CN106772266A - 应用于船舶导航雷达的双体制发射机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于船舶导航雷达的双体制发射机，近区扫盲模式下，连续波激励信号经固态放大器放大，再由开关和大功率开关进行选择导通，传输至发射天线，此时固态放大器中的可调衰减器处于不衰减的工作状态；远程探测模式下，脉冲信号经固态放大器放大，由开关选择作为电真空功率放大器的输入信号放大至80dBm，经大功率开关选择传输至天线，此时固态放大器中的可调衰减器将脉冲信号的功率衰减至10‑20dBm；所述的集成电路调整器控制固态放大器激励和电真空功率放大器。本发明在现有高功率脉冲体制基础上实现连续波体制发射，可应用于远程探测和近距离补盲，对于船舶导航雷达的技术发展有很大的意义。

Description

应用于船舶导航雷达的双体制发射机

技术领域

本发明涉及一种导航雷达的双体制发射机。

背景技术

导航雷达安装在各类船舶上，探测船舶载体周围的各类物体，如船只、航标、桥墩、堤岸、浮冰、海岛、冰山、海岸线等，给船员提供直观清晰的目标距离与方位数据，根据需要发出警告信息，规避危险障碍物，防止碰撞事故，保证船舶安全航行或顺利泊锚。

自1904年德国人Chrisian Hulsmeyer申请了单站脉冲雷达专利并推销用于海上舰船防撞以来，船用导航雷达已历经了一个世纪的发展。1946年出现了最早的商业海用雷达；1960年，海洋生命安全国际会议建议使用雷达防止船舶碰撞事故，1974年，该会议规定商船必须装备雷达；1977年，美国海岸警卫队颁布规定，要求所有进入美国水域的船只装备并使用避碰系统，促进了计算机自动雷达标绘仪(ARPA)的迅速发展。

20世纪80年代，军用雷达技术快速发展，人们乐观地认为船用导航雷达技术也会突飞猛进，甚至设想应用脉冲多普勒、相控阵、合成孔径成像、超视距探测等技术体制。30年过去了，船用导航雷达技术与军用雷达技术的差距却越来越大，除了屈指可数的新技术，如波导缝隙阵列天线、固态调制器、数字终端显示、数字信号处理、固态功放、连续波等，其余变化都是小改小革，如组合导航(接入船舶自动识别设备、运行电子海图)、波束锐化、双量程显示等，而非雷达体制上的根本变化。时至今日，无论军用还是民用船舶，仍然大量使用磁控管导航雷达，甚至连数字信号处理技术都未广泛使用。究其原因，民用船舶是导航雷达的主要市场，成本与性价比是首要因素。激烈的市场竞争导致雷达的重心放在了产品的价格而不是新技术应用上，除非有法律条文明确规定，否则那些价格居高不下的技术就一直得不到应用。

导航雷达按技术体制的差别可分为脉冲式和连续波式两种。脉冲式导航雷达通过发射和接收一串调制脉冲，根据发射和接收脉冲之间的往返时延来计算距离，探测距离远；而连续波导航雷达利用发射频率和接收频率的频率差和时间差，精确测量目标的距离和径向速度，还具有良好的杂波抑制能力。

脉冲雷达发射与接收信号在时间上错开，允许很大的发射功率，目标探测距离远，距离盲区取决于脉冲信号宽度与收发切换时间；连续波雷达同时发射和接收，理论上没有距离盲区，距离分辨率可以做得很高。因为收发隔离度的影响，连续波雷达发射功率一般较小，探测距离较近。

