CN106839883B - 微波侦察、打击和充电一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波侦察、打击和充电一体化系统，包括微波功率模块、微波天线模块、伺服系统，所述微波功率模块用于向所述微波天线模块提供额定功率的微波能量，所述微波天线模块用于向空间发射微波和接收目标回波，所述伺服系统用于控制微波天线模块向设定方向发射微波，其特征在于，还包括微波功率切换系统，所述微波功率切换系统用于控制微波功率模块，使其输出微波功率适用于微波侦察、微波打击或微波充电。本发明的系统可全天候工作，探测、打击和充电共用一套发射天线，系统功能全面，察、打、充3种模式转换速度快，在杂波背景下对小型目标探测能力强，系统采用一体化设计，制造、维护和操作成本低。

Description

微波侦察、打击和充电一体化系统

技术领域

本发明涉及空间目标探测、识别和摧毁技术，同时也涉及能量传输技术，具体来说本发明涉及一种微波侦察、打击和充电的一体化设备。

背景技术

为保障政治经济中心、首脑机关、军事要地、工业基地、交通枢纽和水利大坝等重要设施在战争时免受敌方飞机和导弹等空中武器攻击，要地防空一直是国防军事领域重要研究课题。

除飞机和导弹等传统空中威胁外，无人机亦逐渐成为要地防空的重要任务。目前无人机市场正处于爆炸性增长阶段，无人机成本低、噪音小、易发射，是军事攻击、恐怖分子和间谍的完美武器。而无人机飞行的飞行高度低、速度慢和造价低廉，防空导弹和高炮既无能为力，又显然代价过大。因此，如何有效地侦测和摧毁无人机成为了目前亟待解决重大难题。

此外，飞艇和无人机等飞行器的能源供给一直是制约飞行器航程和滞空时间的重大障碍。在不具备飞行器降落场地或需要飞行器长时间不间断工作的情况下，如果能够实现对我方飞行器的远距离无线充电方式，可大幅增加飞行器航程和滞空时间。

微波在军事上早已广泛应用，雷达通过发射和接收微波能量完成对空中目标的侦察和跟踪。微波作为武器早已受到世界各国的高度重视和广泛研究。例如高功率微波弹，它通过辐射高功率微波击穿或烧毁电子设备中半导体器件，从而造成敌方导弹、卫星、通信系统和雷达装置等失效。微波无线能量传输是以微波为载体，实现远距离能量无线传输和补给，可以摆脱传统传输电缆的束缚和燃料问题对能量供应的限制。微波能量无线传输技术可以向空中飞行器源源不断地提供能量，使飞行器可以长时间停留在空中，摆脱燃料消耗的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种微波侦察、打击和充电一体化系统，采用一套系统实现微波侦察、打击和充电功能。

本发明采用的技术方案是，微波侦察、打击和充电一体化系统，包括微波功率模块、微波天线模块、伺服系统，所述微波功率模块用于向所述微波天线模块提供额定功率的微波能量，所述微波天线模块用于向空间发射微波和接收目标回波，所述伺服系统用于控制微波天线模块向设定方向发射微波，其特征在于，还包括微波功率切换系统，所述微波功率切换系统用于控制微波功率模块，使其输出微波功率适用于微波侦察、微波打击或微波充电。

具体的，所述微波功率切换系统，根据操作指令控制微波功率模块的输出功率。

具体的，所述微波功率切换系统，根据接收目标回波进行判断自动控制微波功率模块的输出功率。

进一步的，所述微波侦察、打击和充电一体化系统安装在移动装置上。

具体的，所述移动装置为轮式车辆或履带式车辆。

具体的，所述微波天线模块采用相控阵天线。

具体的，所述微波天线模块采用抛物面反射面天线。

优选的，所述微波为连续波。

具体的，所述微波功率模块采用由N支磁控管构成的微波功率模块，N≥1。

进一步的，所述N支磁控管通过相干功率合成技术构成微波功率模块。

本发明的有益效果是，(1)微波受天气影响小，可全天候工作；(2)探测、打击和充电共用一套发射天线，系统功能全面，察、打、充3种模式转换速度快；(3)采用调频连续波体制，在杂波背景下对小型目标探测能力强；(4)系统采用一体化设计，制造、维护和操作成本低。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图；

图2是实施例2微波功率模块结构示意图；

图3是图2中第1支路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式，详细描述本发明的技术方案。

本发明采用多功能和高度集成设计，系统兼具对空中目标的监视、坐标指示和目标类型识别，对敌方目标进行威胁告警和高效能微波打击，还可实现对已方飞行器的微波充电，进行能量无线补给。

本发明的系统由微波功率模块、微波天线模块、伺服系统和微波功率切换系统几部分组成。在微波功率切换系统控制下，通过切换微波功率模块的输出功率实现三种工作模式：侦察模式、打击模式和充电模式，三种模式共用天线系统进行微波能量输出。

