CN111273242A - 一种无人直升机载电磁有源定标设备、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无人直升机载电磁有源定标设备、系统及方法，该有源定标设备包括收发天线组合、收发调制组合、射频延时组合、功率放大组合和设备控制组合，其中，收发天线组合用于实现对射频信号的定向接收与定向转发；收发调制组合用于对定向接收的射频信号进行幅相调整；射频延时组合用于对幅相调整后的射频信号进行延时处理；功率放大组合用于对延时处理后的射频信号进行功率放大；设备控制组合用于根据外部输入指令生成相应的工作指令并发送，以及采集相应的反馈信息。利用本发明可实现电磁散射特性测量雷达现场快速定标，且定标精度高，适用范围广。

Description

一种无人直升机载电磁有源定标设备、系统及方法
技术领域
本发明涉及雷达测量技术领域，尤其涉及一种无人直升机载电磁有源定标设备、系统及方法。
背景技术
开展电磁散射特性测量时，有无源定标和有源定标两种方式。无源定标通常将定标体架高或采用气球升至空中，一方面定标体架高及气球升空都对环境要求较高，外场实际操作难度较大；另一方面支架及气球等物体的回波会随定标体回波一起进入测量雷达，影响定标精度。近些年发展起来的有源定标方式，多是放置地面或架高使用，若工作环境不够开阔，电磁波传输被遮挡或形成多径效应，依然会影响定标精度。因此，需要研制出一种定标系统，降低环境因素对定标精度的影响。
发明内容
本发明的目的在于针对上述至少一部分缺陷，提供一种利用无人直升机实现有源定标的机载电磁有源定标设备、系统及方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种无人直升机载电磁有源定标设备，包括：
收发天线组合，用于实现对射频信号的定向接收与定向转发；
收发调制组合，与所述收发天线组合连接，用于对定向接收的射频信号进行幅相调整，以实现模拟不同RCS值的定标体；
射频延时组合，与所述收发调制组合连接，用于对幅相调整后的射频信号进行延时处理，以实现定标回波信号与无人直升机本体及周围环境的时域分离；
功率放大组合，与所述射频延时组合、所述收发天线组合连接，用于对延时处理后的射频信号进行功率放大，得到定标回波信号，以通过所述收发天线组合向电磁散射特性测量雷达定向转发；
设备控制组合，与所述收发调制组合、所述射频延时组合和所述功率放大组合均连接，用于根据外部输入指令生成相应的工作指令并发送，以及采集相应的反馈信息。
优选地，所述收发调制组合包括接收前端和幅相调制模块；
其中，所述接收前端与所述收发天线组合连接，用于引入定向接收的射频信号并对其进行低噪声放大、滤波；
所述幅相调制模块与所述接收前端连接，用于根据待模拟的定标体的RCS值，对滤波后的射频信号进行相应的幅相调整。
优选地，所述射频延时组合包括光电转换模块、光纤延迟模块、电光转换模块；
其中，所述光电转换模块与所述幅相调制模块连接，用于将幅相调整后的射频信号由电信号形式转换为光信号形式；
所述光纤延迟模块与所述光电转换模块连接，用于对光信号形式的射频信号进行延时处理；
所述电光转换模块与所述光纤延迟模块连接，用于将延时处理后的射频信号由光信号形式转换为电信号形式。
优选地，所述功率放大组合包括功放、检波电路；
其中，所述功放与所述电光转换模块连接，用于对延时处理后的射频信号进行功率放大，得到定标回波信号；
所述检波电路与所述功放连接，用于实时检测得到的定标回波信号功率，并向所述设备控制组合发送检波信号。
本发明提供了一种无人直升机载电磁有源定标系统，包括如上述任一项所述的无人直升机载电磁有源定标设备、装机结构和无人直升机平台；
所述无人直升机平台包括无人直升机本体及飞行控制系统；
所述无人直升机载电磁有源定标设备通过所述装机结构搭载于所述无人直升机本体。
优选地，所述装机结构包括固定板、上挂环和挂环座；
