CN110794362B - 一种短脉冲高功率微波快速测向系统和方法 - Google Patents

一种短脉冲高功率微波快速测向系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种短脉冲高功率微波快速测向系统和方法，该系统包括：金属半环天线，用于将来波的相位信息转换成功率信息；第一微波探测器，用于将功率信息转换成一路强度信号Ⅰ；第二微波探测器，用于将功率信息转换成一路强度信号Ⅱ；微波采集模块，用于采集强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ，将采集得到的强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ发送至判定模块；判定模块，用于对所述强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ进行比对判定，并根据比对判定结果确定来波的方向信息，实现对短脉冲高功率微波快速测向。本发明解决了现有的短脉冲高功率微波测向方案存在的短脉宽、大功率、超低占空比等问题，实现了对空间短脉冲高功率微波的快速测向。

Description

一种短脉冲高功率微波快速测向系统和方法
技术领域
本发明属于高功率微波探测技术领域，尤其涉及一种短脉冲高功率微波快速测向系统和方法。
背景技术
空间短脉冲高功率微波的快速测向是空间高功率微波探测的核心，同时也是未来卫星高功率微波防护的关键。传统的微波测向的方法主要以比相测向法为主，即利用同一电磁波到达不同接收天线单元的相位差异来确定来波方位，从而实现测向功能。其主要存在以下难点和困难：
(1)各接收通道的同步问题。短脉冲高功率微波脉宽一般为几ns～几十ns量级，脉冲前沿为ps量级，这就要求测向系统各通道需保持ps级的同步性，目前传统的测向系统很难达到这一要求。
(2)测向速度问题。短脉冲高功率微波测向要求系统处理速度要优于10ns，目前应用于雷达或电侦查系统的测向信号处理速度最快为μs量级，无法满足这一要求。
(3)系统耐受功率问题。传统的测向系统耐受功率上限仅为W量级，而短脉冲高功率微波达靶功率则为百W以上，传统的测向系统在短脉冲高功率微波环境下将直接损毁。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种短脉冲高功率微波快速测向系统和方法，旨在实现空间短脉冲高功率微波的快速测向，解决现有的短脉冲高功率微波测向方案存在的短脉宽、大功率、超低占空比等问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种短脉冲高功率微波快速测向系统，包括：依次连接的金属半环天线、微波探测器、微波采集模块和判定模块；其中，微波探测器，包括：第一微波探测器和第二微波探测器；
金属半环天线，用于将来波的相位信息转换成功率信息；
第一微波探测器，用于将功率信息转换成一路强度信号Ⅰ；
第二微波探测器，用于将功率信息转换成一路强度信号Ⅱ；
微波采集模块，用于采集强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ，将采集得到的强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ发送至判定模块；
判定模块，用于对所述强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ进行比对判定，并根据比对判定结果确定来波的方向信息，实现对短脉冲高功率微波快速测向。
相应的，本发明还公开了一种短脉冲高功率微波快速测向方法，包括：
通过金属半环天线将来波的相位信息转换成功率信息；
通过第一微波探测器和第二微波探测器，将功率信息转换成两路强度信号；其中，两路强度信号，包括：强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ；
通过微波采集模块对两路强度信号进行采集，并将采集得到的两路强度信号发送至判定模块；
由判定模块对两路强度信号进行比对判定，并根据比对判定结果确定来波的方向信息，实现对短脉冲高功率微波快速测向。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种短脉冲高功率微波快速测向方案，采用金属半环天线+微波探测器的组合，通过金属半环天线将来波相位信息转换成功率信息，输入至高速高功率微波探测器，高速高功率微波探测器将功率信息快速转换成强度信号并传递给判定模块，判定模块通过对强度信号的特征比对及强度差-方位信息比对，获取来波的方向信息。本发明所述的方案，整个系统信号处理工作时间可达到10ns量级，可实现短脉冲高功率微波的实时快速测向，远高于传统的雷达或电侦查系统μs量级的系统测向信号处理时间；且，避免了现有微波系统对多通道间同步性的极高要求。
(2)本发明公开了一种短脉冲高功率微波快速测向方案，整个系统除金属半环天线外均封装于金属壳体中，可实现耐受功率达kW量级以上的短脉冲高功率探测。而传统测向系统仅适用于弱微波信号测向，耐受脉冲功率上限仅为W量级，在短脉冲高功率微波环境下将直接损毁。
(3)本发明公开了一种短脉冲高功率微波快速测向方案，采用相位差转化为信号强度差测向方法，将皮秒级测量前沿同步问题转化为十ns级峰值同步问题，避免了ps级前沿同步对系统各通道一致性的极高要求，大大降低了测向系统的设计及调试难度。
