CN111641472B - 一种基于相控圆阵的反无人机干扰设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相控圆阵的反无人机干扰设备，包括支撑组件、电源模块、控制模块、噪声模块、功分模块、天线模块，形成圆台型密封罩壳结构，由ARM单元和FPGA单元解析干扰指令，设置工作参数，产生L波段、S波段、C波段的宽带、窄带噪声信号，通过放大、移相、切换天线单元组成的圆形阵列，实现360°全方位电扫，干扰各种距离的无人机目标。

Description

一种基于相控圆阵的反无人机干扰设备

技术领域

本发明属于雷达微波技术领域，具体涉及一种无人机干扰技术。

背景技术

随着无人机技术的发展和应用日趋广泛，各类小型无人机黑飞、非法侵入以及恐怖袭击对各国现有防空体系和公共区域安全构成严峻挑战。无人机具有“低、小、慢”不容易被发现等特点，对被防御目标构成极大的威胁，因此，构建对无人机防御系统具有极大的意义。各国都在大力发展反无人机技术，到目前为止，已有各种各样的反无人机系统。然而，目前市面上出现的反无人机干扰设备，基本以手持式或伺服机为主，频段单一，跟踪不灵活，无法同时跟踪、干扰多目标，对无人机的反制效果有限。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种基于相控圆阵的反无人机干扰设备，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

设备包括支撑组件、电源模块、控制模块、噪声模块、功分模块、天线模块。

支撑组件形成物理结构，提供设备的支撑、密封、散热、接口，包括支撑环、散热片、密封罩、出风口、安装座；支撑环包括上、下两个支撑环，散热片包括数个中心散热片和数个边缘散热片，采用导热材料，连接上、下支撑环，形成圆台型结构，控制模块、噪声模块、功分模块、天线模块安装于散热片；密封罩采用无碱沃兰处理玻纤布，芯材为PVC发泡板，采用真空袋压工艺成型，法兰连接处采用璃纤布加强积层处理，通过压环和橡胶垫固定于上、下支撑环，覆盖边缘散热片外沿，形成密封罩壳结构；出风口连接上支撑环，安装座连接下支撑环。

控制模块解析干扰指令，控制干扰信号的合成，包括ARM单元和FPGA单元；ARM单元包括网口、485口、I2C口，通过网口接收计算机发出的干扰指令，解析获取噪声信号，计算功分模块和噪声模块的工作参数，转发至FPGA单元，通过485口发送合成波束的指令，通过I2C口采集电源模块的状态信息，发送至计算机；FPGA单元根据噪声信号，产生TTL 电平，发送至噪声模块。

噪声模块按照不同波段和不同带宽，合成干扰信号，采用锁相调频技术，产生L波段、 S波段、C波段的噪声信号；在窄带工作模式，产生窄带噪声，三个波段的频率和带宽存在跳变，频率范围和宽带工作模式相同，步进2MHz，带宽分别为5MHz、10MHz、20MHz，瞄准无人机遥测信道干扰；在宽带工作模式，产生宽带噪声，三个波段产生固定频率和固定带宽的噪声信号，分别为L波段65MHz、S波段85MHz、C波段130MHz，宽频带阻塞无人机遥测信道。

功分模块调整干扰信号的方向、功率、相位、衰减，合成干扰波束，包括补偿单元、功分单元、放大单元、移相单元、衰减单元、切换单元、监控单元，采用一体化结构设计；输入信号为5dBm小功率激励信号，经补偿单元至功分单元，推动放大单元功率为10dBm，经过移相单元、衰减单元、切换单元，输出信号功率大于33dBm；补偿单元安装于射频输入端，包括温补衰减电路器，改善驻波比、温度补偿、调整平坦度，消除高温时增益下降引起的输出功率下降和低温时个别频带的过注入；移相单元调整输出信号的相位，调节波束偏离法线的角度；切换单元选择启动天线模块，改变波束的发射方向和范围；监控单元包括负压保护电路、稳压电路、定向耦合器，耦合功率检波比较输出，通过比较输出电压判断故障。