其中，所述固定板用于与所述无人直升机本体连接；
所述上挂环呈环形结构，其侧壁设有向外突出的固定部以及沿周向分布的多个方位调整孔，所述上挂环通过所述固定部与所述固定板连接；
所述挂环座呈环状结构，其侧壁设有向外突出的悬挂部，底部设有连接部，所述挂环座通过所述悬挂部及相应的所述方位调整孔与所述上挂环连接，通过所述连接部与所述无人直升机载电磁有源定标设备连接。
优选地，所述固定板与所述上挂环之间设有减震橡胶垫。
优选地，所述无人直升机载电磁有源定标系统还包括地面工作站和数传电台；
所述地面工作站通过所述数传电台与所述无人直升机载电磁有源定标设备中的所述设备控制组合信号连接，用于根据用户操作指令生成相应外部输入指令并向所述设备控制组合发送。
优选地，所述数传电台包括无人直升机机载电台、地面电台。
本发明还提供了一种无人直升机载电磁有源定标方法，该方法采用如上述任一项所述的无人直升机载电磁有源定标系统进行定标，包括如下步骤：
S1、通过装机结构将无人直升机载电磁有源定标设备设于所述无人直升机本体；
S2、对所述无人直升机载电磁有源定标设备进行指标调试、校准；
S3、通过所述无人直升机载电磁有源定标设备模拟定标体进行定标。
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种无人直升机载电磁有源定标设备、系统及方法，可实现对电磁散射特性测量的有源定标，并且可通过调整增益值实现对不同RCS值定标体的模拟，可调整定标回波信号延时时间以实现定标回波信号与周围环境的时域分离，提高定标精度，可适应测量雷达的各种波形，并可选择放于地面或通过无人直升机实现空中悬停工作，能满足电磁散射特性测量雷达现场快速定标需求。
附图说明
图1是本发明实施例中无人直升机载电磁有源定标设备电气连接关系示意图；
图2是本发明实施例中无人直升机载电磁有源定标设备及装机结构示意图；
图3是本发明实施例中装机结构示意图；
图4是本发明实施例中装机结构爆炸图。
图中：100：收发天线组合；200：收发调制组合；300：射频延时组合；400：功率放大组合；500：设备控制组合；
6：无人机安装件；7：装机结构；71：固定板；72：上挂环；721：固定部；722：方位调整孔；73：挂环座；731：悬挂部；732：连接部；74：减震垫片；75：减震橡胶垫；76：螺钉；8：有源定标设备。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的一种无人直升机载电磁有源定标设备，包括收发天线组合100、收发调制组合200、射频延时组合300、功率放大组合400和设备控制组合500。其中，具体地：
收发天线组合100用于实现对射频信号的定向接收与定向转发。收发天线组合100主要包括接收天线和发射天线，接收天线用于定向接收电磁散射特性测量雷达发射的电磁波信号，发射天线用于将定标回波信号，即经过有源定标设备处理后的电磁波信号，定向转发给电磁散射特性测量雷达。
收发调制组合200与收发天线组合100连接，用于对定向接收的射频信号进行幅相调整，即实现对射频信号的功率调整及相位调整，以实现模拟不同RCS值的定标体。
射频延时组合300与收发调制组合200连接，用于对幅相调整后的射频信号进行延时处理，具体延时时间可调，以实现定标回波信号与无人直升机本体及周围环境的时域分离。通过延时能够减少背景回波影响，提高定标精度。
功率放大组合400与射频延时组合300、收发天线组合100连接，用于对延时处理后的射频信号进行功率放大，得到定标回波信号，以通过收发天线组合100向电磁散射特性测量雷达定向转发。
