CN111427005B - 一种旋转测向装置、系统及情报侦察设备 - Google Patents

一种旋转测向装置、系统及情报侦察设备 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种旋转测向装置、系统及情报侦察设备，涉及电子信息技术领域，其中，旋转测向装置包括一维干涉仪和旋转伺服机构，一维干涉仪与旋转伺服机构的动力输出部连接，以使旋转伺服机构能够带动一维干涉仪旋转；由于一维干涉仪的测向精度高，所以一维干涉仪的应用较广泛，但是一维干涉仪阵的瞬时空域覆盖角度仅为90°左右，进而为了保证测向精度以及覆盖360°空域，在一维干涉仪的底部设置一个旋转伺服机构，旋转伺服机构的转动能够带动一维干涉仪进行转动，从而在保证满足旋转测向装置的测向精度以及覆盖360°空域的同时，减少设备量，使得情报侦察设备便于背负和机动，提高情报侦察设备的稳定性和可靠性。

Description

一种旋转测向装置、系统及情报侦察设备
技术领域
本申请涉及电子信息技术领域，尤其是涉及一种旋转测向装置、系统及情报侦察设备。
背景技术
在电子信息领域中，测向精度指标是电子信息设备的一项重要技术指标，传统的测向方法有旋转最大值法、比幅测向方法、一维多基线测向方法以及多维多基线干涉仪测向方法等，这些测向方法各有利弊；但对于地面便携式情报侦察设备而言，除了要考虑测向精度指标，还要考虑设备的便携性。
现有的地面便携式情报侦察设备，采用传统的测向方法，测向精度较差，设备量大，不便于背负以及机动。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种旋转测向装置、系统及情报侦察设备，在保证满足旋转测向装置的测向精度以及覆盖360°空域的同时，减少设备量，使得情报侦察设备便于背负和机动，提高情报侦察设备的稳定性和可靠性。
第一方面，本申请实施例提供了一种旋转测向装置，包括一维干涉仪和旋转伺服机构，所述一维干涉仪与所述旋转伺服机构的动力输出部连接，以使所述旋转伺服机构能够带动所述一维干涉仪旋转。
优选地，所述旋转伺服机构包括控制件、动力件和传动组件，所述传动组件的输出端被构建为所述动力输出部；
所述控制件与所述动力件的控制端连接，所述动力件的输出端与所述传动组件的输入端连接，所述传动组件在所述动力件的驱动下，带动所述一维干涉仪做旋转运动。
优选地，所述传动组件包括相互啮合的蜗轮和蜗杆；
所述蜗轮的表面形成所述动力输出部，所述一维干涉仪与所述蜗轮的表面连接；所述蜗杆与所述动力件传动连接。
优选地，所述旋转伺服机构还包括限位组件，所述限位组件包括限位片和限位块，所述限位片设置在所述蜗轮的侧边上，所述限位块设置在所述蜗轮的一侧；
在所述蜗轮的旋转过程中，当所述限位片抵接所述限位块时，所述限位块能够向所述限位片施加一阻止其继续沿原方向旋转的力。
优选地，所述限位组件还包括限位座和限位杆，所述限位座设置在所述旋转伺服机构内且相对于所述旋转伺服机构的壳体固定，所述限位杆的两端设置在所述限位座上；所述限位块穿设在所述限位杆上，且能够沿着所述限位杆在所述限位座之间滑动。
优选地，所述旋转伺服机构还包括分布在所述蜗轮四周的位置传感器，所述位置传感器与所述控制件连接，用于获取所述蜗轮旋转的位置信息。
优选地，所述动力件为伺服电机。
优选地，所述一维干涉仪与所述旋转伺服机构通过销、螺钉和螺柱中的一种或多种连接。
第二方面，本申请实施例提供了一种旋转测向系统，包括显示控制装置和如上所述的旋转测向装置；
所述显示控制装置与所述旋转测向装置的旋转伺服机构之间通过串口或网口通讯连接，用于控制所述伺服机构的动作以及启停。
第三方面，本申请实施例提供了一种情报侦察设备，包括如上所述的旋转测向装置。
本申请实施例提供了一种旋转测向装置、系统及情报侦察设备，其中，旋转测向装置包括一维干涉仪和旋转伺服机构，一维干涉仪与旋转伺服机构的动力输出部连接，以使旋转伺服机构能够带动一维干涉仪旋转。由于一维干涉仪的测向精度高，所以一维干涉仪的应用较广泛，但是一维干涉仪阵的瞬时空域覆盖角度仅为90°左右，进而为了保证测向精度以及覆盖360°空域，在一维干涉仪的底部设置一个旋转伺服机构，旋转伺服机构的转动能够带动一维干涉仪进行转动，实现对空中目标的侦收和测向；本申请的技术方案在保证满足旋转测向装置的测向精度以及覆盖360°空域的同时，减少了设备量，使得情报侦察设备便于背负和机动，提高情报侦察设备的稳定性和可靠性。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种旋转测向装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一维干涉仪的原理图；