天线模块组成圆形天线阵面，辐射干扰波束，包括数个天线单元，分别为L波段、S波段、C波段，形成三个圆环阵列；每个天线单元和功分模块连接，功分模块控制数个相邻的天线单元合成波束，实现360°全方位扫描。

圆环阵列包括16个L波段天线单元、32个S波段天线单元、32个C波段天线单元、32条列馈，每条列馈安装三个波段的天线单元；L波段天线单元由4个功分模块控制，形成16种组合的4组阵元，产生扫描步进为22.5°的波束；S波段天线单元和C波段天线单元由8 个功分模块控制，形成32种组合的4组阵元，产生扫描步进为11.25°的波束。

波束包括单波束、双波束、全波束；单波束由8个天线单元合成一个波束，形成高增益窄波束，干扰远距离目标；双波束由8个发射单元中的4个天线单元合成一个波束，另4个天线单元合成另一个波束，两个波束同时干扰近距离目标；全波束由8个天线单元同时辐射，干扰近距离多目标。

本发明设计圆形有源相控阵，通过电扫实现360°全方位覆盖，不同以往反无人机干扰设备使用机扫模式；可灵活控制发射波束指向，也可灵活形成单波束、双波束、多波束，比起传统机扫干扰设备，跟踪目标更快，可同时在多方位干扰多目标，提高设备的效能；通过对辐射单元的管控，实现对发射波束、发射功率有效管控，在降低误伤己方设备概率的同时，降低系统功耗，提升设备的实用性和可靠性；集L、S、C三波段于一体化设计，可同时对导航、遥控、遥测图传信号同时实施干扰，提高设备干扰效能和通用性。

附图说明

图1是设备的侧面透视图，图2是设备的立体视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。

设备的结构设计如图1所示，支撑环、散热片、密封罩、出风口、安装座作为支撑组件形成物理结构，提供设备的支撑、密封、散热、接口；支撑环包括上、下两个支撑环，散热片包括数个中心散热片和数个边缘散热片，采用导热材料，中心散热片通过转角件和紧固件连接上、下支撑环，边缘散热片围绕上、下支撑环形成圆台型结构，控制模块、噪声模块、功分模块、天线模块底部涂导热硅脂，分布安装于散热片，进行有效传导散热；密封罩采用无碱沃兰处理玻纤布，壁厚约5mm，芯材为PVC发泡板，采用真空袋压工艺成型，提高罩体透波率，法兰连接处采用璃纤布加强积层处理，通过压环和橡胶垫固定于上、下支撑环，覆盖边缘散热片外沿，接口处进行有效密封，形成密封罩壳结构，如图2所示，达到防淋雨要求；出风口连接上支撑环，安装座连接下支撑环。

控制模块与计算机通讯，解析计算机下发的指令，控制噪声模块产生噪声信号，控制功分模块和天线模块形成波束，实现干扰信号的合成；控制模块主要信号处理板的采用ARM+FPGA的设计模式，包括ARM单元和FPGA单元；ARM单元包括网口、485口、 I2C口，通过网口接收计算机发出的干扰指令，解析获取噪声信号，计算功分模块和噪声模块的工作参数，通过数据、地址总线转发至FPGA单元，FPGA单元根据噪声信号的产生指令，产生TTL电平，发送至噪声模块；ARM单元通过485口发送合成波束的指令至L波段、 C波段和S波段功分单元，控制移相组件形成所需的波束；通过I2C口采集电源模块的状态信息，发送至计算机；。

计算机下发的指令包含波束指向、L/S/C功放衰减值设置、干扰波段、窄带或宽带模式、 L波段窄带噪声频率设置、S波段窄带噪声频率设置、C波段窄带噪声频率设置、窄带噪声 L、S、C带宽设置和宽带噪声带宽设置，ARM根据下发的指令计算出各波段功放组件中移相器、衰减器、开关组的工作参数，并通过485总线下发至各波段功放组件。

