CN111562573B - 超低空防御雷达探测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了超低空防御雷达探测系统及方法，包括：若干个级联的雷达装置；每个雷达装置均安装在各自对应的运载车辆上，雷达装置彼此之间间隔设定距离；每个雷达装置均包括：控制器，控制器分别与信源、处理器、旋转驱动器和伸缩驱动器连接；信源与定向发射天线连接；处理器分别与定向发射天线和定向接收天线连接；旋转驱动器与第一电机连接，第一电机与第一齿轮连接，第一齿轮与旋转杆连接；伸缩驱动器与第二电机连接，第二电机与第二齿轮连接，第二齿轮与伸缩杆连接；旋转杆中间位置通过固定架与第一天线罩连接，第一天线罩的底部偏离中心设定位置处一点与伸缩杆连接；第一天线罩与第二天线罩相对设置，第二天线罩与第一天线罩间隔设定距离。

Description

超低空防御雷达探测系统及方法
技术领域
本公开涉及雷达探测技术领域，特别是涉及超低空防御雷达探测系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
目前，防守预警现状：现代航空技术的发展使低空防御更显重要,依靠雷达来搜索并发现来袭的低空目标是其中的首要关键。起这种作用的雷达目前主要有三种类型:地面(或舰载)低空搜索雷达、超视距雷达及机载预警雷达.前两类有其固有的弱点和缺点。机载预警雷达使用费用高，待机时间短，容易被发现，易受攻击。
目前攻击手段：比较先进的飞机上,都装有电子防撞及导航设备,这些设备的安全可靠性充分保证了飞机的超低空飞行或穿插于山峰之间的本领。而在平静的海面上,性能优良的飞机或导弹可以在离海面仅有几米的情况下超低空飞行。因此,探索发展低空防御和搜索雷达体制,已成为现代战争条件下反空袭战斗的重要环节。
地面固定雷达站，设置山头或高处，实现站得高，看得远。但是也容易被对方发现并摧毁。
高机动雷达，长颈雷达应运而生。如“卡斯塔-2-2”雷达，该雷达装备可以确定方圆150公里内的目标。高14米的天线可在大约100米的高度有效发现41公里外的低能见度目标。高52米的天线能将探测距离增加到55公里。雷达站可在-50摄氏度到+50摄氏度的范围内工作。
瑞典伊雷森雷达电子公司正在研制一种新型C波段100型“长颈鹿”雷达系统。它是从“长颈鹿”雷达系列发展而成的低空区域/海岸防御雷达系统。其主要设计特点是在严重杂波和电子干扰背景下能够精确地探测小型低空海上目标、而且具有较高的探测性能。在严重干扰和杂波下,对飞机的作用距离大于100km。100型雷达可无人全自动操作。天线架在30m高。2016年"蜘蛛网"雷达，无人机探测距离不低于5公里，且具有多目标探测跟踪能力。
森源鸿马无人机相控阵雷达低空防御车无人机相控阵雷达低空防御车探测距离达到5公里，对于保障敏感区域低空空域安全具有重要意义。
随着经济建设的发展，城市化率越来越高，大楼数量、高度都在增加。未来战争，极有可能在城市进行，如何有效城市区域防御成为一种必然。
目前地面、超低空防御探测没有得到很好的解决，技术无法满足国防、城防的要求。
一种探测潜射对地攻击弹道导弹预警雷达。美国有铺路爪，它采用双面阵雷达，所有设备高32米，雷达对截面为10平方米的潜射弹道导弹的探测距离可达5550公里，工作频率在420--450MHz(波长约为70厘米)，平均功率为145千瓦，峰值：582.4千瓦，两个圆形无线阵面彼此成600夹角，每个阵面后倾20度，直径30米，有2000个阵元组成，6秒扫面一遍。苏联沃洛涅日-DM，测量距离6000公里，宽度35米，频率30--300MHz,采用12000阵元。萨德雷达，造价10亿美元，天线阵面9.2平方米，采用X波段(3厘米波长)，有30464天线元。机转范围：-1780--+1780，仰角机动范围：0--900，雷达对截面为1平方米的目标，探测距离为1200千米。在580千米距离识别弹头的预计位置。
