点的基频回波信号s1q，对基频回波信号s1q进行距离脉压，得到距离脉压后的基频回波信号s2q；再从距离脉压后的基频回波信号s2q中得到第u个距离单元内的含P个目标散射点的回波信号u＝1,2,3...,U，U表示每个脉冲下的距离单元的总个数；

步骤3，利用相控阵雷达阵面的第m行n列的子阵中的第k行l列的阵元在第q个脉冲下的每个目标散射点处的相移值得到Q个脉冲下的P个目标散射点的天线辐射方向性增益矩阵F，F维数Q×P；再利用天线辐射方向性增益矩阵F构建Q个脉冲下的第u个距离单元内的含P个目标散射点的回波信号su；再利用天线辐射方向性增益矩阵F和Q个脉冲下的第u个距离单元内的含P个目标散射点的回波信号su构建第u个距离单元内的P个目标散射点的散射系数向量σu的目标函数；并且在稀疏约束条件下求解目标函数得到第u个距离单元内的P个目标散射点的散射系数向量估计值；

步骤4，先由第u个距离单元内的P个目标散射点的散射系数向量估计值形成二维图像Zu，再由U个距离单元的二维图像Z1,Z2,...Zu...,ZU按照距离单元的顺序排列起来得到三维图像Z＝[Z1,Z2,...Zu...,ZU]

水平转动机构，其用于驱动所述雷达本体水平转动；

油缸，其枢接在所述俯仰转架的另一端，通过所述油缸的活塞杆的伸缩驱动所述雷达本体俯仰转动；

流量计，其与所述油缸连接，用于计量进入所述油缸内的液压油的流量；

第一处理器，其根据所述流量计所计量的液压油的流量值计算所述油缸的活塞杆的伸出量，并根据所述伸长量计算所述雷达本体的俯仰角度值或变化值。

进一步优选，所述机电一体化探测雷达还包括第二处理器，所述水平转动机构包括定子和设置在所述定子内的转子，所述支架设置在所述转子的转动中心，所述定子的内壁沿周向设置有第一电容条，所述转子的外壁沿周向设置有第二电容条，所述转子通过不同的转动角度使所述第二电容条与所述第一电容条形成不同的叠置面积，所述第二处理器根据不同的所述叠置面积确定所述雷达本体的水平转动角度。

进一步优选，所述转子包括中心齿轮、设置在所述中心齿轮一侧并与所述中心齿轮啮合的传动齿轮以及套设所述中心齿轮和所述传动齿轮的内齿圈，所述内齿圈与所述传动齿轮啮合，所述定子为套设所述内齿圈的圈套，所述第一电容条设置在所述圈套的内壁，所述第二电容条设置在所述内齿圈的外壁。

进一步优选，所述机电一体化探测雷达还包括致动器，所述致动器与所述中心齿轮连接并用于驱动所述中心齿轮转动。

进一步优选，所述致动器为电动机。

进一步优选，所述致动器为液压马达。

与现有技术相比，本发明的机电一体化探测雷达的有益效果是：本发明通过流量计计量液压油流量来获得油缸的伸出量，进而获得雷达本体任意的俯仰角度值，相对现有技术具有监测精度高、结构简单的优点。

附图说明

图1为本发明的机电一体化探测雷达的主视图。

图2为本发明的机电一体化探测雷达的雷达本体处于某一仰角时的状态视图。

图3为本发明的机电一体化探测雷达的俯视图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

如图1-3所示，本发明公开了一种机电一体化探测雷达，该机电一体化探测雷达包括支架3、俯仰转架2、雷达本体1、水平转动机构、油缸4、流量计5、第一处理器14、第二处理器19、第一电容条10、第二电容条11以及致动器15。水平转动机构包括定子和设置在所述定子内的转子；所述转子包括中心齿轮6、传动齿轮7、内齿圈8以及圈套9。

具体地，圈套9设置在地基18凹槽中，在圈套9内设置内齿圈8，内齿圈8的外壁与圈套9的内壁间隔且相对，在内齿圈8的中心处装设中心齿轮6，在中心齿轮6的一侧通过第二转轴17装设传动齿轮7，该传动齿轮7的布设位置使得传动齿轮7同时与中心齿轮6和内齿圈8啮合；中心齿轮6正下方装设致动器15，该致动器15通过第一转轴16与中心齿轮6连接；支架3竖直设置在中心齿轮6的中心处，俯仰转架2枢接在支架3的端部，俯仰转架2的一端装设雷达本体1，油缸4的活塞杆端枢接在俯仰转架2的另一端，油缸4的缸体端枢接在中心齿轮6上，油缸4的无杆腔由液压泵12供油，油缸4的有杆腔与油箱13连通。本发明的关键在于：

如图1和图2所示，流量计5连接在液压泵12和油缸4之间，该流量计5用于计量流入油缸4的无杆腔的液压油的流量，第一处理器14与流量计5电连接，该第一处理器14用于获取流量计5的计量值，由于油缸4的腔室的截面不变，第一处理器14通过获得流入无杆腔内的液压油的流量可计算出活塞杆的伸出量，由于计算出了活塞杆的伸出量，利用平面几何原理，根据伸出量可计算出雷达本体1的俯仰转角。也就是说，一定的流量值对应一定的伸出量，一定的伸出量对应一定的俯仰转角，流量值与俯仰转角建立了一一对应关系。由于流量计5获得是液压油无极连续的流量值，从而使得第一处理器14能够获得任意俯仰角度，从而使第一处理器14监测的俯仰角度的精度极高，相对于现有技术的监测手段，本发明的监测俯仰转角的方式具有简单、监测稳定以及监测精度高的优点。