设备控制组合500与收发调制组合200、射频延时组合300和功率放大组合400均连接，用于根据外部输入指令生成相应的工作指令并发送，以及采集相应的反馈信息。收发调制组合200、射频延时组合300和功率放大组合400均响应于设备控制组合500发送的工作指令工作，从而实现通过设备控制组合500调控相应参数，存储所需的数据。例如对于延时处理，设备控制组合500向射频延时组合300发送相应的延时工作指令。射频延时组合300响应延时工作指令，实现延时，且延时时间可调。在一个具体的实施方式中，设备控制组合500进一步由调制控制板及控制软件组成，以完成对收发调制组合200及射频延时组合300的幅度、相位、延迟时间等参数调控，同时采集存储相应的数据。
使用时，本发明提供的无人直升机载电磁有源定标设备定向接收测量雷达发射的电磁波信号，对电磁波信号进行滤波、衰减、延时、放大等处理后，定向转发给电磁散射特性测量雷达，通过调整设备增益值，可实现对不同RCS值定标体的模拟，通过调整延迟时间，可实现定标回波与机身及周围环境的时域分离，配合无人直升机，可在地面静止或高空悬停状态下完成有源定标，可适用于多种测试环境，能满足电磁散射特性测量雷达现场快速定标需求，且定标精度高。
优选地，如图1所示，收发调制组合200包括接收前端和幅相调制模块。其中，接收前端与收发天线组合100连接，用于引入接收天线定向接收的射频信号并对射频信号进行低噪声放大、滤波处理。幅相调制模块与接收前端连接，用于根据(通过设备控制组合500设置的)待模拟定标体的RCS值，对滤波后的射频信号进行相应的幅相调整，从而实现对不同RCS值定标体的模拟。
优选地，如图1所示，射频延时组合300包括光电转换模块、光纤延迟模块、电光转换模块。其中，光电转换模块与幅相调制模块连接，用于将幅相调整后的射频信号由电信号形式转换为光信号形式。光纤延迟模块与光电转换模块连接，用于对光信号形式的射频信号进行延时处理。电光转换模块与光纤延迟模块连接，用于将延时处理后的射频信号由光信号形式转换为电信号形式。
优选地，功率放大组合400包括功放、检波电路。其中，功放与电光转换模块连接，用于对延时处理后的射频信号进行功率放大，得到定标回波信号，以通过收发天线组合100向电磁散射特性测量雷达定向转发。检波电路与功放连接，用于实时检测得到的定标回波信号功率，并向设备控制组合500发送检波信号。相应的，设备控制组合500接收功率放大组合400的检波信号并存储数据。
实施例二
如图2至图4所示，本实施例二提供了一种无人直升机载电磁有源定标系统，包括如上述任一实施方式所述的无人直升机载电磁有源定标设备8、装机结构7和无人直升机平台。其中，无人直升机平台包括无人直升机本体及飞行控制系统。装机结构7主要完成所述的无人直升机载电磁有源定标设备8与无人机平台的结构互连，即有源定标设备8通过装机结构7搭载于无人直升机本体，从而实现有源定标设备可在地面静止或高空悬停状态下完成有源定标，可适用于多种测试环境。
优选地，如图3和图4所示，装机结构7包括固定板71、上挂环72和挂环座73。
其中，固定板71用于与无人直升机本体连接。在一个优选的实施方式中，固定板71可通过螺钉与无人机安装件6固定连接，通过无人机安装件6连接无人直升机本体。
上挂环72呈环形结构，其侧壁设有向外突出的固定部721以及沿周向分布的多个方位调整孔722，方位调整孔722的开孔沿上挂环72径向，以实现与挂环座73连接。上挂环72通过固定部721与固定板71连接。如图3和图4所示，在一个优选的实施方式中，固定部721为设于上挂环72环形结构上侧的、向外突出的翻边或多个沿周向间隔分布的凸齿，翻边或多个凸齿上设有开孔沿上挂环72轴线方向的固定孔，可采用螺钉76穿设于固定部721上各个固定孔中，将上挂环72与固定板71固定连接。多个凸齿优选沿上挂环72环形结构周向均匀间隔分布，以确保上挂环72与固定板71连接稳定，不易发生晃动。
