CN113296096B - 一种多用途雷达天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用途雷达天线系统，包括多个天线单元，部分天线单元为发射复用天线单元，用于在不同状态的雷达天线系统中作为发射天线单元；部分天线单元为收发复用天线单元，用于在不同状态的雷达天线系统中作为发射天线单元或接收天线单元；在雷达天线系统处于展开状态时，多个天线单元构成单个发射阵元或单个接收阵元，多个发射阵元和多个接收阵元构成面阵结构的收发天线阵元以进行远距离高分辨侦察；在雷达天线系统处于收拢状态时，一个天线单元构成单个发射阵元或单个接收阵元，多个发射阵元和多个接收阵元构成收发天线阵元以进行近距离高精度成像侦察。本发明具有结构简单、操作简便、架构可调整以适用于远近距离侦察等优点。

Description

一种多用途雷达天线系统

技术领域

本发明主要涉及雷达技术领域，具体涉及一种多用途雷达天线系统。

背景技术

雷达一般由发射机、接收机、数据采集与信号处理平台、发射天线阵列、接收天线阵列等模块组成。根据雷达承担任务的不同，数据采集与信号处理平台、发射天线阵列、接收天线阵列模块一般不相同。以穿墙雷达为例，远距离穿墙雷达一般采用线阵结构，方位向口径较大，以实现较高的测角精度、分辨率等指标，收发天线单元一般为高增益、窄波束（多通过小阵面实现），以控制角度覆盖范围、最大化探测距离等，数据采集与信号处理平台适应相应的发射、接收通道。而近距离成像穿墙雷达一般采用面阵结构，方位向、俯仰向口径满足一定范围，以实现在方位、俯仰向的测角精度、分辨率等指标，收发天线单元一般为宽波束，以增大角度覆盖范围等，收发通道相对较多，以实现较高的成像精度与分辨力。

在雷达进行设计时，就是针对不同的需求开展的，比如针对上述远距离侦察雷达，按照线阵结构设计，天线阵列强调方位向大口径、高分辨率，天线阵元关注高增益、窄波束；针对近距离侦察雷达，强调微波成像的精度，天线阵列强调方位、俯仰的口径大，天线阵元关注宽波束，收发通道数量尽量多等等。

由于不同用途的侦察雷达关注的性能指标不同，采用的结构及架构不同，雷达的整体形态势必差异化较大，不可能用同一套硬件/软件实现，导致其用途单一、不可复用。具体地，远距离侦察雷达，具备测距、测速、定位等功能，其阵列拓扑结构多为线性阵列，一般采用高增益窄波束天线阵列组成发射、接收通道，阵元数目多、体积重量偏大。近距离侦察雷达，一般具备成像、测距、测速、定位等功能，其阵列拓扑结构一般为面阵，为获得较好的成像效果，一般发射及接收通道数目较多，体积重量大。上述两种雷达由于用途不同，从而导致两种雷达的阵列拓扑、构型、结构等不能复用，需要分别用不同的雷达型号实现，给侦察任务的执行带来一定的运输、保存、操作等工作量，同时在人员配备上也需要更多的保障。

上述穿墙雷达是利用电磁波穿透能力对墙后或封闭环境中的隐藏目标进行成像的电子设备。一般采用较低的频率、宽频带电磁波，具有较好的非金属建筑材料穿透性能，通过对接收天线收到的回波信号进行分析，提取其中的目标、建筑结构等信息，实现对障碍物后方、封闭区域内部目标的定位、成像与结构重建等功能。在反恐斗争中，可以实时地了解敌方、恐怖分子的分布情况以及人员的精确定位，可以有效的提高营救人质的几率；在城市巷战中，利用超宽带穿墙雷达可以侦查到躲避在巷道内的敌军，同时能够救援掩埋在倒塌砖瓦中被困人员，增强了对战场环境的预测和侦查能力，提高了作战获胜的把握。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、操作简便、架构可调整以适用于远近距离侦察的多用途雷达天线系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种多用途雷达天线系统，雷达天线系统在展开状态与收拢状态之间切换，包括多个天线单元，其中部分天线单元为发射复用天线单元，用于在不同状态的雷达天线系统中作为发射天线单元；其中部分天线单元为收发复用天线单元，用于在不同状态的雷达天线系统中作为发射天线单元或接收天线单元；

在雷达天线系统处于展开状态时，多个天线单元构成单个发射阵元，多个天线单元构成单个接收阵元，多个发射阵元和多个接收阵元构成面阵结构的收发天线阵元以进行远距离高分辨侦察；

