CN112319710A - 一种雷达假目标无人艇及其形成舰船雷达假目标的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达假目标无人艇，包括艇体、无人驾驶设备舱、动力舱、预警天线、监视探头、发射筒和发射筒液压控制平台，所述无人驾驶设备舱、动力舱、预警天线、监视探头、发射筒和发射筒液压控制平台均设置在艇体上，所述发射筒与发射筒液压控制平台由无人驾驶设备舱控制，所述发射筒内设置有雷达反射球体，所述发射筒设置在发射筒液压控制平台上。本发明还公开了其形成舰船雷达假目标的方法。本发明的优点在于：在不增加无人艇的体积情况下实现模拟动目标舰船面积的雷达反射回波信号，并且能够有效的避免雷达反射球体形变，避免对反射面积造成影响。

Description

一种雷达假目标无人艇及其形成舰船雷达假目标的方法

技术领域

本发明涉及船舶领域，尤其涉及一种可模拟舰船雷达反射面积的雷达假目标无人艇及其形成舰船雷达假目标的方法。

背景技术

目前，水上无人艇是一种无人操作的舰船。主要用于执行危险以及不适于有人船所担负并执行的任务。现有技术中对于无人艇的控制和操控等功能已经日趋完善，能够满足大部分实用需求。但是，现有技术中的无人舰船在其他方面的功能则非常欠缺，例如现有技术中的无人舰船在电子对抗和靶场等领域的功能就较为缺乏。现有技术中的无人舰船由于缺少完备的电子战功能，从而大大降低了无人舰船实用性。现有技术中缺少基于无人艇的无源雷达假目标技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是实现无人艇模拟运动的舰船无源雷达假目标，针对上述要解决的技术问题，现提出一种雷达假目标无人艇及其形成舰船雷达假目标的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种雷达假目标无人艇，包括艇体、无人驾驶设备舱、动力舱、预警天线、监视探头、发射筒和发射筒液压控制平台，所述无人驾驶设备舱、动力舱、预警天线、监视探头、发射筒和发射筒液压控制平台均设置在艇体上，所述发射筒与发射筒液压控制平台由无人驾驶设备舱控制，所述发射筒内设置有雷达反射球体，所述发射筒设置在发射筒液压控制平台上。

进一步的，所述发射筒设置两个，所述发射筒内设置有三个雷达反射球体，相邻的雷达反射球体之间级联设置。

进一步的，所述无人驾驶设备舱和动力舱密封设置，所述无人驾驶设备舱内设置有电子设备，所述动力舱内设置有发动机和驱动装置。

进一步的，所述雷达反射球体设置在发射筒内，其包括无源雷达反射刚性球壳体、龙伯透镜雷达反射器球体、无源雷达反射球体级联耳环把手和无源雷达反射球体不倒翁底盘体，所述龙伯透镜雷达反射器球体固定在无源雷达反射刚性球壳体内部，所述无源雷达反射球体级联耳环把手固定在无源雷达反射刚性球壳体的两侧，所述无源雷达反射球体不倒翁底盘体设置在无源雷达反射刚性球壳体的底部，所述无源雷达反射球体不倒翁底盘体的内部设置有配重。

进一步的，所述龙伯透镜雷达反射器球体包括介质球体、反射区、介质球核和介质球层，所述球核位于球体的中心位置，所述反射区位于球体的底部，所述介质球层设置在球核和球体的表面之间，所述介质球层为多层介质层，所述介质球层由球体的表面逐渐过渡到球核进行分层设置。

进一步的，所述反射区为金属反射区。

本发明的另一个目的是提供一种如前所述的雷达假目标无人艇形成舰船雷达假目标的方法，其通过如下步骤实现无人艇拖曳的舰船雷达假目标；

a01，在无人艇的两个发射筒内分别放置三个雷达反射球体，相邻的雷达反射球体之间通过绳进行级联；

a02，发射筒后盖打开后通过发射筒液压控制平台，控制发射筒向下倾斜，每个发射筒内的三个雷达反射球体依次滑出落水，落水后的三个雷达反射球体组成一组由无人艇的艇体拖拽，最后形成相邻的雷达反射球体级联距离为10～20米；

a03，六个雷达反射球体组成的一复合雷达反射体假目标，形成模拟舰船动目标的有效雷达反射面积。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在无人艇上设置可投放的雷达反射球体，并且雷达反射球体投放后级联设置，可以在投放后形成整体大面积的反射面体，同时无需增加无人艇的面积即可实现大面积雷达反射体的组建，模拟动态舰船雷达假目标；此外，本发明通过在雷达反射球体内设置龙伯透镜雷达反射器球体，并且反射球体设置为玻璃刚刚体结构，能够有效的避免球体内龙伯透镜雷达反射器介质球体形变，避免对雷达反射面积造成影响，且雷达反射球体底座采用不倒翁设计，不管球体如何摆动，对各个方向的雷达反射面积不会产生多大影响，因此无人艇以一定速度运动后，不会对整体雷达反射面积造成剧烈影响。

