CN113126078B - 一种多普勒雷达小型化的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多普勒雷达小型化的实现方法，属于测速雷达技术领域，解决了现有的多普勒雷达的外形不与载体共形、需要的安装空间较大、安装精度低，影响雷达性能和载体整体性能的问题。一种多普勒雷达小型化的实现方法，包括如下步骤：S1：根据限定的多普勒雷达的安装空间的尺寸，确定多普勒雷达的小型化设计目标外形和尺寸；S2：根据多普勒雷达的小型化设计目标尺寸，确定多普勒雷达的天线参数；S3：根据多普勒雷达的天线参数对多普勒雷达各分机进行选型和尺寸设计；S4：根据多普勒雷达的小型化设计目标外形和尺寸及多普勒雷达各分机的尺寸进行多普勒雷达各分机的空间布局。本发明实现了多普勒雷达的结构小型化、轻型化，测速精度高。

Description

一种多普勒雷达小型化的实现方法
技术领域
本发明涉及测速雷达技术领域，尤其涉及一种多普勒雷达小型化的 实现方法。
背景技术
多普勒雷达，又名脉冲多普勒雷达，是一种利用多普勒效应来探测 运动目标的位置和相对运动速度的雷达。多普勒雷达含有距离波门电路、 单边带滤波器、主波束杂波抑制电路和检测滤波器组，能较好地抑制地 物干扰。多普勒雷达可用于机载预警、机载截击、机载导航、低空防御、 火控、战场侦察、导弹引导、靶场测量、卫星跟踪和气象探测等方面。
现有的飞行器有多种，包括飞机、无人机、航空航天设备及电子设 备等。对于飞行器，其外形、尺寸和空气动力学特性等都有严格的要求。 随着技术的发展和指标的需要，对多普勒雷达的尺寸和重量提出了严格 的要求，小型化设计显得非常重要。另外，由于飞行器使用环境严酷， 现有的多普勒雷达的外形多为矩形结构，且不与载体共形，需要的安装空间较大，安装精度低，严重影响雷达的性能和载体的整体性能，而且 现有的多普勒雷达一旦安装就不能互换，不具备可维修性或者维修性差。
因此，为了降低多普勒雷达的尺寸和重量，实现外形小型化、轻型 化，需要对多普勒雷达进行小型化设计。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种多普勒雷达的小型化 设计方法，用以解决现有的多普勒雷达的外形不与载体共形、需要的安 装空间较大、安装精度低，严重影响雷达的性能和载体的整体性能的问 题，实现飞行器的小型化设计。
为了解决上述技术问题，本发明提供了多普勒雷达小型化的实现方 法，具体的技术方案如下：
1.一种多普勒雷达小型化的实现方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：根据限定的多普勒雷达的安装空间的尺寸，确定多普勒雷达的 小型化设计目标外形和尺寸；
S2：根据多普勒雷达的小型化设计目标外形和尺寸，确定多普勒雷 达的天线参数；
S3：根据多普勒雷达的天线参数对多普勒雷达各分机进行选型和尺 寸设计；
S4：根据多普勒雷达的小型化设计目标外形和尺寸及多普勒雷达各 分机的尺寸进行多普勒雷达各分机的空间布局。
进一步地，步骤S1中，多普勒雷达的小型化设计目标的外形与飞行 器安装表面共形；共形结构包括主体框架(7)，主体框架(7)设有容纳多普勒雷达主体的内部空腔，主体框架(7)的下端面的外形与飞行器 安装表面共形。
进一步地，共形结构还包括天线罩和上盖板，主体框架为两端开口 的筒体结构，天线罩和上盖板分别设于筒体结构的两端；主体框架和天 线罩均与飞行器共形。
进一步地，筒体结构的下端面周边具有凸沿，凸沿的下表面的外形 与飞行器安装表面共形。
进一步地，凸沿为与筒体结构上部一体成型的法兰框，法兰框的外 表面为与飞行器安装表面共形的弧形表面。
进一步地，法兰框的内边缘开设用于安装天线罩的台阶，天线罩通 过螺钉固定安装在法兰框上；天线罩的弧形外表面和法兰框的弧形外表 面均与飞行器安装表面共形。
进一步地，步骤S3中，多普勒雷达的天线参数包括天线面积，以多 普勒效应为基础确对多普勒雷达各分机进行选型和尺寸设计。
进一步地，步骤S3中，多普勒雷达各分机包括天线分机、收发组件、 接收分机、信号处理分机、接线分机、电源分机和滤波器。
进一步地，步骤S3中，多普勒雷达各分机采用模块化设计，天线分 机、收发组件、接收分机、信号处理分机、接线分机、电源分机和滤波 器均设计为盒体结构，分机盒体安装在主体框架的内部。
进一步地，步骤S4中，将主体框架的内部空腔设计为多层结构，各 层空腔结构根据布置的分机盒体结构、数量划分多个分区；将雷达各分 机分区放置和分区定位在主体框架内，实现多普勒雷达各分机的空间布 局。
进一步地，通过在主体框架的内侧壁设置一个或多个支撑结构，将 主体框架的内部空腔分为多层。
进一步地，支撑结构为内壁凸沿或支架；支架为异型结构，具有分 区功能，用于放置多普勒雷达各分机。
进一步地，步骤S4中，多普勒雷达各分机的空间布局采用分机堆叠 结构，各分机堆叠设置于主体框架的内部空腔。