雷达工作原理：发射电磁波，被目标反射，电磁波返回、接收。根据时间、方位、图像大小确定探测目标的距离、方位、大小。发射功率与探测距离平方的4倍成比例，各国为自身安全，增加探测距离，加大发射功率，几乎达到人类的极限。虽然，雷达参数几乎到达极限，但是不能满足人们的要求。尤其是长程预警雷达体格巨大，反射面也很大，容易被发现、并击毁。
卫星、无人机侦查，发射雷达波在厘米波段。大型预警机如E-3预警机，其天线罩直径9.1米，高1.8米。雷达工作波段：300MHz--3GHz；波长为：1分米--10分米。探测距离320千米。地面雷达有：厘米波段、分米波段、米波；对应频率为，米波段：30MHz--300MHz；分米波段：300MHz--3GHz；厘米波：对应频率3GHz--30GHz。
目前使用雷达基本都是厘米、分米为主，飞机隐形也主要针对厘米、分米雷达波隐形。对米波雷达无法隐形。因此，各国为了防御隐形飞机，开启米波雷达的研制。
雷达特别是长程预警雷达，其分辨率越来越高，探测距离越来越远。机载雷达与卫星雷达其雷达波长比较短，目的是减少天线尺寸，降低雷达重量。基本在x-波段，波长在3厘米左右，频率8--12GHZ.波长范围2.5--3.75厘米。工作原理：发射x-波段电磁波，电磁波遇到物体，被反射回来，然后接收。根据波来回所用时间，判断目标距离，根据波传回方向，可以判断目标的方位。
米波雷达探测距离远，但是精度低。分米、厘米波雷达精度有所提高，但是探测距离一般。毫米波雷达精度高，但探测距离很短。人们追逐探测距离大，并且精度高。目前技术无法满足人们的要求。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了超低空防御雷达探测系统及方法；该系统有效实现了探测距离大的同时探测精度高。
第一方面，本公开提供了超低空防御雷达探测系统；
超低空防御雷达探测系统，包括：若干个级联的雷达装置；
每个雷达装置均安装在各自对应的运载车辆上，雷达装置彼此之间间隔设定距离；
每个雷达装置均包括：控制器，所述控制器分别与信源、处理器、旋转驱动器和伸缩驱动器连接；所述信源与定向发射天线连接；所述处理器分别与定向发射天线和定向接收天线连接；
所述旋转驱动器与第一电机连接，第一电机与第一齿轮连接，第一齿轮与旋转杆连接；所述伸缩驱动器与第二电机连接，第二电机与第二齿轮连接，第二齿轮与伸缩杆连接；
所述旋转杆中间位置通过固定架与第一天线罩连接，所述第一天线罩的底部偏离中心设定位置处一点与伸缩杆连接；所述第一天线罩与第二天线罩相对设置，所述第二天线罩与第一天线罩之间间隔设定距离。
第二方面，本公开提供了超低空防御雷达探测方法；
超低空防御雷达探测方法，包括：
一个雷达装置的控制器控制信源通过定向发射天线将信号发射到第二天线罩上，经过第二天线罩反射后反射到第一天线罩上，经过第一天线罩发射后发送给下一级雷达装置，下一级雷达装置的定向接收天线接收到信号后，通过处理器对信号进行处理，如果当前雷达装置不是最后一个雷达装置，则继续对接收到的信号处理后，继续转发给当前雷达装置的下一级雷达装置，直至转发给最后一级雷达装置，转发结束，最后一级雷达装置的处理器对接收到的信号进行处理。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开的超低空防御雷达探测系统及方法，能够实现增加雷达的探测距离，提高探测精度。并且成本低，效果好。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例一的多个雷达装置级联状态示意图；
图2为本公开实施例一的单个雷达装置内部电气连接关系示意图；
图3为本公开实施例一的单个雷达装置机械结构及俯仰角控制示意图；
图4为本公开实施例一的单个雷达装置机械结构及方位角控制示意图；
图5为本公开实施例一的单个雷达装置安装在承载车上的使用状态示意图；
图6为本公开实施例一的单个雷达装置的天线结构示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例提供了超低空防御雷达探测系统；