附图说明

图1为本发明中的无人艇的整体结构示意图；

图2为本发明中的无人艇拖拽状态的结构示意图；

图3为本发明中的雷达反射球体的结构示意图；

图4为本发明中的龙伯透镜雷达反射器球体的结构示意图；

图5为本发明中的龙伯透镜反射器球体成型过程中的一层打印示意图；

图6为本发明中的龙伯透镜反射器球体成型过程中的分层厚度示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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1

如图1所示，本具体实施方式披露了一种雷达假目标无人艇，包括艇体1、无人驾驶设备舱2、动力舱3、预警天线4、监视探头5、发射筒6和发射筒液压控制平台7，所述无人驾驶设备舱2、动力舱3、预警天线4、监视探头5、发射筒6和发射筒液压控制平台7均设置在艇体1上，所述发射筒6与发射筒液压控制平台7由无人驾驶设备舱2控制，所述发射筒6内设置有雷达反射球体8，所述发射筒6设置在发射筒液压控制平台7上。可行的，在本具体实施例中，可以在无人驾驶设备舱2内设置有远航相关的电子设备系统，可以包括有如区域警戒观察系统，电子防撞系统，自动定位导航系统，自动控制系统，数据链传输通信系统等，其中，区域警戒观察系统可以含有近程光学监视系统和中近程雷达预警系统。可行的，动力舱装有动力系统，并且由雷达反射球体8组成的无源假目标平台系统含有两个假目标发射筒和控制发射筒倾斜角度的液压随动平台系统。为使无人艇具有小的雷达反射面积，无人艇体可采用玻璃钢材料或复合材料制造。无源假目标为多个无源反射球体组成的级联反射体，无源反射球体平时装于金属制作的发射筒内，应用时由发射筒释放出形成类似舰船的雷达假目标。雷达反射球体放于金属发射筒内时无人艇的雷达反射面积很小，很难被雷达发现；雷达反射球体释放出去后形成级联反射体，形成很大的雷达反射面积，很容易被雷达发现。可行的，无人艇有效航程可设计为最大60海里，航速最大35节。

作为优选的，所述发射筒6设置两个，所述发射筒6内设置有三个雷达反射球体8，相邻的雷达反射球体8之间级联设置。无人驾驶设备舱2和动力舱3密封设置，所述无人驾驶设备舱2内设置有电子设备，所述动力舱3内设置有发动机和驱动装置。其中驱动装置可以采用例如燃油机驱动等驱动机构。

可行的，该无人艇进行使用时，通过如下步骤搭建成反射体：

a01，在无人艇的两个发射筒内分别放置三个雷达反射球体，相邻的雷达反射球体之间通过绳进行级联；可行的，发射筒6由电子设备控制系统控制液压平台水平-倾斜角度，以保证雷达反射球体正常投放。未投放时发射筒6保持水平放置。在本具体实施例中，雷达反射球体的重量单个设置在500公斤左右，每个发射筒配上雷达反射球体的重量约在1700公斤左右，液压控制平台承受的重量接近4000公斤，可以将艇宽度设置不小于3米，长度不小于8米。

a02，发射筒后盖打开后通过发射筒液压控制平台，控制发射筒向下倾斜，每个发射筒内的三个雷达反射球体依次滑出落水，落水后的三个雷达反射球体组成一组由无人艇的艇体拖拽，最后形成相邻的雷达反射球体级联距离为10～20米；

a03，六个雷达反射球体组成的一复合雷达反射体假目标，形成模拟舰船动目标的有效雷达反射面积。

参看图2，为本具体实施例中无人艇投放并形成假目标后拖曳状态示意图。无人艇两个发射筒内个装有3个球型雷达反射球体8，使用时两个发射筒在液压平台向下倾斜一定角度，两个发射筒盖同时打开后，靠球型雷达反射球体重量，两个筒内的球体同时滑落入水里，同一组的三个雷达反射球体8之间用级联连接绳81级联，并由艇进行拖曳。两组雷达反射球体8最终形成六球型雷达反射球体级联成一目标雷达反射体效果。相邻两球型雷达反射球体8之间距离保证在10～20米之间，无人艇与雷达反射球体8的距离任意，一般在20～50米内选择；无人艇与后端的雷达反射球体8的距离由无人艇和相邻球型雷达反射球体的级联距离之和确定。