侦察模式下，系统处于连续波雷达工作状态，系统中微波功率模块输出较低功率的调频连续波信号。在伺服系统控制下，微波天线模块进行360o全方位扫描，仰角采用宽波束覆盖，对空域内目标进行探测和跟踪，并给出目标的三维坐标、速度等信息。该模式最大输出功率100W，最大侦察距离≧2km。由于采用了连续波探测体制，系统具备较强的空间目标，特别是小型目标在较强杂波环境中的探测能力。

该系统一旦确认空中目标为敌方目标，则转入打击模式。该模式下，微波天线模块自动对准空中目标，微波功率切换系统切换微波功率模块为大功率输出状态(微波功率大于100kW)。高能微波波束持续跟踪和辐照进入系统控制区域的敌方飞机、导弹、无人机等空中目标，烧毁目标内部电子设备，从而毁伤或击落敌方空中目标，最大打击距离≧2km。

大功率微波不仅可攻击常规飞机和导弹等飞行器，对隐身飞机更有特殊效果。由于隐身飞机表面隐身涂层吸收而几乎不反射微波能量，非常有利于高能微波的加热烧毁。对攻击无人机更具有独特优势，目前无人机依赖无线信号遥控和GPS导航，并且飞行慢、高度低和目标小，大功率微波能够较容易地捕捉和对准无人机，干扰遥控和导航信号，甚至毁伤遥控和导航电路。

充电模式是针对装配有能量接收天线的已方空中目标，例如飞艇、无人机等。该系统以远距离微波无线能量传输的形式，将大功率微波能量辐射到已方空中目标，空中目标利用装备的微波接收天线接收微波能量，通过整流电路转换为直流直流电并存储到机载蓄电池中。该状态下，最大输出功率≧10kW，最远充电距离≧1km。该无线充电功能可大幅提高飞艇和无人机的滞空时间和航程，有效减少为充电而返回和降落对执行任务的干扰。

实施例1

如图1所示，本例微波侦察、打击和充电一体化系统，包括置于轮式车辆20上的微波功率模块10、微波功率切换系统11、微波天线模块14和伺服系统13。微波功率模块采用由N支磁控管通过相干功率合成技术构成微波功率模块，根据采用的磁控管数量，能够输出功率超过100kW的连续波，可以向微波天线模块14提供额定功率的微波能量，使其满足微波侦察、微波打击或微波充电的要求。本例微波天线模块14采用相控阵天线，工作在上述三种模式下时，其向空间发射微波功率各不相同，同时本例微波天线模块14工作在微波侦察模式下时，还担负着接收目标回波的任务。由于采用相控阵天线，伺服系统的主要作用是控制微波天线模块起竖并指向设定方向发射微波。本例微波功率切换系统，具有自动工作模式和手动工作模式，可以根据微波天线模块侦察到的敌方目标自动切换到打击模式，控制微波功率模块输出大功率微波，对敌方目标进行摧毁。也可以根据操作界面输入指令控制微波功率模块的输出功率，使其适用于微波侦察、微波打击或微波充电三种不同工作模式的要求。

实施例2

本发明的微波侦察、打击和充电一体化系统，最重要的就是微波功率模块，需要适应大跨度功率切换和大功率微波输出。根据微波侦察、打击和充电一体化系统的特殊要求，本例微波功率模块采用由N支磁控管构成的微波功率模块，如图2所示。磁控管的数量N可以根据需要进行选择，通常采用高功率磁控管，当N≥5时，就可以输出≥100kW的微波功率。

本微波功率模块，可以看成是有N条支路并联构成，如图2所示。每条支路结构相同，包括独立信号源1、功率放大器12、环行器2、耦合器3、磁控管4、混频器5和滤波器7(图3中虚线上面部分)，其中微波功率切换系统6(图3中虚线下面部分)为系统共有，用于对N个独立信号源进行频率和相位控制，并输出磁控管开关信号，开启或关闭磁控管，切换微波功率模块的输出功率，使其满足微波侦察、打击和充电三种工作模式的要求。

下面以工作在C波段，频率为5.799GHz的磁控管微波功率源为例，描述本例采用的微波功率模块的结构。相应的，注入信号频率＝5.799GHz，磁控管中心频率＝5.800GHz，标准信号频率＝100kHz。