中国航天科工集团二院23所设计实现的双体制船用导航雷达，采用相参体制的固态发射机，连续处理脉冲串，终期免维护，可靠性大大提高。同时，在脉冲探测模式的基础上加上连续波探测模式，分辨率得到显著提升，两个漂浮物之间的距离超过2.5米即可辨别。此外，雷达的峰值功率也从200瓦降低至1瓦，有效降低了辐射。该雷达利用固态功放的脉冲体制结合连续波体制解决了导航雷达探测近距离盲区的问题，但存在的问题在于：一方面，固态功放实现的发射机成本远高于以行波管为代表的电真空器件所实现的发射机；另一方面，固态功放发射机的探测距离远低于以电真空器件为基础的发射机；故对现有真空器件所实现的发射机进行相关技术改造，在现有高功率脉冲体制基础上实现连续波体制发射，对于船舶导航雷达的技术发展有很大的意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种应用于船舶导航雷达的双体制发射机，包括脉冲体制和连续波体制两种工作模式，可应用于远程探测和近距离补盲。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用于船舶导航雷达的双体制发射机，包括集成电路调整器、固态放大器、开关、电真空功率放大器和大功率开关；近区扫盲模式下，连续波激励信号经固态放大器放大，再由开关和大功率开关进行选择导通，传输至发射天线，此时固态放大器中的可调衰减器处于不衰减的工作状态；远程探测模式下，脉冲信号经固态放大器放大，由开关选择作为电真空功率放大器的输入信号放大至80dBm，经大功率开关选择传输至天线，此时固态放大器中的可调衰减器将脉冲信号的功率衰减至10-20dBm；所述的集成电路调整器控制固态放大器激励和电真空功率放大器。

所述的电真空功率放大器包括行波管、速调管和回旋管。

所述的电真空功率放大器采用行波管时，所述的集成电路调整器包括控制低压组件和调制高压组件；近区扫盲模式下，连续波激励信号经前级放大组件放大后，再由开关和大功率开关的选择作用传输至发射天线，此时固态放大器中的可调衰减器处于不衰减的工作状态；远程探测模式下，脉冲信号经前级放大组件放大后，信号功率由可调衰减器衰减至10-20dBm，该脉冲信号作为电真空功率放大器的输入信号经开关选择输入至行波管放大至80dBm，经大功率开关选择传输至天线；其中，控制低压组件的作用在于接收外界的控制信号和调制高压组件的采样反馈信号，并对前级放大组件和调制高压组件进行控制；调制高压组件输出阴极电压调制脉冲对行波管进行控制。

所述的电真空功率放大器采用速调管时，本发明还包括隔离器、可变衰减器、打火驻波检测器、高功率隔离器、高功率开关、磁场电源、冷却系统、固态调制、灯丝电源和高压电源；近区扫盲模式下，连续波激励信号经固态放大器放大，再由开关和高功率开关的选择作用传输至发射天线；远程探测模式下，脉冲信号经前级放大组件放大，经开关、隔离器后传输至可变衰减器，可变衰减器将脉冲信号的功率衰减至10-20dBm，该脉冲信号输入速调管放大至80dBm，功率为80dBm的脉冲信号经打火驻波检测器、高功率隔离器的传输作用后，经高功率开关选择传输至天线；所述的固态调制器将小功率时序信号放大形成高压脉冲信号以控制速调管的通断，并为速调管栅极提供负偏压，以保证脉冲休止期间速调管处于截至状态；高压电源提供速调管所需的直流高压和能量，灯丝电源完成速调管灯丝加热功能，钛泵电源是速调管的辅助电源，满足速调管的工作状态；冷却系统为速调管散热。

所述的电真空功率放大器采用回旋管时，本发明还包括高功率开关、灯丝电源、制冷设备、控制保护电路、钛泵电源、MAX调制器、高压电源和磁场电源；近区扫盲模式下，连续波激励信号经前级固态功放放大，此时、前级固态功放中的可调衰减器处于不衰减的工作状态，连续波经射频开关和高功率开关的选择作用传输至发射天线；远程探测模式下，脉冲信号经前级放大组件放大，信号功率由可调衰减器衰减至10-20dBm，该脉冲信号作为电真空功率放大器的输入信号经开关选择输入至回旋管放大至80dBm，经高功率开关选择传输至天线；其中，高压电源提供回旋管所需的直流高压和能量，灯丝电源完成回旋管灯丝加热功能，钛泵电源是速调管的辅助电源，满足回旋管的工作状态；制冷设备为回旋管散热；MAX调制器将高压电源产生的稳定直流高压变换成脉冲高压，脉冲高压对回旋管进行阴极调制；磁场电源为回旋管放大器的聚焦线圈提供恒流电源。

本发明的有益效果是：在现有高功率脉冲体制基础上实现连续波体制发射，可应用于远程探测和近距离补盲，对于船舶导航雷达的技术发展有很大的意义。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是基于行波管的船舶导航雷达双体制发射机原理示意图；