在雷达天线系统处于收拢状态时，一个天线单元构成单个发射阵元，一个天线单元构成单个接收阵元，多个发射阵元和多个接收阵元构成收发天线阵元以进行近距离高精度成像侦察。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述发射复用天线单元包括天线单元和微波开关，所述微波开关用于实现天线单元在不同状态雷达天线系统中作为发射天线单元的切换。

所述收发复用天线单元包括天线单元和环形器，所述环形器用于实现天线单元在不同状态雷达天线系统中作为发射天线单元或接收天线单元的切换。

所述天线单元的数量为36个，分别为A1～A36； 在雷达天线系统处于展开状态时，36个天线单元依次呈三排十二列排布且为2T4R架构；其中天线单元A1、A2、A13、A14构成发射阵元1#，天线单元A11、A12、A23、A24构成发射阵元2#，天线单元A15、A16、A27、A28构成接收阵元1#，天线单元A17、A18、A29、A30构成接收阵元2#，天线单元A19、A20、A31、A32构成接收阵元3#，天线单元A21、A22、A33、A34构成接收阵元4#。

在雷达天线系统处于收拢状态时，36个天线单元呈六排六列排布且为8T8R架构；其中左右两列各四个天线单元作为发射阵元或接收阵元；上下两行各四个天线单元作为接收阵元或发射阵元。

在雷达天线系统处于收拢状态时，上行的天线单元从左至右依次排布为：A6、A18、A30、A31、A19、A7；下行的天线单元从左至右依次排布为：A1、A13、A25、A36、A24、A12；左列的天线单元从上至下依次排布为A6、A5、A4、A3、A2、A1；右列的天线单元从上至下依次排布为A7、A8、A9、A10、A11、A12；其中A18、A30、A31、A19、A13、A25、A36、A24作为发射阵元或接收阵元；A5、A4、A3、A2、A8、A9、A10、A11作为接收阵元或发射阵元。

其中A2和A11为发射复用天线单元；A13为收发复用天线单元。

在雷达天线系统处于展开状态时，单个发射阵元中的多个天线单元通过对应的功分器与雷达发射机相连；单个接收阵元中的多个天线单元通过对应的合路器与雷达接收机相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明针对远/近距离侦察不同侧重点的需求和相应的雷达架构特点，通过调整雷达天线的布置结构，实现远距离、近距离侦察的快速切换工作；当远距离侦察时，雷达天线可展开为方位向大口径架构，以提升远距离的方位向分辨能力，且此时收发天线阵元均为面阵，通过小面阵提高增益、压窄波束、提升探测距离，同时窄波束使得电磁能量更集中、有效降低地面反射、周围环境散射等不良影响；当近距离成像精细侦察时，雷达天线收拢为俯仰向具备较大口径的架构，以提升近距离的俯仰向精细成像能力，此时收发天线阵元为天线单元，具备较宽波束，可覆盖较大的角度范围，收发通道数量大大增加，获取更多的信道数据、有助于精细成像；上述雷达天线系统结构简单且易于实现。

附图说明

图1为本发明的雷达天线系统在实施例的展开示意图。

图2为本发明的雷达天线系统在实施例的收拢示意图。

图3为本发明的雷达天线系统在具体应用时的实施例图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的多用途雷达天线系统，其中雷达天线系统在展开状态与收拢状态之间切换（展开状态与收拢状态之间切换属于常规状态的切换，如在展开状态时，对折则形成收拢状态，），具体结构包括多个天线单元，其中部分天线单元为发射复用天线单元，用于在不同状态的雷达天线系统中作为发射天线单元；其中部分天线单元为收发复用天线单元，用于在不同状态的雷达天线系统中作为发射天线单元或接收天线单元；

在雷达天线系统处于展开状态时，多个天线单元构成单个发射阵元，多个天线单元构成单个接收阵元，多个发射阵元和多个接收阵元构成面阵结构的收发天线阵元以进行远距离高分辨侦察；

在雷达天线系统处于收拢状态时，一个天线单元构成单个发射阵元，一个天线单元构成单个接收阵元，多个发射阵元和多个接收阵元构成收发天线阵元以进行近距离高精度成像侦察。

本发明针对远/近距离侦察不同侧重点的需求和相应的雷达架构特点，通过调整雷达天线的布置结构，实现远距离、近距离侦察的快速切换工作；当远距离侦察时，雷达天线可展开为方位向大口径架构，以提升远距离的方位向分辨能力，且此时收发天线阵元均为面阵，通过小面阵提高增益、压窄波束、提升探测距离，同时窄波束使得电磁能量更集中、有效降低地面反射、周围环境散射等不良影响；当近距离成像精细侦察时，雷达天线收拢为俯仰向具备较大口径的架构，以提升近距离的俯仰向精细成像能力，此时收发天线阵元为天线单元，具备较宽波束，可覆盖较大的角度范围，收发通道数量大大增加，获取更多的信道数据、有助于精细成像；上述雷达天线系统结构简单且易于实现。

