CN110412528A - 一种炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟装置及模拟方法 - Google Patents

一种炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟装置及模拟方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及目标模拟技术领域，公开了一种炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟装置及模拟方法，模拟装置包括：举升装置、横向移动装置、伺服及同步控制装置、数字储频微波延迟电路、收发天线和微波电缆，横向移动装置水平设置在举升装置的上部，收发天线安装在横向移动装置上，能在横向移动装置的控制下水平移动，数字储频微波延迟电路通过微波电缆与收发天线连接，举升装置、横向移动装置和数字储频微波延迟电路分别与伺服及同步控制装置信号连接；这种炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟装置及模拟方法，解决了炮位侦察校射雷达训练组织困难和训练成本高的问题，同时解决了以往炮位侦察校射雷达内部的模拟装置模拟的弹迹回波不真实的问题。

Description

一种炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟装置及模拟方法
技术领域
本发明涉及目标模拟技术领域，特别涉及一种炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟装置及模拟方法。
背景技术
炮位侦察校射雷达是通过检测敌方或我方火炮发射炮弹的飞行轨迹来测定敌方火炮阵地的位置或我方火炮的弹着点。炮位侦察校射雷达的日常训练方法是在火炮靶场架设雷达阵地，通过雷达探测火炮发射炮弹的轨迹来进行训练。另外，炮位侦察校射雷达在维修后也需要通过探测火炮发射的炮弹来对雷达的工作状态和探测精度进行检测。
传统的炮位侦察校射雷达训练和检测方法存在以下缺点：(1)需要专业的火炮射击靶场，训练和检测组织比较困难。(2)需要使用火炮和弹药，训练和检测成本太高。
为了降低训练成本，目前炮位侦察校射雷达常使用雷达内部模拟程序，在雷达屏幕上产生操作手训练所需要的弹迹来进行训练和部分功能的检查。但是使用内部模拟程序在雷达屏幕产生的弹迹与实际弹丸飞行时产生的弹迹有比较大的差异。由于模拟程序产生的弹迹时，雷达收发系统和波控等主要分系统没有参与，不能完全反映雷达的真实工作情况，因此不能用其对雷达系统进行全面检查。另外，模拟程序产生的弹迹过于清晰规整，与实际弹丸产生的弹迹差异比较大，真实的弹迹由于弹丸定位精度等原因，所形成的弹迹往往不够清晰规整，雷达屏幕上也没有杂波干扰，对雷达操作手是训练不真实直观。
使用与炮位侦察雷达同步控制的微波信号源也可以产生雷达检测所需要的模拟弹丸回波信号。该方法产生的模拟弹丸回波信号是射频回波信号，其信号特征与实际弹丸回波信号的特征非常接近，雷达接收、波控和信号处理等部分也参与了模拟信号的产生。因此该方法比使用程序产生的模拟信号更真实。但该方法同样存在着很多的缺点。一是设备比较复杂，需要在雷达与微波信号源之间建立信号通道，架设操作也比较繁琐，二是模拟产生的弹迹与雷达之间观察角为零，与实际弹迹(通常都有观察角)有比较大的区别。因此，该方法目前还较少被使用。
发明内容
本发明提供一种炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟装置及模拟方法，可以解决现有技术中的上述问题。
本发明提供了一种炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟装置，包括：举升装置、横向移动装置、伺服及同步控制装置、数字储频微波延迟电路、收发天线和微波电缆，横向移动装置水平设置在举升装置的上部，收发天线安装在横向移动装置上，能在横向移动装置的控制下水平移动，数字储频微波延迟电路通过微波电缆与收发天线连接，举升装置、横向移动装置和数字储频微波延迟电路分别与伺服及同步控制装置信号连接；