舰船目标是具有一定长度、一定反射面积的散射点目标回波，远距离观测时通常是一个类似椭圆形状点或圆形状点的点状目标，近距离观测时是通常类似一长方型的点状目标。舰船由于舰船反射雷达电磁波时具有很多散射点，因此模拟舰船回波必须采用多个无源雷达反射球体进行级联，才能形成一定长度的多个散射点回波。一般中型舰船长度都在130米左右，因此雷达反射球体的级联长度应在80米至150米之间，可根据单个雷达反射球体的有效反射面积进行数量选择。本发明中的单个雷达有效反射面积能达到1000平米以上，本发明选择6个雷达反射球体进行级联，每3个组成一组，并放于一个发射筒内，两个发射筒释放后，2组分别由无人艇拖曳，形成类似6个雷达反射球体级联组成一个反射整体，相邻雷达反射球体距离可在10～20米之间选择。具体的，两个发射筒在液压平台向下倾斜一定角度，两个发射筒盖同时打开后，靠雷达反射球体重量，两个筒内的球体同时滑落入水里，雷达反射球体1a、雷达反射球体1b、雷达反射球体1c三球体用级联连接绳1g级联，并由无人艇进行拖曳；雷达反射球体1d、雷达反射球体1e、雷达反射球体1f三球体用级联连接绳1g级联，并由无人艇进行拖曳；最终形成六个雷达反射球体级联成舰船目标雷达反射体效果。相邻两雷达反射球体之间距离保证在10～20米之间，无人艇与雷达反射球体1a的距离任意，一般在20～50米内选择；无人艇与雷达反射球体1d的距离由无人艇与雷达反射球体1c的距离和相邻雷达反射球体的级联距离之和确定。雷达反射球体级联时相邻之间用尼龙绳等耐腐蚀结实的绳子进行连接。通过在无人艇上设置可投放的雷达反射球体，并且雷达反射球体之间级联设置，可以在投放后形成整体大面积的反射面体，同时无需增加无人艇的面积即可实现大面积雷达反射面体的组建，模拟动态舰船雷达目标，应用灵活性得到大大提升。

参看图3，本发明中的雷达反射球体设置在如实施例1中的发射筒6内，其包括无源雷达反射刚性球壳体81、龙伯透镜雷达反射器球体82、无源雷达反射球体级联耳环把手83和无源雷达反射球体不倒翁底盘体84，所述龙伯透镜雷达反射器球体82通过预制成型的方式固定在无源雷达反射刚性球壳体81内部，所述无源雷达反射球体级联耳环把手83采用焊接或一体成型的方式设置在无源雷达反射刚性球壳体81的两侧，其用于级联时供绳索连接用，所述无源雷达反射球体不倒翁底盘体84设置在无源雷达反射刚性球壳体81的底部，所述无源雷达反射球体不倒翁底盘体84的内部设置有配重，通过设置配重可以确保球体在海面漂浮而不会倾倒。

现有的无源雷达反射球体目前应用主要有三种，一种是无源角反射器，一种是双锥反射器，一种是龙伯透镜反射器，角反射器有效反射面积较大，但水平面上的方向图宽度比较窄；双锥反射器的在水平面上无方向性限制，但有效反射面积比同样尺寸的角反射器要小，龙伯透镜反射器在同样的尺寸下既有较大有效反射面积，水平面上的方向图宽度又比较宽。无源角反射器应用最广泛的是三角形反射器，目前水上可以应用的无源假目标只有充气式多面体角反射球体形成球体结构反射作为假目标。为了达到很大的雷达反射面积，充气后的多面角反射球体体积庞大，一般球体直径尺寸要大于4米以上，才能满足模拟舰船实际雷达有效反射面积的需要。这种反射球体只能在水上飘动，不能以一定的速度移动，一旦以一定速度移动受风阻力影响，整体会变形，雷达反射面积保证不了，因此实际应用会受到很大限制，只能以静态目标作为使用。