挂环座73呈环状结构，其侧壁设有向外突出的悬挂部731，底部设有连接部732，挂环座73通过悬挂部731及相应的方位调整孔722与上挂环72连接，通过连接部732与有源定标设备8连接。如图4所示，在一个优选的实施方式中，悬挂部731为设于挂环座73环形结构上侧的、向外突出的翻边或多个沿周向间隔分布的凸齿，翻边或多个凸齿上设有开孔沿挂环座73径向的连接孔，多个凸齿优选沿挂环座73环形结构周向均匀间隔分布，以确保挂环座73与上挂环72连接稳定，不易发生晃动。连接时，上挂环72套设于挂环座73外，可采用螺钉76穿设于上挂环72多个周向分布的方位调整孔722，再对应插入挂环座73的悬挂部731上各个连接孔中，将挂环座73与上挂环72连接，由于上挂环72周向分布多个方位调整孔722，通过将不同连接孔与不同方位调整孔722对应，可使得挂环座73连接的有源定标设备8上的天线朝向不同方向，无需复杂的拆装，即可完成调整有源定标设备8方向的操作。
为减少无人直升机本体对于有源定标设备8的震动干扰，优选地，如图4所示，固定板71与上挂环72之间还设有减震橡胶垫75，以减少无人直升机震动传导至有源定标设备8。进一步地，通过螺钉76固定连接固定板71与上挂环72时，固定板71上方、下方均设有减震橡胶垫75。优选地，螺钉76与减震橡胶垫75之间还设有减震垫片74，以减少因震动引起螺钉松动。通过减震橡胶垫75和减震垫片74，可实现减震功能。
优选地，所述的无人直升机载电磁有源定标系统还包括地面工作站和数传电台。其中，地面工作站通过数传电台与无人直升机载电磁有源定标设备中的设备控制组合500信号连接，用于根据用户操作指令生成相应外部输入指令并向设备控制组合500发送。设备控制组合500响应于外部输入指令工作，实现通过地面工作站远程控制无人直升机载电磁有源定标设备，实现人机交互。进一步地，数传电台包括无人直升机机载电台、地面电台。
实施例三
本发明实施例三提供了一种无人直升机载电磁有源定标方法，该方法采用如上述任一实施方式所述的无人直升机载电磁有源定标设备或无人直升机载电磁有源定标系统进行定标，并且包括如下步骤：
S1、通过装机结构7将无人直升机载电磁有源定标设备设于无人直升机本体。
S2、对无人直升机载电磁有源定标设备进行指标调试、校准。
优选地，对有源定标设备开展性能指标调试、校准，主要包括幅度调整、延时调整、检波信号采集功能调试等。
进一步地，步骤S2中幅度调整及检波信号采集功能调试的具体步骤包括：首先将有源定标设备的幅度参数设置为0dB，进行幅度及检波校准；再将幅度参数设置为1dB，进行幅度及检波校准；依次完成所有校准。进一步地，步骤S2中延时调整功能调试的具体步骤包括：首先将延时参数设置为0μs，进行幅度及检波校准；再将幅度参数设置为1μs，进行幅度及检波校准；依次完成所有校准。
特别地，步骤S2还包括实测验证，通过在标准测试场采用同时测量有源定标设备及标准定标体的方法开展外场异地实时定标，对无人直升机载电磁有源定标设备、系统的定标精度进行实测验证。进一步地，具体步骤包括：假设有源定标设备作为定标体,假设标准定标球或定标圆柱作为目标，基于异地实施定标方法对有源定标设备进行定标精度测试，比较标准定标球或定标圆柱测试结果与其RCS理论值差异,实现对有源定标设备定标精度验证。
S3、通过无人直升机载电磁有源定标设备模拟定标体进行定标。
综上，本发明提供了一种无人直升机载电磁有源定标设备、系统及方法，本发明主要用于电磁散射特性测量定标(采用接收后再转发方式)，可应用于多种电磁散射特性测量雷达，所模拟RCS值可调，可通过调整延时时间，实现定标回波与机身及周围环境的时域分离，减少背景回波影响，提高定标精度，基于无人机平台，可在地面静止或高空悬停状态下完成有源定标，可适用于多种测试环境。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无人直升机载电磁有源定标设备，其特征在于，包括：
收发天线组合，用于实现对射频信号的定向接收与定向转发；
收发调制组合，与所述收发天线组合连接，用于对定向接收的射频信号进行幅相调整，以实现模拟不同RCS值的定标体；