进一步地，步骤S4中，主体框架的内部空腔为3层结构，包括上层、 中间层和下层；天线分机单独占下层；滤波器、电源分机、收发组件位 于中间层；接收分机、接线分机和信号处理分机位于上层。
进一步地，信号处理分机单独布置在上层的一侧区域，接收分机和 接线分机平行设置在上层的另一侧区域，电源分机位于滤波器和收发组 件之间，收发组件位于接线分机和信号处理分机的下方，电源分机位于 上层的接收分机的下方，接收分机的下表面设有空腔结构，接线分机位 于接收分机和电源分机之间的接收分机的空腔结构内。
进一步地，支架具有三个相互独立的容纳空间，其中，第一容纳空 间和第二容纳空间并排设置，第三容纳空间设置在第一容纳空间和第二 容纳空间的端侧，用于分别容纳电源分机、收发组件和滤波器。
进一步地，支架包括横梁和纵梁，多条横梁与纵梁交叉连接形成多 个用于安装雷达分机的安装空间；横梁包括主横梁和辅横梁，纵梁包括 主纵梁和辅纵梁，两条主横梁和两条主纵梁连接成型一端开口的日字形 结构，形成第一容纳空间和第二容纳空间；两条辅横梁与两条辅纵梁围 成矩形的第三容纳空间，其中一条主纵梁的一部分构成其中的一条辅纵梁，两条辅横梁所在直线分别穿过第一容纳空间和第二容纳空间。
进一步地，主纵梁或主横梁的顶面设有接收分机安装孔和接线分机 安装孔；主纵梁或主横梁的设有阶梯状结构，用于与分机结构匹配。
进一步地，主体框架的顶端设有限位结构，上盖板的下端设有限位 配合结构，限位结构与限位配合结构配合将上盖板固定在主体框架的端 部。
进一步地，限位结构为设置于主体框架上端面的第一缺口，第一缺 口底面上设有第一凸起；限位配合结构为设置于上盖板下表面的第二凸 起，第二凸起与第一缺口相匹配，第二凸起的表面设有与第一凸起相匹 配的第二缺口。
进一步地，凸沿上设有定位销孔，定位销穿过定位销孔将主体框架 与飞行器固定定位，定位销孔位于多普勒雷达天线水平波束角位置的轴 向中心线上。
进一步地，各分机盒体通过减振结构固定在主体框架上，各分机盒 体设有用于安装减振结构的分机盒体安装孔。
进一步地，减振结构包括两个减振垫，减振垫为凸台结构，包括第 一段和第二段，第一段的外径小于第二段的外径，第一段的外径等于分 机盒体安装孔的孔径。
进一步地，减振结构还包括螺钉，减振垫和金属垫片的数量均为两 个，减振垫和金属垫片均能够套设在螺钉上。
进一步地，减振结构还包括钢管芯，减振垫的数量为两个，金属垫 片的数量为一个；钢管芯的第一端外沿一体成型有挡片，减振垫和金属 垫片均能够套设在钢管芯上。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：
(1)本发明的多普勒雷达小型化的实现方法，基于实际需求，在实 际空间受限的情况下，提供了一种多普勒雷达的小型化设计思路，根据 多普勒雷达的小型化设计目标尺寸，确定多普勒雷达的天线参数，进而 根据多普勒雷达的天线参数对多普勒雷达各分机进行选型和尺寸设计；并通过优化多普勒雷达各分机的空间布局，实现各分机在限定空间和外 形下的安装，基于实际需求而设计的小型化多普勒雷达能够切实满足实 际需求，达到实际的小型化设计目标。
(2)本发明的多普勒雷达的小型化的实现方法，采用雷达与飞行器 共形、分机与整机共形的结构布局设计，雷达结构紧凑，体积小，需要 较小的空间，测速精度高，既实现了与导航技术性能相关联的结构技术 安装精度要求，又实现了结构电磁屏蔽设计，能够实现物理屏蔽电磁波的进入，有效提高了产品的可靠性和电磁兼容性。
(3)本发明的多普勒雷达的小型化的实现方法，采用分机堆叠的方 式将各分机盒体堆叠设置于主体框架的内部空腔，使多普勒雷达的整体 结构更加紧凑，集成程度更高，有利于提高测速精度、可靠性、可维修 性，便于各分机装配、测试、接线及维修，也便于飞行器的更新换代。
(4)本发明的多普勒雷达的小型化的实现方法，通过在主体框架的 顶端设有限位结构，上盖板的下端设有限位配合结构，限位结构与限位 配合结构配合将上盖板固定在主体框架的端部，便于主体框架与上盖板的准确、快速安装和定位，并实现防差错安装。
(5)基于飞行器安装空间的科学化利用的考虑，本发明同时考虑了 如何实现多普勒雷达与安装表面的共形，且尽量减小需要的安装空间， 实现多普勒雷达的小型化(共形结构尺寸可做到：长×宽×高＝135mm× 68mm×36.5mm，天线分机尺寸可做到：长×宽×高＝114mm×47mm×9.5mm，收发组件尺寸可做到：长×宽×高＝60mm×40mm×10.8mm，接收分机尺寸 可做到：长×宽×高＝40mm×27mm×16.3mm，电源分机尺寸可做到：长× 宽×高＝31mm×20mm×9mm，是常规雷达尺寸的1/3-1/4)，并保障与安装 载体共形，需要的安装空间小的小型化多普勒雷达的安全性