图3是基于速调管的船舶导航雷达双体制发射机原理示意图；

图4是基于回旋管的船舶导航雷达双体制发射机原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

参见图1，应用于船舶导航雷达的双体制发射机包括：集成电路调整器、固态放大器激励、开关、电真空功率放大器和大功率开关。近区扫盲模式下：连续波激励信号经固态放大器放大后(功率为30dBm)，此时、固态放大器中的可调衰减器处于不衰减的工作状态，连续波经开关和大功率开关的选择作用后，传输至发射天线；远程探测模式下：脉冲信号经固态放大器放大后(功率为30dBm)，信号功率由可调衰减器衰减至10-20dBm，该脉冲信号作为电真空功率放大器的输入信号经开关选择输入至电真空功率放大器放大至80dBm，经大功率开关选择传输至天线。

应用于船舶导航雷达的双体制发射机应用的电真空器件包含：行波管、速调管和回旋管三种。

参见图2，基于行波管的船舶导航雷达双体制发射机包含：控制低压组件、调制高压组件、前级放大组件、射频开关、行波管、大功率开关。近区扫盲模式下：连续波激励信号经前级放大组件放大后(功率为30dBm)，此时、前级放大组件中的可调衰减器处于不衰减的工作状态，连续波经开关和大功率开关的选择作用后，传输至发射天线；远程探测模式下：脉冲信号经前级放大组件放大后(功率为30dBm)，信号功率由可调衰减器衰减至10-20dBm，该脉冲信号(信号功率为行波管的最佳激励功率值)作为电真空功率放大器的输入信号经开关选择输入至行波管放大至80dBm，经大功率开关选择传输至天线。其中，控制低压组件的作用在于接收外界的控制信号和调制高压组件的采样反馈信号，并对前级放大组件和调制高压组件进行控制；调制高压组件输出阴极电压调制脉冲对行波管进行控制。

参见图3，基于速调管的船舶导航雷达双体制发射机包含：固态放大器、射频开关、隔离器、可变衰减器、速调管、打火驻波检测器、高功率隔离器、高功率开关、磁场电源、冷却系统、固态调制、灯丝电源、高压电源。近区扫盲模式下：连续波激励信号经固态放大器放大后(功率为30dBm)，经开关和高功率开关的选择作用后，传输至发射天线；远程探测模式下：脉冲信号经前级放大组件放大后(功率为30dBm)，经开关、隔离器后传输至可变衰减器，可变衰减器将脉冲信号的功率衰减至10-20dBm，该脉冲信号(信号功率为行波管的最佳激励功率值)作为电真空功率放大器的输入信号经开关选择输入至速调管放大至80dBm，功率为80dBm的脉冲信号经打火驻波检测器、高功率隔离器的传输作用后，经大功率开关选择传输至天线。其中，打火驻波检测器、高功率隔离器的作用在于低损耗传输射频功率和防止负载反射损坏速调管；固态调制器将小功率时序信号放大形成高压脉冲信号以控制速调管的通断，并为速调管栅极提供负偏压，以保证脉冲休止期间速调管处于截至状态；高压电源提供速调管所需的直流高压和能量，灯丝电源完成速调管灯丝加热功能，钛泵电源是速调管的辅助电源，满足速调管的工作状态；冷却系统为速调管和其它发热器件散热。

参见图4，基于回旋管的船舶导航雷达双体制发射机包含：前级固态功放、射频开关、回旋行波管放大器、高功率开关、灯丝电源、制冷设备、控制保护电路、钛泵电源、MAX调制器、高压电源和磁场电源。近区扫盲模式下：连续波激励信号经前级固态功放放大后(功率为30dBm)，此时、前级放大组件中的可调衰减器处于不衰减的工作状态，连续波经射频开关和高功率开关的选择作用后，传输至发射天线；远程探测模式下：脉冲信号经前级放大组件放大后(功率为30dBm)，信号功率由可调衰减器衰减至10-20dBm，该脉冲信号(信号功率为行波管的最佳激励功率值)作为电真空功率放大器的输入信号经开关选择输入至回旋行波管放大器放大至80dBm，经高功率开关选择传输至天线。其中，高压电源提供回旋管所需的直流高压和能量，灯丝电源完成回旋管灯丝加热功能，钛泵电源是速调管的辅助电源，满足回旋管的工作状态；制冷设备为回旋管和其它发热器件散热；MAX调制器将高压电源产生的稳定直流高压变换成脉冲高压，脉冲高压对回旋管进行阴极调制；磁场电源为回旋管放大器的聚焦线圈提供恒流电源，产生恒定磁场使电子注聚焦于管子的腔体轴线附近，有效控制回旋管的直流特别是高频状态时的电子通过率。