如图3所示，第一电容条10设置在圈套9的内壁，第二电容条11设置在内齿圈8的外壁，通过致动器15驱动中心齿轮6转动，通过传动齿轮7带动内齿圈8和第二电容条11转动，从而使第二电容条11与第一电容条10的叠置面积不断改变，第二处理器19与第一电容条10和第二电容条11与第二处理器19电连接；雷达本体1随中心齿轮6转动，雷达本体1的每个水平转角均对应一个叠置面积，每个叠置面积对应一个电容值。也就是说，雷达本体1的水平转角与第一电容条10和第二电容条11所输出的电容值建立了一一对应关系。第二处理器19通过获得的电容值来监测雷达本体1的转角。由于第一电容条10和第二电容条11随中心齿轮6转动，其叠置面积是无极连续变化的，所产生的电容值也是无极连续变化的，第二处理器19通过获得无极变化的电容值可监测雷达本体1的任意水平转角，从而使第二处理器19监测的水平转角极高，相对于现有技术的监测手段，本发明的监测水平转角的方式具有简单、监测稳定以及监测精度高的优点。

致动器可有为各种类型的旋转类驱动器，如电机等，为利用上述的液压泵，致动器优选为液压马达，该液压马达可由上述的液压泵驱动。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种机电一体化探测雷达，其特征在于，包括：

支架；

俯仰转架，其枢接在所述支架上；

雷达本体，其固定在所述俯仰转架的一端；

所述雷达本体成像方法，包括以下步骤：

步骤1，将相控阵雷达天线阵面划分为M×N个子阵，每个子阵有K×L个阵元，总共有M×N×K×L个阵元，阵元按矩形均匀分布，相控阵雷达发射机在第q个脉冲下将线性调频信号s0q发射到成像场景中，并接收第q个脉冲下的含P个目标散射点的回波信号，将排列在相控阵雷达阵面的第m行n列的子阵中的第k行l列的阵元在第q个脉冲下的第p个目标散射点处的相移值设定为q＝1,2,...,Q,Q脉冲总个数,m＝1,2,3,...,M，M为天线阵面行数，n＝1,2,3,...,N，N为天线阵面列数，l＝1,2,3,...,L，L为子阵的列数，k＝1,2,3,...,K，K为子阵的行数；

步骤2，对第q个脉冲下的含P个目标散射点的回波信号进行去载频fc，得到第q个脉冲下的含P个目标散射点的基频回波信号s1q，对基频回波信号s1q进行距离脉压，得到距离脉压后的基频回波信号s2q；再从距离脉压后的基频回波信号s2q中得到第u个距离单元内的含P个目标散射点的回波信号u＝1,2,3...,U，U表示每个脉冲下的距离单元的总个数；

步骤3，利用相控阵雷达阵面的第m行n列的子阵中的第k行l列的阵元在第q个脉冲下的每个目标散射点处的相移值得到Q个脉冲下的P个目标散射点的天线辐射方向性增益矩阵F，F维数Q×P；再利用天线辐射方向性增益矩阵F构建Q个脉冲下的第u个距离单元内的含P个目标散射点的回波信号su；再利用天线辐射方向性增益矩阵F和Q个脉冲下的第u个距离单元内的含P个目标散射点的回波信号su构建第u个距离单元内的P个目标散射点的散射系数向量σu的目标函数；并且在稀疏约束条件下求解目标函数得到第u个距离单元内的P个目标散射点的散射系数向量估计值；

步骤4，先由第u个距离单元内的P个目标散射点的散射系数向量估计值形成二维图像Zu，再由U个距离单元的二维图像Z1,Z2,...Zu...,ZU按照距离单元的顺序排列起来得到三维图像Z＝[Z1,Z2,...Zu...,ZU]；

水平转动机构，其用于驱动所述雷达本体水平转动；

油缸，其枢接在所述俯仰转架的另一端，通过所述油缸的活塞杆的伸缩驱动所述雷达本体俯仰转动；

流量计，其与所述油缸连接，用于计量进入所述油缸内的液压油的流量；

第一处理器，其根据所述流量计所计量的液压油的流量值计算所述油缸的活塞杆的伸出量，并根据所述伸长量计算所述雷达本体的俯仰角度值或变化值。

2.根据权利要求1所述的机电一体化探测雷达，其特征在于，所述机电一体化探测雷达还包括第二处理器，所述水平转动机构包括定子和设置在所述定子内的转子，所述支架设置在所述转子的转动中心，所述定子的内壁沿周向设置有第一电容条，所述转子的外壁沿周向设置有第二电容条，所述转子通过不同的转动角度使所述第二电容条与所述第一电容条形成不同的叠置面积，所述第二处理器根据不同的所述叠置面积确定所述雷达本体的水平转动角度。

3.根据权利要求2所述的机电一体化探测雷达，其特征在于，所述转子包括中心齿轮、设置在所述中心齿轮一侧并与所述中心齿轮啮合的传动齿轮以及套设所述中心齿轮和所述传动齿轮的内齿圈，所述内齿圈与所述传动齿轮啮合，所述定子为套设所述内齿圈的圈套，所述第一电容条设置在所述圈套的内壁，所述第二电容条设置在所述内齿圈的外壁。

4.根据权利要求3所述的机电一体化探测雷达，其特征在于，所述机电一体化探测雷达还包括致动器，所述致动器与所述中心齿轮连接并用于驱动所述中心齿轮转动。

5.根据权利要求4所述的机电一体化探测雷达，其特征在于，所述致动器为电动机。

6.根据权利要求4所述的机电一体化探测雷达，其特征在于，所述致动器为液压马达。