所述举升装置用于带动横向移动装置上升或下降，从而带动收发天线上升或下降，使天线发射的模拟回波信号相对于雷达在仰角上实时变化，模拟弹道的上升或下降；
所述横向移动装置用于带动收发天线横向水平移动，使天线发射的模拟回波信号相对于雷达在方位角上实时变化，模拟弹道的观察角；
所述数字储频微波延迟电路用于接收到雷达发射的微波信号，并按照所模拟弹道的要求进行实时的延迟处理，模拟雷达回波信号；
所述收发天线用于接收雷达发射的微波信号，将经过延迟处理的微波信号再发送出去供雷达接收；
所述伺服及同步控制装置用于按照所模拟弹道的要求给数字储频微波延迟电路、举升装置和横向移动装置发送控制指令，使其按照要求同步工作，形成三维空间内弹丸回波和弹道的模拟。
一种炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟方法，包括以下步骤：
S1、将模拟装置设置在炮位侦察校射雷达的周围；
S2、通过改变模拟装置上收发天线的高度，模拟炮位侦察校射雷达用弹丸在仰角上的移动；通过改变模拟装置上收发天线的水平位置模拟炮位侦察校射雷达用弹丸在方位角上的移动；通过调整模拟装置上数字储频微波延迟电路的延迟时间，模拟弹丸回波的距离和运动速度；
同步改变收发天线的高度、水平位置和数字储频微波延迟电路的延迟时间，模拟火炮按照一定的射向射击时弹丸回波的过程。
还包括步骤S3、通过改变收发天线在模拟装置上每一时刻的位置与此时数字储频微波延迟电路的延迟时间的对应关系，模拟不同的弹道参数。
所述在进行弹丸回波模拟时，收发天线在弹丸回波模拟装置上每一时刻的位置与此时数字储频微波延迟电路的延迟时间一一对应，且严格同步。
上述步骤S1具体包括：
S11、模拟准备：在距离雷达十几米到数十米满足雷达天线远场测试条件的地方架设模拟装置；
S12、将模拟装置的架设距离、需要模拟的弹种和射击参数录入到伺服及同步控制装置中的计算机内；
S13、根据模拟装置的架设距离、需要模拟的弹种和射击参数，计算出需要模拟的弹道和弹道中各点对应的数字储频微波延迟电路、举升装置和横向移动装置的控制参数，并将该弹道的控制参数保存以便随时调用；
S14、将模拟装置收发天线归位，准备进行模拟。
上述步骤S12中的射击参数包括：射角、射向和初速。
上述步骤S2具体包括：
S21、雷达开机进入侦察工作模式，朝向模拟装置架设方向发射电磁波进行侦察；
S22、模拟装置启动模拟程序，开始模拟敌方火炮射击；
S23、伺服及同步控制装置按照保存的模拟弹道控制参数开始连续地给数字储频微波延迟电路、举升装置和横向移动装置发送各自的同步控制指令；
S24、数字储频微波延迟电路通过收发天线接收雷达发射的电磁波，并在同步控制指令的控制下，连续不断地减小延迟时间，使模拟回波的距离按照弹道规律不断接近，模拟弹丸向雷达所在方向的飞行过程；同时，收发天线在伺服与同步控制装置的控制下，随举升装置不断上升，并沿着横向移动装置水平移动，使模拟回波相对于雷达在仰角和方位角上发生变化，模拟火炮按照一定的射向射击时弹丸的上升过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过改变模拟装置上收发天线的高度，模拟弹丸在炮位侦察校射雷达用弹丸在仰角上的移动，通过改变模拟装置上收发天线的水平位置模拟炮位侦察校射雷达用弹丸在方位角上的移动；通过调整数字储频微波延迟电路的延迟时间，模拟炮位侦察校射雷达用弹丸回波的距离和运动速度；通过同步改变收发天线的高度、水平位置和数字储频微波延迟电路的延迟时间，模拟火炮按照一定的射向射击时弹丸回波的过程，本发明的装置结构简单，经济实用，本发明的方法模拟的弹丸回波真实，操作方便，节约训练经费，降低对场地训练的要求和训练组织的难度，不但可以用于对雷达操作手是训练，还可对炮位侦察校射雷达的工作状态和侦察校射精度进检查，及时发现设备存在的问题。
附图说明
图1为本发明提供的弹丸回波的模拟装置的结构示意图。
图2为本发明提供的弹迹模拟工作原理图。
图3为本发明提供的具有观察角的弹迹模拟工作原理图。
图4为本发明提供的火炮发射点侦察原理示意图。
附图标记说明：
1-举升装置，2-横向移动装置，3-伺服及同步控制装置，4-微波延迟电路，5-收发天线，6-微波电缆。