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优 选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且， 部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本 发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来 实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制， 在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明多普勒雷达小型化的实现方法流程示意图；
图2为本发明实施例中多普勒雷达的剖视图一；
图3为本发明实施例中多普勒雷达的天线分机外形示意图；
图4为本发明实施例中多普勒雷达的收发组件外形示意图；
图5为本发明实施例中多普勒雷达的接收分机外形示意图；
图6为本发明实施例中多普勒雷达的接收分机盒体结构视图；
图7为本发明实施例中多普勒雷达的电源分机外形示意图；
图8为本发明实施例中多普勒雷达的信号处理分机减振结构安装示 意图；
图9为本发明实施例中多普勒雷达的结构示意图一；
图10为本发明实施例中多普勒雷达的结构示意图二；
图11为本发明实施例中多普勒雷达的主体框架的内部结构示意图；
图12为本发明实施例中多普勒雷达的支架的结构示意图；
图13为本发明实施例中多普勒雷达的剖视图二；
图14为图13中A区域局的部放大图。
附图标记：
1-天线分机、2-收发组件、3-接收分机、3.1-腔体；3.2-隔板；3.3减 重槽；3.4-过线通孔；4-信号处理分机、5-接线分机、6-电源分机、7-主 体框架、7.1-凸沿、7.2-定位销孔；7.3-框架安装孔；7.4-测试接口；7.5- 限位结构；7.6-支撑结构；8-上盖板、9-滤波器、10-支架；10.1-第一容纳空间；10.2-第二容纳空间；10.3-第三容纳空间；10.4-接线分机安装孔； 10.5-接收分机安装孔；10.6-主横梁；10.7-主纵梁；10.8-辅横梁；10.9-辅 纵梁；11-天线罩；12-减振结构；12.1-减振垫；12.2-螺钉；13-信号处理 分机印制板；14-信号处理分机支座；15-测试接口盖板；16-调试接口盖 板。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本 申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用 于限定本发明的范围。
实施例1
本发明的一个具体实施例，公开了一种多普勒雷达小型化的实现方 法，如图1所示，包括如下步骤：
S1：根据限定的多普勒雷达的安装空间的尺寸，确定多普勒雷达的 小型化设计目标外形和尺寸；
多普勒雷达具有与安装表面共形的结构，多普勒雷达各分机置于共 形结构的空腔内；共形结构包括主体框架7、上盖板8，主体框架7为两 端开口的筒体结构，主体框架7的内部空腔用于容纳雷达主体；上盖板8 可拆卸设置于筒体结构的上端，筒体结构的下端面周边具有凸沿7.1，凸 沿7.1的表面与飞行器的安装面共形；雷达主体的天线分机1、收发组件 2、接收分机3、信号处理分机4、接线分机5、电源分机6和滤波器9， 采用分机堆叠的方式设置于主体框架7的内部空腔，如图2所示。
本实施例中，多普勒雷达的共形结构还包括下盖板，下盖板的下表 面与飞行器安装表面共形，下盖板与主体框架7的凸沿7.1装配，形成与 飞行器安装表面匹配的共形面。
本实施例中，共形结构还包括天线罩11，天线罩11与下盖板独立设 置，独立设置的天线罩11与下盖板共形，天线罩11、下盖板与飞行器安 装面共形；或者，采用天线罩11代替下盖板，天线罩11的外表面与飞 行器安装表面共形。多普勒雷达的共形结构外形采用盒体形式，上盖板8、 天线罩11与整机主体框架7之间接缝采用搭接形式并通过螺钉紧固，有效的保证了盒体连续的金属接触，达到电磁屏蔽的效能。
其中，采用天线罩11代替下盖板的技术方案中，主体框架7为两端 开口的筒体结构，筒体结构的内部空腔为容纳雷达主体的空间，上盖板8 通过螺钉固定于主体框架7的筒体结构的上端，筒体结构的下端面周边 设有凸沿7.1，凸沿7.1的下表面与飞行器安装面共形，筒体结构的下端 面设置的凸沿7.1为与筒体结构上部一体成型的法兰框，也即筒体结构的 一端外边缘沿周向设置与筒体结构一体成型的法兰框，法兰框的外表面 为与飞行器共形的弧形表面，法兰框的内边缘开设用于安装共形天线罩 11的台阶，天线罩11的下表面与飞行器安装表面共形，天线罩11通过 多个螺钉固定安装在法兰框上，天线罩11的弧形面和法兰的柱状弧形面与飞行器共形，天线罩11构成多普勒雷达的共形结构的一部分，天线罩 11与飞行器共形，天线罩11与雷达共形，雷达与飞行器共形，共形结构 既是雷达主体框架7，又是雷达整机的外壳。
本实施例中，天线罩11与主体框架7的凸沿7.1之间安装有密封圈， 密封圈为橡胶圈，实现天线罩11与主体框架7之间的密封，与飞行器共 形时能够防止水或异物进入飞行器和飞行器内。
为了安装方便，并减少雷达的使用空间，主体框架7的筒体结构和 法兰的转角采用倒圆角的形式。