图3为本申请实施例所提供的旋转伺服机构的内部示意图。
附图标记：
10-一维干涉仪；20-旋转伺服机构；201-传动组件；202-限位块；203-限位片；204-位置传感器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一方面，本申请实施例提供了一种旋转测向装置，请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种旋转测向装置的结构示意图；如图1中所示，本申请实施例提供的旋转测向装置，包括一维干涉仪10和旋转伺服机构20，一维干涉仪10与旋转伺服机构20的动力输出部连接，以使旋转伺服机构20能够带动一维干涉仪10旋转。
其中，一维干涉仪10与旋转伺服机构20通过销、螺钉和螺柱中的一种或多种连接。
在本申请实施例中，一维干涉仪10在上，旋转伺服机构20在下，一维干涉仪10与旋转伺服机构20的四周分别通过四个螺钉连接，将一维干涉仪10与旋转伺服机构20固定连接，可以提高旋转测向装置的稳定性。
一维干涉仪10与旋转伺服机构20的动力输出部连接，这样，旋转伺服机构20转动时，能够带动一维干涉仪10跟着旋转伺服机构20一起旋转，实现对空中目标的侦收和测向，给出空中信号实时的运动轨迹。
请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一维干涉仪的原理图；如图2中所示，4个基线之间按照一定的距离进行布置，每两个天线之间的距离为基线，测向精度与最长的基线有关，一维干涉仪测向的精度一般在1.5°(RMS)左右，频率不同时，精度会不一样。
当辐射源与天线阵的距离远大于天线之间的间距时，来自同一辐射源的入射到各个天线的信号近似为平行波。设入射信号与天线视轴的夹角为θ，则相邻两个天线接收信号之间的相位差可以表示为：
Figure BDA0002460906720000051
其中：
Figure BDA0002460906720000052
为两天线之间的相位差，且
Figure BDA0002460906720000053
Ni为整数，λ为入射信号的波长。
若信号波长λ已知，利用式(1)即可由相位差
Figure BDA0002460906720000061
计算信号的方位角θ：
Figure BDA0002460906720000062
由于相位测量设备通常以2π为模，只能测量到2π范围内的相位值
Figure BDA0002460906720000063
而无法确定整数Ni。因此，由于Ni的不确定，由式(2)，对于一个
Figure BDA0002460906720000064
将存在多个方位角与之对应，从而造成测向结果模糊。
一维多基线干涉仪解模糊的一种方法是利用短基线，使得最短基线长度小于信号波长的一半，随着信号频率的提高，要求的最短基线长度也越短。在解模糊过程中，通过虚拟基线和实际基线的配合，利用较短的虚拟基线来解相位模糊，而通过长基线来保证测向精度，确定最终的方位角θ，此时，一维多基线干涉仪的测向精度较高，进而，在现有的应用场景中，一维多基线干涉仪的应用较广泛。
但是一维多基线干涉仪的瞬时空域覆盖角度为90°左右，设备固定后，无法覆盖360°空域，为了解决这一问题，常采用多维多基线干涉仪测向，这种方法一般通过4面阵覆盖360°空域范围，测向精度高，但设备量成倍增加，同时设备价格也相应增加。
为了保证满足一维干涉仪的测向精度以及覆盖360°空域的同时，减少设备量，使得情报侦察设备便于背负和机动，提高情报侦察设备的稳定性和可靠性，本申请提供了上述的旋转测向装置，包括一维干涉仪和旋转伺服机构，一维干涉仪与旋转伺服机构的动力输出部连接，旋转伺服机构能够带动一维干涉仪旋转，进而解决上述存在的技术问题。除此之外，设备量减少，设备可通过公路、铁路运输，在交通工具无法到达的地方，也可以通过人员背负。