如图3所示，在一具体实施例中，发射复用天线单元包括天线单元和微波开关SW，微波开关用于实现天线单元在不同状态雷达天线系统中作为发射天线单元的切换。收发复用天线单元包括天线单元和环形器C，环形器用于实现天线单元在不同状态雷达天线系统中作为发射天线单元或接收天线单元的切换。

在一具体实施例中，天线单元的数量为36个，分别为A1～A36; 在雷达天线系统处于展开状态时，36个天线单元依次呈三排十二列排布且为2T4R架构，如图1所示；其中天线单元A1、A2、A13、A14构成发射阵元1#，天线单元A11、A12、A23、A24构成发射阵元2#，天线单元A15、A16、A27、A28构成接收阵元1#，天线单元A17、A18、A29、A30构成接收阵元2#，天线单元A19、A20、A31、A32构成接收阵元3#，天线单元A21、A22、A33、A34构成接收阵元4#；

在雷达天线系统处于收拢状态时，36个天线单元呈六排六列排布且为8T8R架构，如图2所示；其中左右两列各四个天线单元作为发射阵元或接收阵元；上下两行各四个天线单元作为接收阵元或发射阵元；具体地，上行的天线单元从左至右依次排布为：A6、A18、A30、A31、A19、A7；下行的天线单元从左至右依次排布为：A1、A13、A25、A36、A24、A12；左列的天线单元从上至下依次排布为A6、A5、A4、A3、A2、A1；右列的天线单元从上至下依次排布为A7、A8、A9、A10、A11、A12；其中A18、A30、A31、A19、A13、A25、A36、A24作为发射阵元或接收阵元；A5、A4、A3、A2、A8、A9、A10、A11作为接收阵元或发射阵元。

下面结合一具体实施例对上述发明做进一步详细说明：

以穿透式侦察雷达为例，针对远/近距离侦察不同侧重点的需求，提出架构可调整的多用途雷达天线系统，通过调整结构和硬件/软件配置，实现远距离、近距离侦察的快速切换工作。

当远距离侦察时，雷达天线可展开为方位向大口径架构，以提升远距离的方位向分辨能力，且此时收发天线阵元分别为面阵，通过小面阵提高增益、压窄波束、提升探测距离，同时窄波束使得电磁能量更集中、有效降低地面反射、周围环境散射等不良影响；当近距离成像精细侦察时，雷达天线收拢为俯仰向具备较大口径的架构，以提升近距离的俯仰向精细成像能力，此时收发天线阵元为天线单元，具备较宽波束，可覆盖较大的角度范围，收发通道数量大大增加，获取更多的信道数据、有助于精细成像，具体实现方法如下：

如图1所示，当雷达天线系统展开时，雷达处于远距离高分辨侦察状态，此时雷达为2T4R架构，收发天线阵元为2×2的面阵结构，天线单元A1、A2、A13、A14构成发射阵元1#，天线单元A11、A12、A23、A24构成发射阵元2#，天线单元A15、A16、A27、A28构成接收阵元1#，天线单元A17、A18、A29、A30构成接收阵元2#，天线单元A19、A20、A31、A32构成接收阵元3#，天线单元A21、A22、A33、A34构成接收阵元4#，组阵后的收发阵元具备高增益、窄波束、低副瓣等特性，使得雷达可以探测更远距离，同时降低地面反射、周围环境散射等影响；

如图2所示，当雷达天线系统收拢时，雷达处于近距离高精度成像侦察状态，此时雷达为8T8R架构，收发天线阵元为天线单元，天线单元A5、A4、A3、A2构成左侧4元发射/接收阵列，天线单元A8、A9、A10、A11构成右侧4元发射/接收阵列，天线单元A18、A30、A31、A19构成上侧4元接收/发射阵列，天线单元A13、A25、A36、A24构成下侧4元接收/发射阵列，合计8元发射阵列、8元接收阵列；此时的雷达系统在俯仰向具有较好的分辨能力，可以实现三维高精度成像。