射频延时组合，与所述收发调制组合连接，用于对幅相调整后的射频信号进行延时处理，以实现定标回波信号与无人直升机本体及周围环境的时域分离；
功率放大组合，与所述射频延时组合、所述收发天线组合连接，用于对延时处理后的射频信号进行功率放大，得到定标回波信号，以通过所述收发天线组合向电磁散射特性测量雷达定向转发；
设备控制组合，与所述收发调制组合、所述射频延时组合和所述功率放大组合均连接，用于根据外部输入指令生成相应的工作指令并发送，以及采集相应的反馈信息。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述收发调制组合包括接收前端和幅相调制模块；
其中，所述接收前端与所述收发天线组合连接，用于引入定向接收的射频信号并对其进行低噪声放大、滤波；
所述幅相调制模块与所述接收前端连接，用于根据待模拟的定标体的RCS值，对滤波后的射频信号进行相应的幅相调整。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述射频延时组合包括光电转换模块、光纤延迟模块、电光转换模块；
其中，所述光电转换模块与所述幅相调制模块连接，用于将幅相调整后的射频信号由电信号形式转换为光信号形式；
所述光纤延迟模块与所述光电转换模块连接，用于对光信号形式的射频信号进行延时处理；
所述电光转换模块与所述光纤延迟模块连接，用于将延时处理后的射频信号由光信号形式转换为电信号形式。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：所述功率放大组合包括功放、检波电路；
其中，所述功放与所述电光转换模块连接，用于对延时处理后的射频信号进行功率放大，得到定标回波信号；
所述检波电路与所述功放连接，用于实时检测得到的定标回波信号功率，并向所述设备控制组合发送检波信号。
5.一种无人直升机载电磁有源定标系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的无人直升机载电磁有源定标设备、装机结构和无人直升机平台；
所述无人直升机平台包括无人直升机本体及飞行控制系统；
所述无人直升机载电磁有源定标设备通过所述装机结构搭载于所述无人直升机本体。
6.根据权利要求5所述的无人直升机载电磁有源定标系统，其特征在于：所述装机结构包括固定板、上挂环和挂环座；
其中，所述固定板用于与所述无人直升机本体连接；
所述上挂环呈环形结构，其侧壁设有向外突出的固定部以及沿周向分布的多个方位调整孔，所述上挂环通过所述固定部与所述固定板连接；
所述挂环座呈环状结构，其侧壁设有向外突出的悬挂部，底部设有连接部，所述挂环座通过所述悬挂部及相应的所述方位调整孔与所述上挂环连接，通过所述连接部与所述无人直升机载电磁有源定标设备连接。
7.根据权利要求6所述的无人直升机载电磁有源定标系统，其特征在于：所述固定板与所述上挂环之间设有减震橡胶垫。
8.根据权利要求5所述的无人直升机载电磁有源定标系统，其特征在于：所述无人直升机载电磁有源定标系统还包括地面工作站和数传电台；
所述地面工作站通过所述数传电台与所述无人直升机载电磁有源定标设备中的所述设备控制组合信号连接，用于根据用户操作指令生成相应外部输入指令并向所述设备控制组合发送。
9.根据权利要求8所述的无人直升机载电磁有源定标系统，其特征在于：所述数传电台包括无人直升机机载电台、地面电台。
10.一种无人直升机载电磁有源定标方法，其特征在于：
采用如权利要求5-9任一项所述的无人直升机载电磁有源定标系统进行定标，包括如下步骤：
S1、通过装机结构将无人直升机载电磁有源定标设备设于所述无人直升机本体；
S2、对所述无人直升机载电磁有源定标设备进行指标调试、校准；
S3、通过所述无人直升机载电磁有源定标设备模拟定标体进行定标。
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