具体地，旋转伺服机构包括控制件、动力件和传动组件，传动组件的输出端被构建为动力输出部；
控制件与动力件的控制端连接，动力件的输出端与传动组件的输入端连接，传动组件在动力件的驱动下，带动一维干涉仪做旋转运动。
本申请实施例中，控制件为电路板，动力件为伺服电机，电路板与伺服电机的控制端电连接，以使电路板能够控制伺服电机的运转；伺服电机的输出端与传动组件的输入端连接，传动组件在伺服电机的驱动下，带动一维干涉仪做旋转运动，由于伺服电机控制速度以及位置的精度较高，所以本申请采用伺服电机。
请参阅图3，图3为本申请实施例所提供的旋转伺服机构的内部示意图。如图3中所示，传动组件201包括相互啮合的蜗轮和蜗杆；
蜗轮的表面形成动力输出部，一维干涉仪与蜗轮的表面连接；蜗杆与动力件传动连接。
本申请实施例中，伺服电机的输出端与蜗杆传动连接，进而伺服电机带动蜗杆做旋转运动，蜗杆与涡轮相互啮合，从而涡轮在蜗杆的带动下也做旋转运动，蜗轮的表面与一维干涉仪连接，从而实现一维干涉仪在涡轮的带动下做旋转运动。
一维干涉仪与旋转伺服机构通过销、螺钉和螺柱中的一种或多种连接。
具体地，在旋转伺服机构的涡轮的圆周方向均匀开设四个通孔，一维干涉仪与旋转伺服机构的涡轮相对应的位置也开设四个通孔，通孔内设置螺钉，通过螺钉将一维干涉仪与旋转伺服机构连接，进而提高设备的稳定性。
旋转伺服机构还包括限位组件，限位组件包括限位片203和限位块202，限位片203设置在蜗轮的侧边上，限位块202设置在蜗轮的一侧；在蜗轮的旋转过程中，当限位片203抵接限位块202时，限位块202能够向限位片203施加一阻止其继续沿原方向旋转的力。
进而，在涡轮的旋转过程中，当涡轮上的限位片203与旋转伺服机构壳体上的限位块202接触时，限位块202能够阻止涡轮沿同一个方向继续旋转，当限位片203与限位块202接触后，涡轮开始向反方向旋转，直至涡轮上的限位片203回到初始位置，然后在开始旋转，并持续这个过程，以达到旋转伺服机构带动一维干涉仪旋转的效果。
本申请实施例的限位组件还包括限位座和限位杆，限位座设置在旋转伺服机构内且相对于所述旋转伺服机构的壳体固定，限位杆的两端设置在限位座上；限位块穿设在限位杆上，且能够沿着限位杆在所述限位座之间滑动。
旋转伺服机构还包括分布在蜗轮四周的位置传感器204，位置传感器204与控制件连接，用于获取蜗轮旋转的位置信息。
本申请实施例通过在蜗轮的四周设置位置传感器204，通过位置传感器204实时检测涡轮旋转的位置信息，并将检测结果发送给控制件，以使控制件根据检测结果实时控制涡轮的旋转情况。
由图3可知，本申请实施例提供的旋转伺服机构通过位置传感器204的位置检测，以及限位片203和限位块202之间的配合，实现了旋转伺服机构的270°旋转，以补偿一维干涉仪的旋转，使得一维干涉仪实现360°的旋转，进而覆盖360°的空域。
本申请实施例通过将一维干涉仪与旋转伺服机构结合使用，使得一维干涉仪在进行测向时测向精度高，实时性好，可给出目标的准确方位信息；通过旋转伺服机构，可以解决一维干涉仪阵的前、后向模糊，可给出空中目标实时的运动轨迹；同时设备量少，便于地面装备的机动、架设。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供一种旋转测向系统，包括显示控制装置和如上所述的旋转测向装置；
显示控制装置与旋转测向装置的旋转伺服机构之间通过串口或网口通讯连接，用于控制伺服机构的参数修改以及启停。
设备在作时，根据需要可在显示控制装置上对旋转伺服机构的转动角度、转速进行控制，显示控制装置中的显示控制软件将命令下发到信号处理模块中，信号处理模块通过串口与旋转伺服机构进行通信，实现对旋转伺服机构的控制。
由于旋转测向装置具有上述的技术效果，所以具有该旋转测向装置的旋转测向系统也具有相同的技术效果，相同的结构以及技术效果在此不再一一赘述。