附图说明
图1是本发明实施例中一种短脉冲高功率微波快速测向系统的模块框图；
图2是本发明实施例中一种短脉冲高功率微波快速测向系统的安装示意图；
图3是本发明实施例中一种短脉冲高功率微波信号的示意图；
图4是本发明实施例中一种常规测向系统示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
实施例1
如图1，在本实施例中，该短脉冲高功率微波快速测向系统，包括：依次连接的金属半环天线1、微波探测器、微波采集模块3和判定模块4。其中，微波探测器，包括：第一微波探测器21和第二微波探测器22；金属半环天线1的两端分别与第一微波探测器21和第二微波探测器22连接。具体的：
金属半环天线1，用于将来波的相位信息转换成功率信息。
在本实施例中，金属半环天线为结构对称的半环天线，用于接收电磁波信号，将来波的相位信息转换成功率信息。其中，当一束电磁波辐射到金属半环天线上时，如果在任意时刻，金属半环天线受到电场强度E的作用是平衡的(即金属半环天线的法向对准来波方向)，则两路微波探测器的输出信号相等。
第一微波探测器21，用于将功率信息转换成一路强度信号Ⅰ；第二微波探测器22，用于将功率信息转换成一路强度信号Ⅱ。
在本实施例中，微波探测器可选用高速响应、耐高压脉冲的探测器，响应速度优于5ns，可实现耐受功率达kW量级以上的短脉冲高功率探测。
微波采集模块3，用于采集强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ，将采集得到的强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ发送至判定模块。
判定模块4，用于对所述强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ进行比对判定，并根据比对判定结果确定来波的方向信息，实现对短脉冲高功率微波快速测向。
在本实施例中，判定模块4具体可以用于：根据强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ，判断是否存在短脉冲高功率微波信号；若存在短脉冲高功率微波信号，则对强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ作相差处理，根据相差处理结果，确定来波的方向信息；若不存在短脉冲高功率微波信号，则继续探测。
一优选的，当强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ均为零时，则确定不存在短脉冲高功率微波信号；当强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ均不为零时，则确定存在短脉冲高功率微波信号。
一优选的，可以对强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ作相差处理，得到相差处理结果；当相差处理结果是否为零时，确定金属半环天线的方向为来波的方向；当相差处理结果不为零时，将相差处理结果与强度差-角度信息库进行比对，筛选得到与所述相差处理结果相匹配的角度信息，根据所述角度信息确定来波的方向。
综上，本发明所述的短脉冲高功率微波快速测向系统，通过金属半环天线将来波的相位信息转换成功率信息，输入至一对高速高功率微波探测器，高速高功率微波探测器将功率信息快速转换成强度信号并传递给判定模块，HPM判定模块根据强度信号，通过对强度信号的特征比对及强度差-方位信息比对，获取来波的方向信息。
实施例2
如图2，在本实施例中，金属半环天线1、微波探测器和微波采集模块3组成测向模块5，测向模块5安装在待测对象的机械关节6上。其中，金属半环天线1的法向与机械关节6的轴向重合。
在本实施例中，测向模块5的金属半环天线接收来波的相位信息，将输出的两路功率信息输入给一对微波探测器；微波探测器将功率信息转化为强度信号并通过微波采集模块3传递给判定模块4；判定模块4对两路强度信号进行判定处理并确定是否有短脉冲高功率微波信号，并作相应处理提取角度信息，确定来波方向。进一步的，判定模块4输出的来波的方向信息可以传递给控制单元7，用以控制机械关节6对准来波方向。
如图3，在本实施例中，短脉冲高功率微波信号可满足如下参数要求：上升时间为tr，tr≤200ps，脉冲宽度tPW≥30ns。针对该短脉冲高功率微波信号，若采用如图4所示的常规测向方法，则需要保持各通道时间上的严格一致，即各通道间的时间差远小于信号上升时间tr，达到ps量级同步，这对于测向系统要求极高。本发明实施例采用相位差转化为信号强度差的思路，仅需要各通道的时间差异达到几十ns量级即可，大大降低了测向系统的设计及调试难度。
实施例3
在上述实施例的基础上本发明还公开了一种短脉冲高功率微波快速测向方法，包括：通过金属半环天线将来波的相位信息转换成功率信息；通过第一微波探测器和第二微波探测器，将功率信息转换成两路强度信号；其中，两路强度信号，包括：强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ；通过微波采集模块对两路强度信号进行采集，并将采集得到的两路强度信号发送至判定模块；由判定模块对两路强度信号进行比对判定，并根据比对判定结果确定来波的方向信息，实现对短脉冲高功率微波快速测向。