如图1、图2和图5所示，超低空防御雷达探测系统，包括：若干个级联的雷达装置；
每个雷达装置均安装在各自对应的运载车辆上，雷达装置彼此之间间隔设定距离；
每个雷达装置均包括：控制器，所述控制器分别与信源、处理器、旋转驱动器和伸缩驱动器连接；所述信源与定向发射天线连接；所述处理器分别与定向发射天线和定向接收天线连接；
所述旋转驱动器与第一电机连接，第一电机与第一齿轮连接，第一齿轮与旋转杆连接；所述伸缩驱动器与第二电机连接，第二电机与第二齿轮连接，第二齿轮与伸缩杆连接；
所述旋转杆中间位置通过固定架与第一天线罩连接，所述第一天线罩的底部偏离中心设定位置处一点与伸缩杆连接；所述第一天线罩与第二天线罩相对设置，所述第二天线罩与第一天线罩之间间隔设定距离。
进一步地，如图3和图4所示，所述固定架，包括一根固定杆和两根辅助支撑杆，所述固定杆的一端固定在旋转杆上，所述固定杆的另外一端固定在第一天线罩底部；第一根辅助支撑杆的一端固定在旋转杆上，第一根辅助支撑杆的另外一端固定在固定杆上；第二根辅助支撑杆的一端固定在旋转杆上，第二根辅助支撑杆的另外一端也固定在固定杆上。
进一步地，所述第二天线罩的尺寸小于第一天线罩的尺寸。
作为一个或多个实施例，一个雷达装置的控制器控制信源通过定向发射天线将信号发射到第二天线罩上，经过第二天线罩反射后反射到第一天线罩上，经过第一天线罩发射后发送给下一级雷达装置，下一级雷达装置的定向接收天线接收到信号后，通过处理器对信号进行处理，如果当前雷达装置不是最后一个雷达装置，则继续对接收到的信号处理后，继续转发给当前雷达装置的下一级雷达装置，直至转发给最后一级雷达装置，转发结束，最后一级雷达装置的处理器对接收到的信号进行处理。
作为一个或多个实施例，所述控制器分析自身接收到信号的波幅，如果波幅小于设定阈值，则控制器向旋转驱动器发出旋转指令，旋转驱动器向第一电机发出转动指令，第一电机转动带动第一齿轮转动，第一齿轮转动带动旋转杆转动，旋转杆转动后带动以第一天线罩和第二天线罩同时进行水平转动，直至控制器判断自身接收到的信号的波幅大于等于设定阈值，则停止转动。
作为一个或多个实施例，所述控制器分析自身接收到信号的波幅，如果波幅小于设定阈值，则控制器向伸缩驱动器发出驱动指令，伸缩驱动器驱动第二电机工作，第二电机转动带动第二齿轮转动，第二齿轮转动带动伸缩杆伸缩，伸缩杆伸缩后，带动第一天线罩进行俯仰角的角度调整。
作为一个或多个实施例，如图6所示，所述定向发射天线，包括第一雷达波源和第二雷达波源；所述第一雷达波源和第二雷达波源，均采用相同的频率工作，或采用不同的频率工作，或同时采用变频模式工作。
进一步地，所述控制器用于发布探测指令，发布天线旋转操作指令，还用于接收探测结果并显示。所述控制器，还用于在将探测指令或天线旋转操作指令发送至定向发射天线之前，将探测指令或天线旋转操作指令存储、编码和加密。
进一步地，所述处理器，用于对雷达波进行滤波处理或平衡处理，还用于控制对接收到的信号进行转发，转发给下一级雷达装置。
本公开的系统有效实现了探测距离大的同时探测精度高。
如图3所示，第一天线罩采用椭圆抛物面结构，口径3米，抛物面采用金属网状，网口2--3厘米，波源波长采用5--8厘米。第二天线罩也采用椭圆抛物面结构。
为了较少焦点距离，采用主、从主抛物面结构。光线路径线路：波源发射，到达从抛物面，由从抛物面反射到主抛物面，住抛物面反射达到目标物。反过程：目标反射雷达波，到主抛物面，再到从抛物面，再到接收探头
为了增加雷达的可靠性、备用行。采用双源结构，A雷达波源，B雷达波源，天线各用半边，工作模式单独工作、同时工作。如A工作，B备份。或者B战备值班，A休息。有战争或特别事件，A,B都工作，增加探测距离以及灵敏度；
可以按频率模式来分：A,B使用共同一个频率工作，可以异频模式，增加探测灵敏度、防干扰能力
可以变频模式工作，如A频率采用从F1升到F2，而B从F2降到F1，这样可以提高分辨率、提高抗干扰能力