单个三角形反射器反射面积为

方向图宽度为40°，龙伯透镜反射器为球型反射器，其有效反射面积为

在球的水平面上加有宽度为L的环形反射面的龙伯透镜反射器，它在水平面具有360°全方位反射性能。在相同尺寸条件下，龙伯透镜反射器的有效反射面积最大值比三角形角反射器约大30倍。实际上，龙伯透镜由于存在介质损耗及制造的不完善等，其有效反射面积较理论计算值小1.5dB左右。龙伯透镜反射器的优点是体积小，有效反射面积大，在水平和垂直方向上都有宽的方向性，缺点是需要专门的材料和制造工艺，造价贵，重量大。现有技术中主要是采用模具分层按球壳制造模具加工，龙伯透镜反射器的尺寸和有效雷达反射面积做不了很大，最大有效雷达反射面积也就几十个平方米，对于舰船具有几千平方米的雷达反射面积来讲采用原始方法制造的龙伯透镜反射器就无法模拟，因此采用模具分层按球壳制造模具加工龙伯透镜作为反舰导弹的假目标是现有技术中的技术困难。本发明为解决雷达反射面积问题以及形成的假目标可运动问题，采用了3D打印龙伯透镜球型反射器作为单级假目标，突破了制造大反射面积大尺寸龙伯透镜反射器制造技术的难题。可以有效的解决了无源雷达反射球体的有效反射面积和反射器对运动的影响问题。

参看图4，本发明中的龙伯透镜雷达反射器球体，包括球体820、反射区821、球核822和介质球层823，所述球核822位于球体820的中心位置，所述反射区821位于球体820的底部，所述介质球层823设置在球核822和球体820的表面之间，所述介质球层823为多层介质层，所述介质球层823由球体820的表面逐渐过渡到球核822进行分层设置。其中，所述反射区821为金属反射区，改反射区为一成圆弧形区域的反射区。

由于采用这种层状结构的介质球，其外层的介电常数与空气相同或接近，越向球心介电常数越大，这样结构的龙伯透镜能把截获的电磁波聚集到一起，当平面波入射透镜上时，经透镜而被聚焦到此平面波前垂直的直径的另一端，若在另一端放置一金属反射镜面就可形成龙伯透镜反射器，单个龙伯透镜反射器是一个球型体。可行的，其可以按照设计每层介电常数，利用3D打印制造技术实现每层打印，并完成制造产品。为解决单个龙伯透镜在水上漂浮、运动和电磁波反射方向等问题，单个龙伯透镜反射器封装在一个类似不倒翁的大的球体内，这个大的球体壳体采用玻璃钢保护层，具有密封、防腐蚀、耐高低温度。这个大球体大小根据龙伯透镜的重量、海水的浮力，重量重心稳定度等综合因素考虑设计，直径大约在1米至1.5米之间。球体两侧应有用于级联的耳环把手，球体底部突出一凸弧形体积结构并配重，以满足反射器在海水中漂浮或运动时重心稳定，水平面倾角变化较小。

可行的，上述龙伯透镜雷达反射器球体成型方法，通过如下步骤将龙伯透镜雷达反射器球体加工成型：

s01，根据龙波透镜反射器的反射面积进行参数设计，所述参数设计是先确定球半径和介质球层厚度，及圆弧区域金属反射面面积大小，所述介质球层包含多个不同介电常数的介质层，之后确定介质层数量和相应的介质层厚度，由靠近球心的介质层逐步外扩到最外层介质层，从而将龙波透镜反射器体分成多个厚度圆；

s02，若球直径小于50厘米，可将设计好的球体采用3D打印成型，一层打印完进行下一层打印，打印完整的龙伯透镜反射器介质球体；

s03，若球直径大于50厘米，可将球以球心进行分割，分割成2部分或4部分，分别按要求进行打印，然后将打印好分割结构部分进行拼接，获得龙波透镜反射器介质球体。

s04，圆弧区域金属反射面采用介质进行打印，打印后内弧面积区域抛光并在其上电镀金属，或直接金属打印，内层抛光；

s05，将介质球体与圆弧区域金属反射面拼接，获得龙伯透镜反射器。

如图6所示，是龙伯透镜反射器球体垂直面可以通过3D打印技术制造介质分层厚度示意图。3D打印是可以按平面一层一层进行打印，最后形成成品。图中半球厚度层有N层，分别为从0层至介质层厚度N(N)，球体实际厚度层为2N+1层，即3D打印制造要打印的层数。