本例微波功率模块由N条支路并联构成，如图2所示，每条支路结构如图3所示，包括信号源1、功率放大器12、环行器2、耦合器3、磁控管4、混频器5、滤波器7和微波功率切换系统6。信号源1功率大小约为0dBm，输出的注入信号频率设定为5.799GHz。功率放大器12增益为40dB，输出功率约为10W。信号源1输出的注入信号通过环行器2注入磁控管4，调整磁控管4输出的功率信号频率，使其锁定到5.799GHz。磁控管4输出的功率信号通过环行器2进入耦合器3，其大部分作为微波功率输出，耦合器3输出的一部分信号经过混频器5、滤波器7进入微波功率切换系统6。混频器5将功率信号进行混频处理，产生一个频率为100kHz的混频信号，该混频信号经过滤波器7滤除带外杂波后输入微波功率切换系统6。微波功率切换系统6将100kHz的混频信号与标准信号(100kHz)进行比较，产生一个控制信号输出到独立信号源1，控制独立信号源1输出的注入信号频率和相位。100kHz标准信号，可由一个信号发生器(图中未示出)提供，该信号发生器同时为N个信号源提供基准频率信号，并接受微波功率切换系统6的控制。通过反复调整，最终使磁控管4的输出频率锁定到5.799GHz，相位与独立信号源1输出的注入信号同步。其他各支路的工作过程与上述过程相同，当N个独立信号源在微波功率切换系统6的控制下，将N个磁控管4频率锁定到同一频率5.799GHz时，N条支路输出频率和相位达到同步，系统就达到了相干微波功率合成的要求，N个磁控管输出的微波可以进行相干合成。

本例微波功率切换系统6的微波频率控制作用与通信技术中常见的锁相环路(PLL)作用相当。微波功率切换系统6基于人工智能的学习算法，产生一个控制信号输出到独立信号源1，控制独立信号源1输出的注入信号频率和相位。

本例中，磁控管4的高压直流电源为纹波小于1％的4200V直流高压电源。低纹波的直流高压电源，能够降低电源本身噪声对磁控管工作特性的不良影响，进一步提高锁频调相的精度。磁控管4在注入信号作用下起到一个放大器的作用，通过环行器2将微波功率输出到耦合器3中，最终该微波功率通过微波天线模块射出。

本例微波功率模块，每一支路微波频率稳定度达到10^-8，相位稳定度优于±3°，输出功率约655W，相位可调范围±180°，相位移动步进1°，满足用于实现相干功率合成的要求。非常适合用于空间微波能量传输和微波能武器系统，对于N条支路构成的系统，当N足够大时，同样可以实现几十上百千瓦的大功率微波输出。

本例微波功率切换系统6由可编程逻辑控制器和计算机系统构成，可编程逻辑控制器的输入端分别连接N个滤波器及信号发生器，可编程逻辑控制器输出端与计算机系统连接，计算机系统的输出端分别连接N个独立信号源及信号发生器，对其输出信号频率和相位进行独立控制，并且可以非常方便的实现微波频率调制。

本发明的微波功率切换系统能够对N个独立信号源进行分别控制，互不影响，极大地提高了系统的稳定性和可靠性。微波功率切换系统能够对N个磁控管进行独立控制，通过开启或关闭磁控管进行微波功率切换。既可以关闭或开启单只磁控管，也可以对磁控管进行分组，按组开启或关闭磁控管。比如，对于五只磁控管(N＝5，五条支路)组成的微波功率模块，可以将磁控管分成3组，第一组包括1只磁控管，第二组和第三组都是2只磁控管。微波侦察模式下，第一组磁控管开启，其他磁控管关闭。微波打击模式下，三组磁控管全部开启。微波充电模式下，第一组磁控管和第二组磁控管(或第三组磁控管)开启。这种分组控制方式，非常适合微波侦察、打击和充电一体化系统这种需要大跨度功率切换和大功率微波输出的应用场合。

Claims (10)

1.微波侦察、打击和充电一体化系统，包括微波功率模块、微波天线模块、伺服系统，所述微波功率模块用于向所述微波天线模块提供额定功率的微波能量，所述微波天线模块用于向空间发射微波和接收目标回波，所述伺服系统用于控制微波天线模块向设定方向发射微波，其特征在于，还包括微波功率切换系统，所述微波功率切换系统用于控制微波功率模块，使其输出微波功率适用于微波侦察、微波打击或微波充电。

2.根据权利要求1所述的微波侦察、打击和充电一体化系统，其特征在于，所述微波功率切换系统，根据操作指令控制微波功率模块的输出功率。

3.根据权利要求1所述的微波侦察、打击和充电一体化系统，其特征在于，所述微波功率切换系统，根据接收目标回波进行判断自动控制微波功率模块的输出功率。

4.根据权利要求1所述的微波侦察、打击和充电一体化系统，其特征在于，所述微波侦察、打击和充电一体化系统安装在移动装置上。

5.根据权利要求4所述的微波侦察、打击和充电一体化系统，其特征在于，所述移动装置为轮式车辆或履带式车辆。

6.根据权利要求1所述的微波侦察、打击和充电一体化系统，其特征在于，所述微波天线模块采用相控阵天线。

7.根据权利要求1所述的微波侦察、打击和充电一体化系统，其特征在于，所述微波天线模块采用抛物面反射面天线。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的微波侦察、打击和充电一体化系统，其特征在于，所述微波为连续波。

9.根据权利要求8所述的微波侦察、打击和充电一体化系统，其特征在于，所述微波功率模块采用由N支磁控管构成的微波功率模块，N≥1。

10.根据权利要求9所述的微波侦察、打击和充电一体化系统，其特征在于，所述N支磁控管通过相干功率合成技术构成微波功率模块。