天线仰角控制采用液压伸缩杆，图3所示，推动天线仰角变化，改变探测方向，既可以平视，可以仰视，可以俯视。
这样可以立体全角度，全方位对天空、低空、超低空、地面的无死角监视扫描。
天线的方位角控制如图4所示，用步进电机带动齿轮，齿轮带动天线杆相对于支持杆转动。
为了减少雷达波功率损耗，雷达波的发射功率放大器放在天线平台，接收放大器也放在天线平台，其他处理设备放在车厢里设备房。之间用宽带同轴电缆连接，或用矩形波导连接。
支撑架：采用强支撑力，液压多段伸缩杆组成。最顶端天线以及处理设备。支撑高度：10公里防御，天线高度10--15米，天线大小，口径1米。防御距离20公里，天线高度20--25米，天线直径，1.5--2米。防御距离30公里，天线高度35--50米，天线直径2.5米。防御距离40--50公里，天线高度80米，天线口径3米。防御距离100公里，天线高度100米，天线直径4--5米。
机动车，与防御雷达、防御距离而配套，预防10公里，携带车可用3吨4轮小型货车改装；防御距离20公里，雷达携带车辆采用6轮汽车改装；防御距离30公里，采用大动力10轮推车底盘，为适应野外战争需求，可以采用装甲履带大动力车改装而成。防御100公里，雷达车用大型货车14--20轮货车改装，或重型装甲车改装。
本发明所述的能够实现增加雷达的探测距离，提高探测精度。探测范围，特别是超低空、地面目标的探测，并且成本低，效果好。
实施例二
本实施例提供了超低空防御雷达探测方法；
超低空防御雷达探测方法，包括：
一个雷达装置的控制器控制信源通过定向发射天线将信号发射到第二天线罩上，经过第二天线罩反射后反射到第一天线罩上，经过第一天线罩发射后发送给下一级雷达装置，下一级雷达装置的定向接收天线接收到信号后，通过处理器对信号进行处理，如果当前雷达装置不是最后一个雷达装置，则继续对接收到的信号处理后，继续转发给当前雷达装置的下一级雷达装置，直至转发给最后一级雷达装置，转发结束，最后一级雷达装置的处理器对接收到的信号进行处理。
作为一个或多个实施例，所述控制器分析自身接收到信号的波幅，如果波幅小于设定阈值，则控制器向旋转驱动器发出旋转指令，旋转驱动器向第一电机发出转动指令，第一电机转动带动第一齿轮转动，第一齿轮转动带动旋转杆转动，旋转杆转动后带动以第一天线罩和第二天线罩同时进行水平转动，直至控制器判断自身接收到的信号的波幅大于等于设定阈值，则停止转动。
作为一个或多个实施例，所述控制器分析自身接收到信号的波幅，如果波幅小于设定阈值，则控制器向伸缩驱动器发出驱动指令，伸缩驱动器驱动第二电机工作，第二电机转动带动第二齿轮转动，第二齿轮转动带动伸缩杆伸缩，伸缩杆伸缩后，带动第一天线罩进行俯仰角的角度调整。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.超低空防御雷达探测系统，其特征是，包括：若干个级联的雷达装置；
每个雷达装置均安装在各自对应的运载车辆上，雷达装置彼此之间间隔设定距离；
每个雷达装置均包括：控制器，所述控制器分别与信源、处理器、旋转驱动器和伸缩驱动器连接；所述信源与定向发射天线连接；所述处理器分别与定向发射天线和定向接收天线连接；
所述旋转驱动器与第一电机连接，第一电机与第一齿轮连接，第一齿轮与旋转杆连接；所述伸缩驱动器与第二电机连接，第二电机与第二齿轮连接，第二齿轮与伸缩杆连接；
所述旋转杆中间位置通过固定架与第一天线罩连接，所述第一天线罩的底部偏离中心设定位置处一点与伸缩杆连接；所述第一天线罩与第二天线罩相对设置，所述第二天线罩与第一天线罩之间间隔设定距离；
支撑架：采用强支撑力，液压多段伸缩杆组成；支撑高度：10公里防御，天线高度10--15米，天线大小，口径1米；防御距离20公里，天线高度20--25米，天线直径，1.5--2米；防御距离30公里，天线高度35--50米，天线直径2.5米；防御距离40--50公里，天线高度80米，天线口径3米；防御距离100公里，天线高度100米，天线直径4--5米；采用双源结构，A雷达波源，B雷达波源，天线各用半边，工作模式单独工作、同时工作，如A工作，B备份，或者B战备值班，A休息，有特别事件，A，B都工作，增加探测距离以及灵敏度；