本实施例中，主体框架7的筒体的侧壁上设有多个接线孔和安装孔， 主体框架7的凸沿7.1设有多个框架安装孔7.3，采用螺钉将主体框架7 固定于飞行器安装面。主体框架7筒体的侧壁上还设有用于研制过程中 进行测试的测试接口7.4、进行调试的调试接口，并配套设有测试接口盖板15和调试接口盖板16，如图9至图10所示。
为了便于主体框架7与上盖板8的准确、快速安装和定位，如图11 所示，主体框架7的顶端设有限位结构7.5，上盖板8的下端设有限位配 合结构，限位结构7.5与限位配合结构配合将上盖板8固定在主体框架7 的端部。示例性的，限位部为主体框架7上端面设置的第一缺口，第一 缺口底面上设有的第一凸起，限位配合结构为上盖板8下表面设置的第 二凸起，第二凸起与主体框架7的上端面的第一缺口相匹配，第二凸起的表面设有与第一缺口底面上的第一凸起相匹配的第二缺口。此结构设 置能够便于主体框架7与上盖板8的准确、快速安装和定位。
为了实现共形结构与飞行器之间的准确、可靠定位，在筒体结构的 下端面周边开设多个定位安装孔，如图9所示，筒体结构的下端面周边 具有凸沿7.1时，凸沿7.1上开有定位销孔7.2，主体框架7对应设有定 位销孔7.2，定位销穿过定位销孔7.2将主体框架7与飞行器固定定位， 定位销孔7.2位于多普勒雷达天线水平波束角位置的轴向中心线上。通过在主体框架7凸沿7.1上指定位置设置定位销孔7.2的结构设计，不仅能 够保证多普勒雷达主体在共形结构中的定位精度，还能实现防差错安装。
S2：根据多普勒雷达的小型化设计目标外形和尺寸，确定多普勒雷 达的天线参数；多普勒雷达的天线参数包括天线面积等；以气象探测无 人机多普勒雷达为例，安装空间约为：长×宽×高＝150mm×85mm×40mm， 共形结构尺寸设计为长×宽×高＝135mm×68mm×36.5mm，确定天线弧面半径为95mm；
S3：根据多普勒雷达的天线参数对多普勒雷达各分机进行选型和尺 寸设计。以多普勒效应为基础确对多普勒雷达各分机进行选型和尺寸设 计。选择多普勒雷达主体的各分机包括天线分机1、收发组件2、接收分 机3、信号处理分机4、接线分机5、电源分机6和滤波器9，各分机采用模块化设计，天线分机1、收发组件2、接收分机3、信号处理分机4、 接线分机5、电源分机6和滤波器9均设计为盒体结构。
天线分机可采用波导平板裂缝阵固定天线，采用收发共用单天线形 式，由若干条窄边开缝的薄壁铝波导、馈电波导、波导同轴转换器、吸 收负载组成。通过螺钉和圆柱销安装在主体框架上。如图3所示。天线 分机1靠近天线罩11，单独布置于主体框架7的下层空腔，通过螺钉和 圆柱销安装在主体框架7上。
收发组件2由发射单元、接收单元两部分组成，其中发射单元由恒 温晶振、锁相介质振荡器、放大器、耦合器、衰减器、PIN调制器、功放、 隔离器、环行器、射频SP4T开关、失配负载组成；接收单元由双平衡混 频器、腔体滤波器、放大器、镜像抑制混频器、低噪放、PIN开关、隔离 器、低噪声中放组成。收发组件2设置于主体框架7的中间层空腔，通 过螺钉安装在整机主体框架7上。收发组件内的恒温晶振对振动环境比较敏感，为减小振动环境对分机性能的影响，在分机外部采用减振结构 12进行减振，如图4所示，收发组件2的四角位置设置4个减振结构12， 避免了振动条件下相位噪声的恶化。通过大量的力学分析和试验验证， 收发组件振动条件下相位噪声指标满足系统指标要求。
接收分机3由两级AGC中频放大器、隔离放大器、滤波器、混频器、 AGC低频放大器、低通滤波器、自检电路等部分组成。其主要功能为对来 自收发组件输出的中频信号进行放大、滤波、第二检波和低频放大，输 出低频回波至信号处理分机；当有自检指令时，自检电路工作，实现闭 环自检。通过螺钉固定在支架上。为实现接收分机3内部模块化设计且 各模块间相互隔离，接收分机3采用盒体结构，盒体结构由隔板3.2分 隔成多个独立的腔体3.1，腔体3.1间留有过线通孔3.4，各独立腔体3.1 的大小根据安装的功能部件设置，如图5至图6所示，盒体结构设有4 个独立的腔体3.1，隔板3.2设有过线通孔3.4。为实现整机的重量目标，在盒体结构的侧壁设有多个减重槽3.3，实现接收分机3重量小于预分配 重量。为实现接收分机内部模块化设计且各模块间相互隔离，接收分机 采用盒体结构，盒体结构设计为4个独立的腔体，腔体间留有过电缆圆孔。
电源分机6由电源模块和电源滤波模块组成，用于将载体上电压转 换为雷达内部各分机使用的电源电压。如图7所示，电源分机6通过螺钉固定在支架10上。
信号处理分机4作为多普勒雷达的重要组成部分，直接影响多普勒 雷达的性能，完成回波信号的采集、抽样滤波、谱分析等功能，进行了 减振设计和热设计。面积大且是多层印制板，为解决此类印制板抗振能力弱的特点，设计时对信号处理分机进行减振，采用橡胶减振器，减振 效率超过60％，大幅降低了印制板的振动响应。采用橡胶减振结构12， 如图8所示，信号处理分机印制板13固定设置于信号处理分机支座14 上，信号处理分机支座14通过减振结构12安装在主体框架7上，减振 结构12件的数量为4个，设置于信号处理分机支座14的四个角，减振 效率超过60％，大幅降低了信号处理分机印制板13的振动响应。信号处 理分机4采取自然对流和辐射散热。