对于方法实施例而言，由于其与系统实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统c实施例部分的说明即可。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种短脉冲高功率微波快速测向系统，其特征在于，包括：依次连接的金属半环天线、微波探测器、微波采集模块和判定模块；其中，微波探测器，包括：第一微波探测器和第二微波探测器；
金属半环天线，用于将来波的相位信息转换成功率信息；
第一微波探测器，用于将功率信息转换成一路强度信号Ⅰ；
第二微波探测器，用于将功率信息转换成一路强度信号Ⅱ；
微波采集模块，用于采集强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ，将采集得到的强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ发送至判定模块；
判定模块，用于对所述强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ进行比对判定，并根据比对判定结果确定来波的方向信息，实现对短脉冲高功率微波快速测向；包括：根据强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ，判断是否存在短脉冲高功率微波信号；若强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ均不为零，则确定存在短脉冲高功率微波信号，对强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ作相差处理，根据相差处理结果，确定来波的方向信息；若强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ均为零时，则确定不存在短脉冲高功率微波信号，继续探测；其中，短脉冲高功率微波信号满足如下参数要求：上升时间为tr，tr≤200ps，脉冲宽度tPW≥30ns；
金属半环天线、微波探测器和微波采集模块组成测向模块；其中，测向模块安装在待测对象的机械关节上，金属半环天线的法向与机械关节的轴向重合；机械关节与控制单元连接，控制单元可根据接收到的由判定模块输出的来波的方向信息，控制机械关节对准来波方向；
微波探测器响应速度优于5ns，可实现耐受功率达kW量级以上的短脉冲高功率探测；
该短脉冲高功率微波快速测向系统采用金属半环天线加微波探测器的组合，通过金属半环天线将来波相位信息转换成功率信息，输入至高速高功率微波探测器，高速高功率微波探测器将功率信息快速转换成强度信号并传递给判定模块，判定模块通过对强度信号的特征比对及强度差-方位信息比对，获取来波的方向信息。
2.根据权利要求1所述的短脉冲高功率微波快速测向系统，其特征在于，判定模块在对强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ作相差处理，根据相差处理结果，确定来波的方向信息时，包括：
对强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ作相差处理，得到相差处理结果；
当相差处理结果是否为零时，确定金属半环天线的方向为来波的方向；
当相差处理结果不为零时，将相差处理结果与强度差-角度信息库进行比对，筛选得到与所述相差处理结果相匹配的角度信息，根据所述角度信息确定来波的方向。
3.根据权利要求1所述的短脉冲高功率微波快速测向系统，其特征在于，微波探测器为高速响应、耐高压脉冲的探测器。
4.根据权利要求1所述的短脉冲高功率微波快速测向系统，其特征在于，金属半环天线为结构对称的半环天线。
5.根据权利要求1所述的短脉冲高功率微波快速测向系统，其特征在于，金属半环天线的两端分别与第一微波探测器和第二微波探测器连接。
6.一种如权利要求1所述的短脉冲高功率微波快速测向系统的短脉冲高功率微波快速测向方法，其特征在于，包括：
通过金属半环天线将来波的相位信息转换成功率信息；
通过第一微波探测器和第二微波探测器，将功率信息转换成两路强度信号；其中，两路强度信号，包括：强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ；
通过微波采集模块对两路强度信号进行采集，并将采集得到的两路强度信号发送至判定模块；
由判定模块对两路强度信号进行比对判定，并根据比对判定结果确定来波的方向信息，实现对短脉冲高功率微波快速测向；包括：根据强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ，判断是否存在短脉冲高功率微波信号；若强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ均不为零，则确定存在短脉冲高功率微波信号，对强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ作相差处理，根据相差处理结果，确定来波的方向信息；若强度信号Ⅰ和强度信号Ⅱ均为零时，则确定不存在短脉冲高功率微波信号，继续探测；其中，短脉冲高功率微波信号满足如下参数要求：上升时间为tr，tr≤200ps，脉冲宽度tPW≥30ns。
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