所述固定架，包括一根固定杆和两根辅助支撑杆，所述固定杆的一端固定在旋转杆上，所述固定杆的另外一端固定在第一天线罩底部；第一根辅助支撑杆的一端固定在旋转杆上，第一根辅助支撑杆的另外一端固定在固定杆上；第二根辅助支撑杆的一端固定在旋转杆上，第二根辅助支撑杆的另外一端也固定在固定杆上。
2.如权利要求1所述的系统，其特征是，一个雷达装置的控制器控制信源通过定向发射天线将信号发射到第二天线罩上，经过第二天线罩反射后反射到第一天线罩上，经过第一天线罩发射后发送给下一级雷达装置，下一级雷达装置的定向接收天线接收到信号后，通过处理器对信号进行处理，如果当前雷达装置不是最后一个雷达装置，则继续对接收到的信号处理后，继续转发给当前雷达装置的下一级雷达装置，直至转发给最后一级雷达装置，转发结束，最后一级雷达装置的处理器对接收到的信号进行处理。
3.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述控制器分析自身接收到信号的波幅，如果波幅小于设定阈值，则控制器向旋转驱动器发出旋转指令，旋转驱动器向第一电机发出转动指令，第一电机转动带动第一齿轮转动，第一齿轮转动带动旋转杆转动，旋转杆转动后带动以第一天线罩和第二天线罩同时进行水平转动，直至控制器判断自身接收到的信号的波幅大于等于设定阈值，则停止转动。
4.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述控制器分析自身接收到信号的波幅，如果波幅小于设定阈值，则控制器向伸缩驱动器发出驱动指令，伸缩驱动器驱动第二电机工作，第二电机转动带动第二齿轮转动，第二齿轮转动带动伸缩杆伸缩，伸缩杆伸缩后，带动第一天线罩进行俯仰角的角度调整。
5.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述定向发射天线，包括第一雷达波源和第二雷达波源；所述第一雷达波源和第二雷达波源，均采用相同的频率工作，或采用不同的频率工作，或同时采用变频模式工作。
6.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述控制器用于发布探测指令，发布天线旋转操作指令，还用于接收探测结果并显示；所述控制器，还用于在将探测指令或天线旋转操作指令发送至定向发射天线之前，将探测指令或天线旋转操作指令存储、编码和加密。
7.超低空防御雷达探测方法，其特征是，包括：
一个雷达装置的控制器控制信源通过定向发射天线将信号发射到第二天线罩上，经过第二天线罩反射后反射到第一天线罩上，经过第一天线罩发射后发送给下一级雷达装置，下一级雷达装置的定向接收天线接收到信号后，通过处理器对信号进行处理，如果当前雷达装置不是最后一个雷达装置，则继续对接收到的信号处理后，继续转发给当前雷达装置的下一级雷达装置，直至转发给最后一级雷达装置，转发结束，最后一级雷达装置的处理器对接收到的信号进行处理。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是，所述控制器分析自身接收到信号的波幅，如果波幅小于设定阈值，则控制器向旋转驱动器发出旋转指令，旋转驱动器向第一电机发出转动指令，第一电机转动带动第一齿轮转动，第一齿轮转动带动旋转杆转动，旋转杆转动后带动以第一天线罩和第二天线罩同时进行水平转动，直至控制器判断自身接收到的信号的波幅大于等于设定阈值，则停止转动。
9.如权利要求8所述的方法，其特征是，所述控制器分析自身接收到信号的波幅，如果波幅小于设定阈值，则控制器向伸缩驱动器发出驱动指令，伸缩驱动器驱动第二电机工作，第二电机转动带动第二齿轮转动，第二齿轮转动带动伸缩杆伸缩，伸缩杆伸缩后，带动第一天线罩进行俯仰角的角度调整。
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