噪声模块按照不同波段和不同带宽，合成干扰信号，采用锁相调频技术，产生L波段、 S波段、C波段的噪声信号；在窄带工作模式，产生窄带噪声，三个波段的频率和带宽存在跳变，频率范围和宽带工作模式相同，步进2MHz，带宽分别为5MHz、10MHz、20MHz，瞄准无人机遥测信道干扰；在宽带工作模式，产生宽带噪声，三个波段产生固定频率和固定带宽的噪声信号，分别为L波段65MHz、S波段85MHz、C波段130MHz，宽频带阻塞无人机遥测信道。

功分模块调整干扰信号的方向、功率、相位、衰减，合成干扰波束，包括补偿单元、功分单元、放大单元、移相单元、衰减单元、切换单元、监控单元，采用一体化结构设计；输入信号为5dBm小功率激励信号，经补偿单元至功分单元，推动放大单元功率为10dBm，经过移相单元、衰减单元、切换单元，输出信号功率大于33dBm；补偿单元安装于射频输入端，包括温补衰减电路器，改善驻波比、温度补偿、调整平坦度，消除高温时增益下降引起的输出功率下降和低温时个别频带的过注入；移相单元调整输出信号的相位，调节波束偏离法线的角度，实现在方位面全空域的覆盖；切换单元选择启动天线模块，改变波束的发射方向和范围；监控单元包括负压保护电路、稳压电路、定向耦合器，耦合功率检波比较输出，当功放发生故障，通过比较输出电压判断故障。

天线模块组成圆形天线阵面，辐射干扰波束，包括数个天线单元，分别为L波段、S波段、C波段，形成三个圆环阵列；每个天线单元和功分模块连接，功分模块控制数个相邻的天线单元合成波束，实现360°全方位扫描。

圆环阵列包括16个L波段天线单元、32个S波段天线单元、32个C波段天线单元、32条列馈，每条列馈安装三个波段的天线单元，构成三个圆形天线阵，通过控制各个波段的功分移相放大组件输入端的射频开关，即功分模块的切换单元，选择相应的天线单元来进行波束合成，实现发射波束在方位360°范围内电扫；L波段天线单元由4个功分模块控制，形成16种组合的4组阵元，产生扫描步进为22.5°的波束；S波段天线单元和C波段天线单元由8个功分模块控制，形成32种组合的4组阵元，产生扫描步进为11.25°的波束。

波束包括单波束、双波束、全波束；单波束由8个天线单元合成一个波束，形成高增益窄波束，干扰远距离目标；双波束由8个发射单元中的4个天线单元合成一个波束，另4个天线单元合成另一个波束，两个波束同时干扰近距离目标；全波束由8个天线单元同时辐射，干扰近距离多目标。

设备的L波段采用右旋极化，S波段采用垂直极化，C波段采用垂直极化；方位面-3dB 波束宽度≤30°，垂直面-3dB波束宽度≥50°，最大干扰距离:≥5km；功耗≤400W；天线尺寸780mm，高度350mm，重量≤30㎏。

开机后，接收目标方位参数，查找波位控制码，选择工作模式和波束类型，选择干扰频段和干扰带宽，产生激励噪声，调整输出功率，合成波束并发射，对目标实施干扰。

上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于相控圆阵的反无人机干扰设备，包括：支撑组件、电源模块、控制模块、噪声模块、功分模块、天线模块；支撑组件形成物理结构，提供设备的支撑、密封、散热、接口；控制模块解析干扰指令，控制干扰信号的合成；噪声模块按照不同波段和不同带宽，合成干扰信号；功分模块调整干扰信号的方向、功率、相位、衰减，合成干扰波束；天线模块组成圆形天线阵面，辐射干扰波束；