接线分机为单块印制板，为了便于走线及信号的测试，设置此分机， 用于转接信号处理与收发组件的信号连接、信号处理与雷达控制台的信 号连接等。接线分机由印制电路板、连接器、连接电缆组成。
其中，天线分机尺寸设计为：长×宽×高＝114mm×47mm×9.5mm，收 发组件尺寸设计为：长×宽×高＝60mm×40mm×10.8mm，接收分机尺寸设 计为：长×宽×高＝40mm×27mm×16.3mm，电源分机尺寸设计为：长×宽 ×高＝31mm×20mm×9mm；
S4：根据多普勒雷达的小型化设计目标外形和尺寸及多普勒雷达各 分机的尺寸进行多普勒雷达各分机的空间布局。具体的，将主体框架7 的内部空腔设计为多层结构，各层空腔结构根据布置的分机盒体结构、数量划分多个分区；采用分机堆叠的方式将雷达各分机分区放置和分区 定位在主体框架7内，实现多普勒雷达各分机的空间布局。
示例性的，主体框架的内部空腔为3层结构，包括上层、中间层和 下层，天线分机单独占下层；所述滤波器、电源分机、收发组件位于中 间层；所述接收分机、接线分机和信号处理分机位于上层。更具体地， 信号处理分机单独布置在上层的一侧区域，所述接收分机和接线分机平行设置在上层的另一侧区域，所述电源分机位于滤波器和收发组件之间，所述收发组件位于接线分机和信号处理分机的下方，所述电源分机位于 上层的接收分机的下方，所述接收分机的下表面设有空腔结构，所述接 线分机位于接收分机和电源分机之间的接收分机的空腔结构内。
为了进一步实现防差错安装，本实施例的多普勒雷达的小型化设计 方法，还进行了防差错设计与设置识别标志，具体的，多普勒雷达分机 盒体结构上印有标识，示例性的，上盖板8印有产品名称、代号、批序 号。多普勒雷达内部各分机的连接器分别为9针、15针和51针的连接器，避免操作人员在进行连接时产生错误连接，且所有连接器自身具有防止 插错功能，可以很好的防止出现连接差错；多普勒雷达外部与载体电源 和总线进行连接的插座分别为矩形插座和圆形插座，能够从物理上防止 插错，同时在插座附近分别印有标志，且两插座本身也具有防止插错功 能。
与现有技术相比，本实施例提供的多普勒雷达的小型化设计方法， 基于实际需求，在实际空间受限的情况下，提供了一种多普勒雷达的小 型化设计思路，根据多普勒雷达的小型化设计目标尺寸，确定多普勒雷 达的天线参数，进而根据多普勒雷达的天线参数对多普勒雷达各分机进 行选型和尺寸设计；并通过优化多普勒雷达各分机的空间布局，实现各分机在限定空间和外形下的安装，基于实际需求而设计的小型化多普勒 雷达能够切实满足实际需求，达到实际的小型化设计目标。另外，采用 雷达与飞行器共形、分机与整机共形的结构布局设计，雷达结构紧凑， 体积小，需要较小的空间，测速精度高，既实现了与导航技术性能相关 联的结构技术安装精度要求，又实现了结构电磁屏蔽设计，能够实现物理屏蔽电磁波的进入，有效提高了产品的可靠性和电磁兼容性。此外，通过在主体框架上设置限位部、上盖板的下端设有限位配合结构保证共 形结构与飞行器的定位精度，在主体框架端部的凸沿上开有定位孔的结 构设计保证多普勒雷达主体在共形结构中的定位精度，通过共形结构的 特殊设计实现了多普勒雷达的定位精度，确保多普勒雷达的工作性能。
实施例2
本发明的又一具体实施例，多普勒雷达各分机包括天线分机1、收发 组件2、接收分机3、信号处理分机4、接线分机5、电源分机6和滤波 器9，各分机采用模块化设计，天线分机1、收发组件2、接收分机3、 信号处理分机4、接线分机5、电源分机6和滤波器9均设计为盒体结构。
其中，将主体框架7的内部空腔设计为多层结构，各层空腔结构根 据布置的分机盒体结构、数量划分多个分区；分区的形状、结构以及尺 寸与分机盒体相适配,将雷达各分机分区放置和分区定位在主体框架7 内，实现多普勒雷达各分机的空间布局。如图11所示，主体框架7的内 部空腔结构由筒体结构内侧壁上设置的支撑结构7.6划分为多层，支撑结构7.6的数量为1个或多个，实现雷达各分机的分区放置。其中，支撑结 构7.6包括但不限定于以下两种形式：
第一种支撑结构7.6为内壁凸沿，内壁凸沿一体成型于筒体结构的内 侧壁，内壁凸沿上设有用于安装雷达各分机的安装孔，内壁凸沿包括横 向凸沿7.1和纵向凸沿7.1，横向凸沿7.1和纵向凸沿7.1的数量均为一或多个，横向凸沿7.1和纵向凸沿7.1的上端面能够支撑固定布置于该区域 的雷达分机。内壁凸沿的结构、数量根据各分机的外形结构以及布置情 况设计。
第二种支撑结构7.6为支架10，如图12所示，支架10为异型结构 支架10，具有分区功能，用于放置雷达主体的各分机。支架10包括横梁和纵梁，横梁与纵梁交叉形成多个用于安装雷达分机的安装空间。支架 10与主体框架7的内侧壁连接。支架10的结构根据各分机的外形结构、 数量设计。