如图3所示，当雷达天线系统展开及收拢时，天线阵列组成及架构变化以适应远距离、近距离侦察需求，同时，需要收发链路配合，实现电磁波的发射、接收、采集等功能；

如图1和图3所示，当雷达天线系统展开时，雷达发射机产生的电磁信号经微波开关，切换到左侧两路（如图3所示），分别上行到达TX-功分器1#、TX-功分器2#，两个功分器分别对应发射4个天线单元；对于发射复用的天线单元A2、A11，采用微波开关进行切换；对于收发复用的天线单元A13，采用环形器切换；同时，考虑到发射信号的均衡性，天线单元A1、A12分别配置微波开关（也可不配置）；天线单元A15、A16、A27、A28构成的接收阵元1#经RX-合路器1#到达多通道接收机，经模数转换后，到达数据采集与信号处理模块；同理，其他三路接收信号也到达数据采集与信号处理模块，在其上运行信号处理算法，完成雷达的检测识别成像等功能；

如图2和图3所示，当雷达天线系统收拢时，雷达发射机产生的电磁信号经微波开关，切换到右侧8路（如图3所示），分别上行到达8个发射天线阵元；对于发射复用的天线单元A2、A11，采用微波开关进行切换；天线单元A13、A18、A19、A36、A24、A25、A30、A31构成接收阵元，其接收通道信号到达多通道接收机，经模数转换后，到达数据采集与信号处理模块；对于收发复用的天线单元A13、A24，采用环形器切换；接收复用的A18与A19、A30与A31分别用微波开关进行切换。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多用途雷达天线系统，雷达天线系统在展开状态与收拢状态之间切换，其特征在于，包括多个天线单元，其中部分天线单元为发射复用天线单元，用于在不同状态的雷达天线系统中作为发射天线单元；其中部分天线单元为收发复用天线单元，用于在不同状态的雷达天线系统中作为发射天线单元或接收天线单元；

在雷达天线系统处于展开状态时，多个天线单元构成单个发射阵元，多个天线单元构成单个接收阵元，多个发射阵元和多个接收阵元构成面阵结构的收发天线阵元以进行远距离高分辨侦察；

在雷达天线系统处于收拢状态时，一个天线单元构成单个发射阵元，一个天线单元构成单个接收阵元，多个发射阵元和多个接收阵元构成收发天线阵元以进行近距离高精度成像侦察；

所述天线单元的数量为36个，分别为A1～A36; 在雷达天线系统处于展开状态时，36个天线单元依次呈三排十二列排布且为2T4R架构；其中天线单元A1、A2、A13、A14构成发射阵元1#，天线单元A11、A12、A23、A24构成发射阵元2#，天线单元A15、A16、A27、A28构成接收阵元1#，天线单元A17、A18、A29、A30构成接收阵元2#，天线单元A19、A20、A31、A32构成接收阵元3#，天线单元A21、A22、A33、A34构成接收阵元4#；

在雷达天线系统处于收拢状态时，36个天线单元呈六排六列排布且为8T8R架构；其中左右两列各四个天线单元作为发射阵元或接收阵元；上下两行各四个天线单元作为接收阵元或发射阵元。

2.根据权利要求1所述的多用途雷达天线系统，其特征在于，所述发射复用天线单元包括天线单元和微波开关，所述微波开关用于实现天线单元在不同状态雷达天线系统中作为发射天线单元的切换。

3.根据权利要求1所述的多用途雷达天线系统，其特征在于，所述收发复用天线单元包括天线单元和环形器，所述环形器用于实现天线单元在不同状态雷达天线系统中作为发射天线单元或接收天线单元的切换。

4.根据权利要求1所述的多用途雷达天线系统，其特征在于，在雷达天线系统处于收拢状态时，上行的天线单元从左至右依次排布为：A6、A18、A30、A31、A19、A7；下行的天线单元从左至右依次排布为：A1、A13、A25、A36、A24、A12；左列的天线单元从上至下依次排布为A6、A5、A4、A3、A2、A1；右列的天线单元从上至下依次排布为A7、A8、A9、A10、A11、A12；其中A18、A30、A31、A19、A13、A25、A36、A24作为发射阵元或接收阵元；A5、A4、A3、A2、A8、A9、A10、A11作为接收阵元或发射阵元。

5.根据权利要求4所述的多用途雷达天线系统，其特征在于，其中A2和A11为发射复用天线单元；A13为收发复用天线单元。

6.根据权利要求1或2或3所述的多用途雷达天线系统，其特征在于，在雷达天线系统处于展开状态时，单个发射阵元中的多个天线单元通过对应的功分器与雷达发射机相连；单个接收阵元中的多个天线单元通过对应的合路器与雷达接收机相连。

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