其特征在于，控制模块包括：ARM单元和FPGA单元；ARM单元包括网口、485口、I2C口，通过网口接收计算机发出的干扰指令，解析获取噪声信号，计算功分模块和噪声模块的工作参数，转发至FPGA单元，通过485口发送合成波束的指令，通过I2C口采集电源模块的状态信息，发送至计算机；FPGA单元根据噪声信号，产生TTL电平，发送至噪声模块；

功分模块包括：补偿单元、功分单元、放大单元、移相单元、衰减单元、切换单元、监控单元，采用一体化结构设计；输入信号为5dBm小功率激励信号，经补偿单元至功分单元，推动放大单元功率为10dBm，经过移相单元、衰减单元、切换单元，输出信号功率大于33dBm；补偿单元安装于射频输入端，包括温补衰减电路器，改善驻波比、温度补偿、调整平坦度，消除高温时增益下降引起的输出功率下降和低温时个别频带的过注入；移相单元调整输出信号的相位，调节波束偏离法线的角度；切换单元选择启动天线模块，改变波束的发射方向和范围；监控单元包括负压保护电路、稳压电路、定向耦合器，耦合功率检波比较输出，通过比较输出电压判断故障；

天线模块包括：数个天线单元，分别为L波段、S波段、C波段，形成三个圆环阵列；

每个天线单元和功分模块连接，功分模块控制数个相邻的天线单元合成波束，实现360°全方位扫描。

2.根据权利要求1所述的基于相控圆阵的反无人机干扰设备，其特征在于，所述支撑组件，包括：支撑环、散热片、密封罩、出风口、安装座；支撑环包括上、下两个支撑环，散热片包括数个中心散热片和数个边缘散热片，采用导热材料，连接上、下支撑环，形成圆台型结构，控制模块、噪声模块、功分模块、天线模块安装于散热片；密封罩采用无碱沃兰处理玻纤布，芯材为PVC发泡板，采用真空袋压工艺成型，法兰连接处采用璃纤布加强积层处理，通过压环和橡胶垫固定于上、下支撑环，覆盖边缘散热片外沿，形成密封罩壳结构；出风口连接上支撑环，安装座连接下支撑环。

3.根据权利要求1所述的基于相控圆阵的反无人机干扰设备，其特征在于，所述噪声模块，包括：采用锁相调频技术，产生L波段、S波段、C波段的噪声信号；在窄带工作模式，产生窄带噪声，瞄准无人机遥测信道干扰；在宽带工作模式，产生宽带噪声，宽频带阻塞无人机遥测信道。

4.根据权利要求1所述的基于相控圆阵的反无人机干扰设备，其特征在于，窄带工作模式，包括：三个波段的频率和带宽存在跳变，频率范围和宽带工作模式相同，步进2MHz，带宽分别为5MHz、10MHz、20MHz。

5.根据权利要求1所述的基于相控圆阵的反无人机干扰设备，其特征在于，宽带工作模式，包括：三个波段产生固定频率和固定带宽的噪声信号，分别为L波段65MHz、S波段85MHz、C波段130MHz。

6.根据权利要求5所述的基于相控圆阵的反无人机干扰设备，其特征在于，所述圆环阵列，包括：16个L波段天线单元、32个S波段天线单元、32个C波段天线单元、32条列馈，每条列馈安装三个波段的天线单元，构成三个圆环阵列；L波段天线单元由4个功分模块控制，形成16种组合的4组阵元，产生扫描步进为22.5°的波束；S波段天线单元和C波段天线单元由8个功分模块控制，形成32种组合的4组阵元，产生扫描步进为11.25°的波束。

7.根据权利要求6所述的基于相控圆阵的反无人机干扰设备，其特征在于，所述波束，包括：单波束、双波束、全波束；单波束由8个天线单元合成一个波束，形成高增益窄波束，干扰远距离目标；双波束由8个发射单元中的4个天线单元合成一个波束，另4个天线单元合成另一个波束，两个波束同时干扰近距离目标；全波束由8个天线单元同时辐射，干扰近距离多目标。

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