由于龙伯透镜反射器是用低损耗介质材料制造，其结构是按照材料介电常数的不同分布分层套制而成，这样采用3D平面打印技术很容易实现每一平面层的介电常数分布。由于龙伯透镜反射器是球型结构，外装可用玻璃钢刚体封装，表面就是个刚性球体，可根据球体总量设计球体大小，使其可在水面上漂浮，这样球体反射器在水面上运动其阻力很小，内部结构不会变形，不会对反射面积造成影响，因此采用龙伯透镜反射器作为模拟舰船的雷达假目标，使其可按舰船速度运动不会对反射面积造成影响，可以有效解决模拟运动的舰船雷达假目标。此外，为使龙伯透镜有效雷达反射面积达到1000平米以上，龙伯透镜的半径设置在30厘米以上，在本具体实施例中可以将龙伯透镜的直径尺寸可选在60厘米至90厘米，单个球体实际的有效雷达反射面积能达到1000平米以上。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种雷达假目标无人艇，其特征在于，包括艇体(1)、无人驾驶设备舱(2)、动力舱(3)、预警天线(4)、监视探头(5)、发射筒(6)和发射筒液压控制平台(7)，所述无人驾驶设备舱(2)、动力舱(3)、预警天线(4)、监视探头(5)、发射筒(6)和发射筒液压控制平台(7)均设置在艇体(1)上，所述发射筒(6)与发射筒液压控制平台(7)由无人驾驶设备舱(2)控制，所述发射筒(6)内设置有雷达反射球体(8)，所述发射筒(6)设置在发射筒液压控制平台(7)上。

2.根据权利要求1所述的一种雷达假目标无人艇，其特征在于，所述发射筒(6)设置两个，所述发射筒(6)内设置有三个雷达反射球体(8)，相邻的雷达反射球体(8)之间级联设置。

3.根据权利要求1所述的一种雷达假目标无人艇，其特征在于，所述无人驾驶设备舱(2)和动力舱(3)密封设置，所述无人驾驶设备舱(2)内设置有电子设备，所述动力舱(3)内设置有发动机和驱动装置。

4.根据权利要求1所述的一种雷达假目标无人艇，其特征在于，所述雷达反射球体(8)设置在发射筒(6)内，所述雷达反射球体(8)包括无源雷达反射刚性球壳体(81)、龙伯透镜雷达反射器球体(82)、无源雷达反射球体级联耳环把手(83)和无源雷达反射球体不倒翁底盘体(84)，所述龙伯透镜雷达反射器球体(82)固定在无源雷达发生体刚性球壳体(81)内部，所述无源雷达反射球体级联耳环把手(83)固定在无源雷达反射刚性球壳体(81)的两侧，所述无源雷达反射球体不倒翁底盘体(84)设置在无源雷达反射刚性球壳体(81)的底部，所述无源雷达反射球体不倒翁底盘体(84)的内部设置有配重。

5.根据权利要求4所述的一种雷达假目标无人艇，其特征在于，所述龙伯透镜雷达反射器球体(82)包括球体(820)、反射区(821)、球核(822)和介质球层(823)，所述球核(822)位于球体(820)的中心位置，所述反射区(821)位于球体(820)的底部，所述介质球层(823)设置在球核(822)和球体(820)的表面之间，所述介质球层(823)为多层介质层，所述介质球层(823)由球体(820)的表面逐渐过渡到球核(822)进行分层设置。

6.根据权利要求5所述的一种雷达假目标无人艇，其特征在于，所述反射区(821)为金属反射区。

7.一种如权利要求1所述的雷达假目标无人艇形成舰船雷达假目标的方法，其特征在于，通过如下步骤实现无人艇拖曳的舰船雷达假目标；

a01，在无人艇的两个发射筒内分别放置三个雷达反射球体，相邻的雷达反射球体之间通过绳进行级联；

a02，发射筒后盖打开后通过发射筒液压控制平台，控制发射筒向下倾斜，每个发射筒内的三个雷达反射球体依次滑出落水，落水后的三个雷达反射球体组成一组由无人艇的艇体拖拽，最后形成相邻的雷达反射球体级联距离为10～20米；

a03，六个雷达反射球体组成的一复合雷达反射体假目标，形成模拟舰船动目标的有效雷达反射面积。

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