采用具有分区功能的支架10将滤波器9、电源分机6、收发组件2 布置于主体框架7的中间层。支架10为异型结构，如图12所示，支架 10具有三个相互独立的容纳空间，其中第一容纳空间10.1和第二容纳空 间10.2并排设置，第三容纳空间10.3设置在第一容纳空间10.1和第二容 纳空间10.2的端侧，第一容纳空间10.1、第二容纳空间10.2和第三容纳 空间10.3分别用于容纳电源分机6、收发组件2和滤波器9。支架10通 过螺钉固定于主体框架7上，或者，支架10与主体框架7一体成型。各 分机之间通过电缆连接。
支架10包括数条横梁和数条纵梁，横梁与纵梁交叉连接形成多个用 于安装雷达分机的安装空间，如图12所示，横梁包括主横梁10.6和辅横梁10.8，纵梁包括主纵梁10.7和辅纵梁10.9，两条主横梁10.6和两条主 纵梁10.7连接成型一端开口的日字形结构，形成第一容纳空间10.1和第 二容纳空间10.2；两条辅横梁10.8与两条辅纵梁10.9围成矩形的第三容 纳空间10.3，其中一条主纵梁10.7的一部分构成其中的一条辅纵梁10.9， 两条辅横梁10.8所在直线分别穿过第一容纳空间10.1和第二容纳空间 10.2。
主纵梁10.7或主横梁10.6的顶面设有接收分机安装孔10.5和接线分 机安装孔10.4，用于固定安装位于上层的接收分机3和接线分机5。主纵 梁10.7或主横梁10.6的表面根据各分机结构，设置有阶梯状结构，用于 与分机底面结构匹配。
本实施例中，主体框架7的内部空腔结构为3层结构，即上层、中 间层和下层，如图1所示，3层空腔结构划分为多个分区，分区的形状、 结构以及尺寸与布置的分机盒体结构相适配。雷达分机的布局方式为： 天线分机1靠近天线罩11，单独布置于下层；滤波器9、电源分机6、收 发组件2布置于天线分机1上面的中间层；接收分机3、接线分机5和信 号处理分机4布置于上层。其中，上层分为两个区域，信号处理分机4 单独布置在上层的一侧区域，接收分机3和接线分机5平行设置在上层 的另一侧区域，信号处理分机4置于主体框架7内部空腔的最外侧；中 间层的电源分机6位于滤波器9和收发组件2之间，中间层的收发组件2位于接线分机5和信号处理分机4的下方，中间层的电源分机6位于上 层的接收分机3的下方，接收分机3的下表面设有空腔结构，接线分机5 位于接收分机3和中间层的电源分机6之间的接收分机3的空腔结构内， 电源分机6、滤波器9和接线分机5靠近雷达对外接口；布置于下层的收 发组件2位于信号处理分机4的下方，在安装收发组件2的前方面板进 行开槽设计，通过面板上的开槽口进行电缆的拆卸与安装。
天线分机1是无源分机，不用供电，而且可靠性非常高，经测试合 格后基本不用维修，故将其放置在最下层。收发组件2与天线分机1和接线分机5进行射频电缆、低频电缆进行通讯和控制，将收发组件2布 置在天线分机1上层最有利于电缆连接和装配。电源分机6、滤波器9和 接线分机5靠近雷达对外接口，有利于缩短对外连接器到滤波器9、电源 分机6和接线分机5的电缆长度，也方便了接线分机5与接收分机3、收 发组件2和信号处理的电缆连接。信号处理分机4是多普勒雷达功能最 复杂、电子线路最集中的部件，是控制多普勒雷达工作的核心，将该分 机置于最外侧，只要用螺丝刀就可打开该分机屏蔽盒盖进行调整，有利于该分机检修；为方便安装收发组件2的高频电缆，在安装收发组件2 的前方面板进行了开槽设计，可通过开槽口进行电缆的拆卸与安装，方 便维修人员从雷达外部进行维修，增大了操作空间，方便了整机的安装。
与现有技术相比，本实施例提供的多普勒雷达小型化的实现方法， 整机结构采用模块化设计，各分机在功能上是独立的，可脱离接口设备 对其进行测试和检查；更换后不需做维修调试工作；拆卸安装时不需使 用专用工具，更换时间短；采用分机堆叠的方式将各分机盒体堆叠设置于主体框架的内部空腔，内壁凸沿和支架10的结构根据雷达各分机的外 形结构设计，通过设置支撑结构7.6将主体框架7的空腔结构分为多层， 对雷达各分机进行多层分区布置，充分利用了多普勒雷达整机内部空间， 使多普勒雷达整机内部结构更加紧凑，整机体积更小，集成程度更高， 有利于提高测速精度、可靠性、可维修性，便于各分机装配、测试、接 线及维修，也便于飞行器的更新换代。
实施例3
本发明的又一具体实施例，采用分机堆叠的方式将各分机盒体堆叠 设置于主体框架7的内部空腔。
多普勒雷达整机结构采用了模块化设计，将天线分机1、收发组件2、 接收分机3、信号处理分机4、接线分机5、电源分机6均为盒体结构设 计为盒体结构，盒体安装在主体框架7的内部空腔。各分机间留有20mm 的空间布放电缆和供电接线，分机之间信号线全部采用半刚性屏蔽电缆连接，所有供电线和指令控制线均加有滤波器或穿心电容，电源线采用导线直接焊接，此结构设置不仅减少了连接器的数量，还减少了电源的 使用品种。采用盒体结构的分机能够独立拆装，用简单的工具即可实现 快速拆装，既便于维修及装配，降低使用与维修人员技能要求，也有效 的保证了电磁兼容性，大大提高了产品的可靠性，在预防维修方面起到 了重要作用。