具体实施方式
下面结合附图1-4，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参见图1，本发明模拟装置由收发天线5、数字储频微波延迟电路4、举升装置1、横向移动装置2、伺服及同步控制装置3以及用于连接收发天线和微波延迟电路4的微波电缆6等组成。
其中收发天线5负责接收雷达发射的微波信号，并将经过延迟处理的微波信号再发送出去供雷达接收；
数字储频微波延迟电路4负责将接收到雷达发射的微波信号按照所模拟弹道的要求进行实时的延迟处理，形成模拟的雷达回波信号；
举升装置1负责按照所模拟弹道的要求带动收发天线5上下移动，使天线发射的模拟回波信号相对于雷达在仰角上实时变化，形成所模拟弹道的上升或下降段；
横向移动装置2负责按照所模拟弹道的要求带动收发天线5左右移动，使天线发射的模拟回波信号相对于雷达在方位角上实时变化，形成所模拟弹道的观察角；
伺服及同步控制装置3负责照所模拟弹道的要求给微波延迟电路4、天线举升装置1和天线横向移动装置2发送控制指令，使其按照要求同步工作，形成三维空间内弹丸回波和弹道的模拟。
所述收发天线5的尺寸与模拟装置与被测雷达之间的距离有关，模拟装置与被测雷达之间的距离越远，收发天线的尺寸越大；模拟装置与被测雷达之间的距离越近，收发天线的尺寸越小。
三维空间内弹丸回波和弹道模拟的原理如下：
整个系统的工作原理如图2和图3所示：假设雷达架设在A点，模拟装置的收发天线5在B点，模拟装置的天线与雷达的斜距离为d。雷达工作时发射电磁波，模拟装置上的收发天线接收雷达发射的电磁波，通过微波电缆6送给微波延迟电路4将其变为数字信号先存储起来，并在伺服及同步控制装置3的控制下，根据所模拟弹道的需要延迟一定时间，再通过收发天线将数字信号变回原来的微波信号发送出去，形成模拟的雷达回波信号，模拟回波信号的特征与真实回波信号的特征可以做到完全一致。
假设要模拟弹丸飞行到空间C点处产生的雷达回波信号，则模拟装置需要产生的附近延迟距离为d1，此时只要控制微波延迟电路，使其延迟时间为2d1/v，式中v为电磁波在空间中的传播速度，就可以生产C点的模拟回波信号。
假设图2和图3中要模拟弹丸由C点运动到了C1点，则模拟装置需要产生的附近延迟距离为d2，此时微波延迟电路的延迟时间应为2d2/v。同时，举升装置1还需要将模拟装置的收发天线5由B点升高到B1点。横向移动装置2也需要同步将模拟装置的收发天线5横向移动到B1点。通过改变微波延迟电路4的延迟时间和延迟时间的变化速率，就可以在模拟装置位置不变即d不变的情况下产生不同距离和径向运动速度的模拟目标回波。而通过同步改变模拟装置收发天线的高度和横向位置，就可以产生出相对于雷达在仰角和方位角上变化的模拟目标回波信号。因此，数字储频微波延迟电路4、举升装置1和横向移动装置2的结合，就可以实现三维空间内飞弹丸的回波和弹迹的模拟。
由于模拟装置距离雷达的最小架设距离不受雷达自身最小作用距离的限制，可以架设在距离雷达很近的地方，通常可以是十几米到数十米，只要基本满足雷达天线远场测试条件即可。因此，模拟装置的举升装置1和横向移动装置2在比较小的范围内移动，就可以产生出在三维空间内大范围运动的模拟回波信号。而如图4所示，炮位侦察校射雷达通过跟踪测量所模拟火炮发射炮弹的运动轨迹中的各点的实时位置坐标，就可以推算出火炮的发射位置。因此，本发明可以用于对炮位侦察校射雷达的侦察和校射精度进行检查测试。
炮位侦察校射雷达侦察工作模式下的弹道模拟过程：
模拟前的准备：在距离雷达十几米到数十米，只要基本满足雷达天线远场测试条件即可的地方架设模拟装置，将模拟装置的架设距离、需要模拟的弹种和射击参数，包括射角、射向、初速等录入到伺服及同步控制装置3的计算机中，计算出需要模拟的弹道和弹道中各点对应的微波延迟电路4、举升装置1和横向移动装置2的控制参数，并将该弹道的控制参数保存以便随时调用。模拟装置的收发天线5归位，将收发天线5降到最低，并移动到横向移动装置2的一头，准备进行模拟。