综上可知，采用一维多基线干涉仪阵结合旋转伺服机构实现旋转测向，装置上分两个一维多基线干涉仪阵，目的是为了覆盖0.8～18GHz的频率范围(可根据实际需要进行扩展)，其中一个仪阵覆盖0.8～6GHz，另一个仪阵覆盖6～18GHz；每个阵上有4-5个单元天线，利用一维干涉仪阵瞬时90°的空域视角，结合旋转伺服机构，进而达到覆盖360°空域范围的效果；旋转伺服机构采用程控的方式，设备中含有显示控制装置，显示控制装置与旋转伺服机构之间通过串口或网口通信，在显示控制装置的控制软件中有控制旋转伺服机构的控制界面，操作员通过设置、操作控制界面中旋转伺服机构的旋转速率、旋转方向、旋转步进、停止等命令，对旋转伺服机构进行操作，以达到控制干涉仪阵旋转的目的。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供一种情报侦察设备，包括如上所述的旋转测向装置。
本申请实施例通过将一维干涉仪与旋转伺服机构的有机结合，解决了目前地面电子情报侦察设备设计时的难点，本发明已经工程验证并使用，测向精度在整个频段内1.0°(RMS)左右，重量在14公斤；本申请既保证了地面便携式情报侦察设备的测向精度，又能准确的给出目标的方位信息，同时便于背负以及机动，提高了设备的稳定性和可靠性。
由于旋转测向装置具有上述的技术效果，所以具有该旋转测向装置的情报侦察设备也具有相同的技术效果，相同的结构以及技术效果在此不再一一赘述。
本申请实施例提供的旋转测向装置、系统及情报侦察设备，旋转测向装置包括一维干涉仪和旋转伺服机构，一维干涉仪与旋转伺服机构的动力输出部连接，以使旋转伺服机构能够带动一维干涉仪旋转。由于一维干涉仪的测向精度高，所以一维干涉仪的应用较广泛，但是一维干涉仪阵的瞬时空域覆盖角度仅为90°左右，进而为了保证测向精度以及覆盖360°空域，在一维干涉仪的底部设置一个旋转伺服机构，旋转伺服机构的转动能够带动一维干涉仪进行转动，实现对空中目标的侦收和测向；本申请的技术方案在保证满足旋转测向装置的测向精度以及覆盖360°空域的同时，减少了设备量，使得情报侦察设备便于背负和机动，提高情报侦察设备的稳定性和可靠性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种旋转测向装置，其特征在于，包括一维干涉仪和旋转伺服机构，所述一维干涉仪与所述旋转伺服机构的动力输出部连接，以使所述旋转伺服机构能够带动所述一维干涉仪旋转；
所述旋转伺服机构包括限位组件，所述限位组件包括限位片、限位块、限位座和限位杆；
所述限位座设置在所述旋转伺服机构内且相对于所述旋转伺服机构的壳体固定，所述限位杆的两端设置在所述限位座上；
所述限位块穿设在所述限位杆上，且能够沿着所述限位杆在所述限位座之间滑动；
所述限位片设置在蜗轮的侧边上，在所述蜗轮的旋转过程中，当所述限位片抵接所述限位块时，所述限位块能够向所述限位片施加一阻止其继续沿原方向旋转的力，以实现旋转伺服机构的270°旋转，补偿一维干涉仪的瞬时空域覆盖角度仅为90°的不足。
2.根据权利要求1所述的旋转测向装置，其特征在于，所述旋转伺服机构包括控制件、动力件和传动组件，所述传动组件的输出端被构建为所述动力输出部；
所述控制件与所述动力件的控制端连接，所述动力件的输出端与所述传动组件的输入端连接，所述传动组件在所述动力件的驱动下，带动所述一维干涉仪做旋转运动。
3.根据权利要求2所述的旋转测向装置，其特征在于，所述传动组件包括相互啮合的蜗轮和蜗杆；
所述蜗轮的表面形成所述动力输出部，所述一维干涉仪与所述蜗轮的表面连接；所述蜗杆与所述动力件传动连接。
4.根据权利要求1所述的旋转测向装置，其特征在于，所述限位块设置在所述蜗轮的一侧。
5.根据权利要求3所述的旋转测向装置，其特征在于，所述旋转伺服机构还包括分布在所述蜗轮四周的位置传感器，所述位置传感器与所述控制件连接，用于获取所述蜗轮旋转的位置信息。
6.根据权利要求2所述的旋转测向装置，其特征在于，所述动力件为伺服电机。
7.根据权利要求6所述的旋转测向装置，其特征在于，所述一维干涉仪与所述旋转伺服机构通过销、螺钉和螺柱中的一种或多种连接。
8.一种旋转测向系统，其特征在于，包括显示控制装置和如权利要求1至7中任一项所述的旋转测向装置；
所述显示控制装置与所述旋转测向装置的旋转伺服机构之间通过串口或网口通讯连接，用于控制所述伺服机构的动作以及启停。
9.一种情报侦察设备，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的旋转测向装置。
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