由于飞行器在飞行过程中，多普勒雷达承受的振动环境较多较大， 现有的多普勒雷达主机内信号处理分机4和接收分机3的工作状态不适 应飞行器飞行的振动环境。因此，在步骤S4中，将各分机盒体通过减振 结构12固定在主体框架7上，各分机盒体设有用于安装减振结构12的 分机盒体安装孔，减振结构能够避免分机盒体与主体框架7直接碰撞， 以降低振动伤害，具体的，将信号处理分机4和收发组件2通过减振结 构12固定在主体框架7上，在雷达整机内部垂直方向为信号处理加装减 振结构12，在水平方向为接收分机3加装减振结构12，如图8、图13、 图14所示。
示例性的，减振结构12包括以下两种结构：第一种减振结构包括螺 钉12.2、两个减振垫12.1和两个金属垫片，减振垫12.1和金属垫片均能 够套设在螺钉12.2上，减振垫12.1为凸台结构，包括第一段和第二段， 第一段的外径小于第二段的外径，第一段的外径等于分机盒体安装孔的 孔径，减振垫12.1设有允许螺钉12.2穿过的通孔，通孔的孔径与螺钉杆 直径相等。使用时，先在螺钉12.2上依次安装第一金属垫片、第一减振 垫，第一减振垫的第二段与第一金属垫片接触，将螺钉12.2穿过分机盒 体安装孔，再在螺钉12.2的螺纹端依次安安装第二减振垫、第二金属垫片，第一减振垫和第二减振垫的第一段相对设置且分别插入分机盒体安 装孔的两端，将螺钉12.2拧入主体框架7的螺钉孔，完成待减振分机盒 体与主体框架7固定连接。
第二种减振结构包括钢管芯、两个减振垫12.1、一个金属垫片和一个 螺钉12.2，其中，钢管芯为T型结构，钢管芯的第一端外沿一体成型有 挡片，减振垫12.1和金属垫片均能够套设在钢管芯上；减振垫12.1为凸 台结构，包括第一段和第二段，第一段的外径小于第二段的外径，第一 段的外径等于分机盒体安装孔的孔径，减振垫12.1设有允许钢管芯穿过 的通孔，通孔的孔径与钢管芯的外径相等。安装时，先将第一减振垫套 设安装在钢管芯上，使第一减振垫的第二段与钢管芯第一端的挡片接触， 将钢管芯的第二端装入分机盒体安装孔，在钢管芯穿出分机盒体安装孔 的部分依次套设安装第二减振垫和金属垫片，其中，第二减振垫的第一 段朝向分机盒体安装孔，第一减振垫和第二减振垫的第一段相对设置且分别插入分机盒体安装孔的两端，将螺钉12.2从钢管芯的第二端穿入并 拧入主体框架上的螺钉孔，完成待减振分机盒体与主体框架的固定连接。 与第一种减阵结构相比，第二种减振结构通过在钢管芯的顶端外沿一体 成型有挡片，减少了零件数量，安装更方便，安装效率更高，减振效果 更好。
本实施例中，减振结构12的减振垫12.1由橡胶材质制成，减振垫12.1 设置多个减振孔，减振效果更好。
为了提高多普勒雷达的耐振动冲击，本实施例中，将雷达各分机的 印制板都置于金属主体框架7中，增强印制板的抗冲击性；保证雷达各 分机中的元器件焊接良好，并使用硅胶灌封固定；对雷达中的电缆和导 线进行捆扎，并分段点胶固定在雷达内。
为了提升多普勒雷达的标准化与互换性，本实施例中多普勒雷达的 小型化设计方法，采用标准化的零部件、元器件和工具，具有非常好的 通用化程度。不同多普勒雷达产品之间在实体上(几何形状、尺寸)、功能上能够彼此互相替换，多普勒雷达之间相同分机可以相互替换。
本实施例中，将各分机盒体通过减振结构12固定在主体框架7上， 将减振垫12.1设置为凸台结构，避免分机盒体与主体框架7直接碰撞， 显著衰减来自安装面的垂直方向和水平方向的振动伤害，使雷达更好的 适应工作环境，提高多普勒雷达电磁屏蔽能力、测量精度和可靠性。通 过减振试验，对信号处理分机印制板13进行了减振前应变测试和振动响 应测试、减振后的振动响应测试，通过试验对比，所用橡胶减振结构12 的减振效率超过60％，满足多普勒雷达的使用需求，振动条件在5g时， 最大应变小于150微米。具体的，信号处理分机减振前振动响应测试中，信号处理分机振动响应测试采用的振动条件为多普勒雷达例行试验中的 自主飞耐久振动试验条件和可靠性增长试验中的随机振动条件，从振动响应量级上看，雷达主体框架7上的响应量级约为1.4倍，信号处理板上 的响应量级约为3.5倍；信号处理分机减振后振动响应测试中，安装减振 结构12后，采用多普勒雷达例行试验中的自主飞耐久振动试验条件和可 靠性增长试验中的随机振动条件对整机进行振动试验，在相同的振动条 件下，信号处理分机安装减振结构12后信号处理分机印制板13上FPGA的振动响应减振效果明显，减少为原来的1/4。
与现有技术相比，本实施例提供的多普勒雷达的小型化设计方法，采 用模块化设计，将天线分机1、收发组件2、接收分机3、信号处理分机 4、接线分机5、电源分机6均设置为盒体结构，采用分机堆叠的方式将 各分机盒体堆叠设置于主体框架的内部空腔，使多普勒雷达的整体结构 更加紧凑，集成程度更高，便于各分机装配、测试、接线及维修。通过 将各分机盒体通过减振结构12固定在主体框架7上，避免分机盒体与主 体框架7直接碰撞，能够显著衰减来自安装面的振动伤害，使雷达更好 的适应工作环境，提高多普勒雷达电磁屏蔽能力、测量精度和可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围 并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多普勒雷达小型化的实现方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：根据限定的多普勒雷达的安装空间的尺寸，确定多普勒雷达的小型化设计目标外形和尺寸；