开始模拟：炮位侦察校射雷达开机进入侦察工作模式，朝向模拟装置架设方向发射电磁波进行侦察。模拟装置启动模拟程序，开始模拟敌方火炮射击。伺服及同步控制装置3按照保存的模拟弹道控制数据开始连续地给微波延迟电路4、举升装置1和横向移动装置2发送各自的同步控制指令。微波延迟电路4通过收发天线5或微波喇叭接收雷达发射的电磁波，并在同步控制指令的控制下，连续不断地减小延迟时间，使模拟回波的距离按照弹道规律不断接近，模拟弹丸向雷达所在的方向即敌方火炮向我方射击的飞行过程，包括模拟回波速度按照弹道规律不断降低的过程。同时，收发天线5在伺服与同步控制装置的控制下，随举升装置1不断上升，并沿着横向移动装置2向左或向右移动。使模拟回波相对于雷达在仰角和方位角上发生变化，模拟敌方火炮按照一定的射向射击时弹丸的上升过程。
炮位侦察校射雷达校射工作模式下的弹道模拟过程：
炮位侦察校射雷达校射工作模式下的弹道模拟过程与侦察工作模式的弹道模拟过程基本相同，也是先将模拟装置的架设距离、需要模拟的弹种和射击参数录入到伺服及同步控制装置，计算出需要模拟的弹道和弹道中各点对应的控制参数，并将该弹道的控制参数保存以便随时调用。然后将模拟装置收发天线归位。此时，与侦察工作模式的弹道模拟不同，收发天线升到了最高点。而模拟装置启动模拟程序后，微波延迟电路在同步控制指令的控制下，连续不断地增加延迟时间，使模拟回波的距离按照弹道规律不断远离，同时收发天线在伺服与同步控制装置的同步控制下，随举升装置不断下降，模拟我方火炮射击时弹丸下降段的飞行过程。
利用数字储频微波延迟电路4的微波延时特性，在距雷达比较近的地方模拟产生远距离的目标回波，并通过不断减小或增加微波延迟电路的延迟的时间，改变模拟回波的距离和运动速度，模拟敌方或我方火炮射击时，弹丸逐渐接近或远离我方雷达的过程。利用举升装置1带动收发天线5上升或下降，使模拟的弹丸回波相对于雷达在仰角上不断发生变化，模拟敌方火炮射击时弹丸上升过程或我方火炮射击时弹丸是下降过程。同时，利用横向移动装置2带动收发天线5横向移动，使模拟的弹丸回波相对于雷达在方位角上不断发生变化，模拟敌方或我方火炮射击时弹迹的射向(与我方雷达之间形成的观察角)。
为了模拟出所需要的弹迹(包括炮弹种类、速度、射角和射向等形成的弹道参数)，需要数字储频微波延迟电路、举升装置和横向移动装置同步编程，并在同步信号的控制下协调一致的同步动作。
总之，通过对举升装置上升或下降速度、横向移动装置移动速度和数字微波延迟电路延迟时间变化的同步控制，就可以模拟出需要的不同弹种，如迫击炮、榴弹炮、火箭炮等、不同火炮射角和射向的弹道回波。利用雷达跟踪所模拟的弹道回波，就可以推算出火炮的发射位置(侦察工作模式)或火炮弹丸落点(校射工作模式)，用于雷达操作手的训练和对雷达装备的检查。
本发明解决了以往炮位侦察校射雷达内部的模拟装置模拟的弹迹回波不真实，无法对雷达的工作状态和侦察校射精度进行检查的问题。
本发明解决了使用同步控制微波信号源产生的模拟弹丸回波设备比较复杂、只能模拟径向或背向运动的弹丸目标回波，模拟的弹迹目标与真实火炮射击的弹迹相差比较较大(没有夹角)的问题。
本发明使用该模拟装置进行训练，可以减少弹药的使用，节约训练经费，降低对场地训练的要求和训练组织的难度；
使用该模拟装置对炮位侦察雷达进行检测，可以检查雷达的工作状态是否正常，侦察和校射精度是否满足要求。
本发明采用数字储频微波延迟电路、收发天线举升装置和横向移动装置结合，构成弹丸射频回波模拟装置，可以产生弹丸在三维空间飞行时的模拟雷达回波信号和运动轨迹(弹迹)。可以模拟出不同的弹种(如迫击炮、榴弹炮、火箭炮等)、不同火炮射角、以及不同射向的弹道回波。可以解决炮位侦察校射雷达训练组织困难和训练成本高的问题。
本发明比以往采用模拟程序在雷达显示终端产生的模拟弹迹的方法更接近实际工作情况。比采用雷达同步控制微波信号源产生射频模拟回波信号的方法，设备更简单、操作更方便、画面更真实。解决了以往炮位侦察校射雷达内部的模拟装置模拟的弹迹回波不真实的问题。
由于本发明采用数字储频微波延迟电路、收发天线举升装置和横向移动装置产生弹丸射频回波模拟信号和弹迹的方法需要炮位侦察校射雷达全系统都参与模拟信号的产生过程。因此，不但可以用于对雷达操作手是训练，还可对炮位侦察校射雷达的工作状态和侦察校射精度进检查，及时发现设备存在的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定.