Claims (5)

1.一种应用于船舶导航雷达的双体制发射机，包括集成电路调整器、固态放大器、开关、电真空功率放大器和大功率开关，其特征在于：近区扫盲模式下，连续波激励信号经固态放大器放大，再由开关和大功率开关进行选择导通，传输至发射天线，此时固态放大器中的可调衰减器处于不衰减的工作状态；远程探测模式下，脉冲信号经固态放大器放大，由开关选择作为电真空功率放大器的输入信号放大至80dBm，经大功率开关选择传输至天线，此时固态放大器中的可调衰减器将脉冲信号的功率衰减至10-20dBm；所述的集成电路调整器控制固态放大器激励和电真空功率放大器。

2.根据权利要求1所述的应用于船舶导航雷达的双体制发射机，其特征在于：所述的电真空功率放大器包括行波管、速调管和回旋管。

3.根据权利要求1所述的应用于船舶导航雷达的双体制发射机，其特征在于：所述的电真空功率放大器采用行波管时，所述的集成电路调整器包括控制低压组件和调制高压组件；近区扫盲模式下，连续波激励信号经前级放大组件放大后，再由开关和大功率开关的选择作用传输至发射天线，此时固态放大器中的可调衰减器处于不衰减的工作状态；远程探测模式下，脉冲信号经前级放大组件放大后，信号功率由可调衰减器衰减至10-20dBm，该脉冲信号作为电真空功率放大器的输入信号经开关选择输入至行波管放大至80dBm，经大功率开关选择传输至天线；其中，控制低压组件的作用在于接收外界的控制信号和调制高压组件的采样反馈信号，并对前级放大组件和调制高压组件进行控制；调制高压组件输出阴极电压调制脉冲对行波管进行控制。

4.根据权利要求1所述的应用于船舶导航雷达的双体制发射机，其特征在于：所述的电真空功率放大器采用速调管时，本发明还包括隔离器、可变衰减器、打火驻波检测器、高功率隔离器、高功率开关、磁场电源、冷却系统、固态调制、灯丝电源和高压电源；近区扫盲模式下，连续波激励信号经固态放大器放大，再由开关和高功率开关的选择作用传输至发射天线；远程探测模式下，脉冲信号经前级放大组件放大，经开关、隔离器后传输至可变衰减器，可变衰减器将脉冲信号的功率衰减至10-20dBm，该脉冲信号输入速调管放大至80dBm，功率为80dBm的脉冲信号经打火驻波检测器、高功率隔离器的传输作用后，经高功率开关选择传输至天线；所述的固态调制器将小功率时序信号放大形成高压脉冲信号以控制速调管的通断，并为速调管栅极提供负偏压，以保证脉冲休止期间速调管处于截至状态；高压电源提供速调管所需的直流高压和能量，灯丝电源完成速调管灯丝加热功能，钛泵电源是速调管的辅助电源，满足速调管的工作状态；冷却系统为速调管散热。

5.根据权利要求1所述的应用于船舶导航雷达的双体制发射机，其特征在于：所述的电真空功率放大器采用回旋管时，本发明还包括高功率开关、灯丝电源、制冷设备、控制保护电路、钛泵电源、MAX调制器、高压电源和磁场电源；近区扫盲模式下，连续波激励信号经前级固态功放放大，此时、前级固态功放中的可调衰减器处于不衰减的工作状态，连续波经射频开关和高功率开关的选择作用传输至发射天线；远程探测模式下，脉冲信号经前级放大组件放大，信号功率由可调衰减器衰减至10-20dBm，该脉冲信号作为电真空功率放大器的输入信号经开关选择输入至回旋管放大至80dBm，经高功率开关选择传输至天线；其中，高压电源提供回旋管所需的直流高压和能量，灯丝电源完成回旋管灯丝加热功能，钛泵电源是速调管的辅助电源，满足回旋管的工作状态；制冷设备为回旋管散热；MAX调制器将高压电源产生的稳定直流高压变换成脉冲高压，脉冲高压对回旋管进行阴极调制；磁场电源为回旋管放大器的聚焦线圈提供恒流电源。