多普勒雷达的小型化设计目标的外形与飞行器安装表面共形；共形结构包括主体框架(7)，主体框架(7)设有容纳多普勒雷达主体的内部空腔，主体框架(7)的下端面的外形与飞行器安装表面共形；
所述共形结构包括主体框架(7)和上盖板(8)，主体框架(7)为两端开口的筒体结构，主体框架(7)的内部空腔用于容纳雷达主体；上盖板(8)可拆卸设置于筒体结构的上端，筒体结构的下端面周边具有凸沿(7.1)，凸沿(7.1)的表面与飞行器的安装面共形；
所述凸沿(7.1)上开有定位销孔(7.2)，主体框架(7)对应设有定位销孔(7.2)，定位销穿过定位销孔(7.2)将主体框架(7)与飞行器固定定位，定位销孔(7.2)位于多普勒雷达天线水平波束角位置的轴向中心线上；
所述主体框架(7)的顶端设有限位结构(7.5)，上盖板(8)的下端设有限位配合结构，限位结构(7.5)与限位配合结构配合将上盖板(8)固定在主体框架(7)的端部，限位结构(7.5)为设置于主体框架(7)上端面的第一缺口，第一缺口底面上设有第一凸起；所述限位配合结构为设置于上盖板(8)下表面的第二凸起，第二凸起与所述第一缺口相匹配，第二凸起的表面设有与所述第一凸起相匹配的第二缺口；
S2：根据多普勒雷达的小型化设计目标外形和尺寸，确定多普勒雷达的天线参数；
S3：根据多普勒雷达的天线参数对多普勒雷达各分机进行选型和尺寸设计；
多普勒雷达各分机包括天线分机(1)、收发组件(2)、接收分机(3)、信号处理分机(4)、接线分机(5)、电源分机(6)和滤波器(9)；
多普勒雷达各分机采用模块化设计，天线分机(1)、收发组件(2)、接收分机(3)、信号处理分机(4)、接线分机(5)、电源分机(6)和滤波器(9)均设计为盒体结构；
接线分机(5)为单块印制板，用于转接信号处理与收发组件的信号连接、信号处理与雷达控制台的信号连接；接线分机(5)由印制电路板、连接器、连接电缆组成；
S4：根据多普勒雷达的小型化设计目标外形和尺寸及多普勒雷达各分机的尺寸进行多普勒雷达各分机的空间布局；
将主体框架(7)的内部空腔设计为多层结构，各层结构根据分机盒体结构、数量划分多个分区；将雷达各分机分区放置和分区定位在主体框架(7)内，实现多普勒雷达各分机的空间布局；
通过在所述主体框架(7)的内侧壁设置一个或多个支撑结构(7.6)，将主体框架(7)的内部空腔分为多层；
所述支撑结构(7.6)为支架(10)；所述支架(10)为异型结构，具有分区功能，用于放置多普勒雷达各分机；
所述支架(10)包括数条横梁和数条纵梁，横梁与纵梁交叉连接形成多个用于安装雷达分机的安装空间，横梁包括主横梁(10.6)和辅横梁(10.8)，纵梁包括主纵梁(10.7)和辅纵梁(10.9)，两条主横梁(10.6)和两条主纵梁(10.7)连接成型一端开口的日字形结构，形成第一容纳空间(10.1)和第二容纳空间(10.2)；两条辅横梁(10.8)与两条辅纵梁(10.9)围成矩形的第三容纳空间(10.3)，其中一条主纵梁(10.7)的一部分构成其中的一条辅纵梁(10.9)，两条辅横梁(10.8)所在直线分别穿过第一容纳空间(10.1)和第二容纳空间(10.2)；
多普勒雷达各分机的空间布局采用分机堆叠结构，各分机堆叠设置于主体框架(7)的内部空腔；
所述主体框架(7)的内部空腔为3层结构，包括上层、中间层和下层；
3层空腔结构划分为多个分区，分区的形状、结构以及尺寸与布置的分机盒体结构相适配；
雷达分机的布局方式为：天线分机(1)靠近天线罩(11)，单独布置于下层；
滤波器(9)、电源分机(6)、收发组件(2)布置于天线分机(1)上面的中间层；
接收分机(3)、接线分机(5)和信号处理分机(4)布置于上层；
其中，上层分为两个区域，信号处理分机(4)单独布置在上层的一侧区域，接收分机(3)和接线分机(5)平行设置在上层的另一侧区域，信号处理分机(4)置于主体框架(7)内部空腔的最外侧；
中间层的电源分机(6)位于滤波器(9)和收发组件(2)之间，中间层的收发组件(2)位于接线分机(5)和信号处理分机(4)的下方，中间层的电源分机(6)位于上层的接收分机(3)的下方，接收分机(3)的下表面设有空腔结构，接线分机(5)位于接收分机(3)和中间层的电源分机(6)之间的接收分机(3)的空腔结构内，电源分机(6)、滤波器(9)和接线分机(5)靠近雷达对外接口；
布置于下层的收发组件(2)位于信号处理分机(4)的下方。
2.根据权利要求1所述的多普勒雷达小型化的实现方法，其特征在于：步骤S3中，多普勒雷达的天线参数包括天线面积，以多普勒效应为基础确对多普勒雷达各分机进行选型和尺寸设计。
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