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟装置，包括：举升装置(1)、横向移动装置(2)、伺服及同步控制装置(3)、数字储频微波延迟电路(4)、收发天线(5)和微波电缆(6)，横向移动装置(2)水平设置在举升装置(1)的上部，收发天线(5)安装在横向移动装置(2)上，能在横向移动装置(2)的控制下水平移动，数字储频微波延迟电路(4)通过微波电缆(6)与收发天线(5)连接，举升装置(1)、横向移动装置(2)和数字储频微波延迟电路(4)分别与伺服及同步控制装置(3)信号连接；
所述举升装置(1)用于带动横向移动装置(2)上升或下降，从而带动收发天线(5)上升或下降，使天线发射的模拟回波信号相对于雷达在仰角上实时变化，模拟弹道的上升或下降；
所述横向移动装置(2)用于带动收发天线(5)横向水平移动，使天线发射的模拟回波信号相对于雷达在方位角上实时变化，模拟弹道的观察角；
所述数字储频微波延迟电路(4)用于接收到雷达发射的微波信号，并按照所模拟弹道的要求进行实时的延迟处理，模拟雷达回波信号；
所述收发天线(5)用于接收雷达发射的微波信号，将经过延迟处理的微波信号再发送出去供雷达接收；
所述伺服及同步控制装置(3)用于按照所模拟弹道的要求给数字储频微波延迟电路(4)、举升装置(1)和横向移动装置(2)发送控制指令，使其按照要求同步工作，形成三维空间内弹丸回波和弹道的模拟。
2.一种炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟方法，包括以下步骤：
S1、将权利要求1中的模拟装置设置在炮位侦察校射雷达的周围；
S2、通过改变模拟装置上收发天线(5)的高度，模拟炮位侦察校射雷达用弹丸在仰角上的移动；通过改变模拟装置上收发天线(5)的水平位置模拟炮位侦察校射雷达用弹丸在方位角上的移动；通过调整模拟装置上数字储频微波延迟电路(4)的延迟时间，模拟弹丸回波的距离和运动速度；
同步改变收发天线(5)的高度、水平位置和数字储频微波延迟电路(4)的延迟时间，模拟火炮按照一定的射向射击时弹丸回波的过程。
3.如权利要求2所述的炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟方法，其特征在于，还包括步骤S3、通过改变收发天线(5)在模拟装置上每一时刻的位置与此时数字储频微波延迟电路(4)的延迟时间的对应关系，模拟不同的弹道参数。
4.如权利要求2所述的炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟方法，其特征在于，所述在进行弹丸回波模拟时，收发天线(5)在弹丸回波模拟装置上每一时刻的位置与此时数字储频微波延迟电路(4)的延迟时间一一对应，且严格同步。
5.如权利要求2所述的炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11、模拟准备：在距离雷达十几米到数十米满足雷达天线远场测试条件的地方架设模拟装置；
S12、将模拟装置的架设距离、需要模拟的弹种和射击参数录入到伺服及同步控制装置(3)中的计算机内；
S13、根据模拟装置的架设距离、需要模拟的弹种和射击参数，计算出需要模拟的弹道和弹道中各点对应的数字储频微波延迟电路、举升装置和横向移动装置的控制参数，并将该弹道的控制参数保存以便随时调用；
S14、将模拟装置收发天线归位，准备进行模拟。
6.如权利要求5所述的炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟方法，其特征在于，所述步骤S12中的射击参数包括：射角、射向和初速。
7.如权利要求2所述的炮位侦察校射雷达用弹丸回波模拟方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21、雷达开机进入侦察工作模式，朝向模拟装置架设方向发射电磁波进行侦察；
S22、模拟装置启动模拟程序，开始模拟敌方火炮射击；
S23、伺服及同步控制装置(3)按照保存的模拟弹道控制参数开始连续地给数字储频微波延迟电路(4)、举升装置(1)和横向移动装置(2)发送各自的同步控制指令；
S24、数字储频微波延迟电路(4)通过收发天线(5)接收雷达发射的电磁波，并在同步控制指令的控制下，连续不断地减小延迟时间，使模拟回波的距离按照弹道规律不断接近，模拟弹丸向雷达所在方向的飞行过程；同时，收发天线(5)在伺服与同步控制装置(3)的控制下，随举升装置(1)不断上升，并沿着横向移动装置(2)水平移动，使模拟回波相对于雷达在仰角和方位角上发生变化，模拟火炮按照一定的射向射击时弹丸的上升过程。
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