CN113654537A - 雷达波束照射区域指示装置与指示方法 - Google Patents

雷达波束照射区域指示装置与指示方法 Download PDF

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赵琦雯
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Abstract

本发明涉及一种雷达波束照射区域指示装置与指示方法，所述指示装置包括底盘、雷达本体和多个激光发射装置，雷达本体安装在底盘的中部，激光发射装置安装在底盘上并围绕在雷达本体的周围，激光发射装置的激光出射方向相对雷达本体的雷达波束的中心法线向径向内、外侧倾斜或者与中心法线平行；所述指示方法是利用相应的指示装置上的激光发射装置所发出的可见光在待检测区域形成的激光斑点所围成的闭合区域指示相应的照射区域。本发明可用于在工作面现场确定采煤设备上雷达的安装方位以保证雷达波束或者雷达波束的核心能量照射在待检测区域。

Description

雷达波束照射区域指示装置与指示方法
技术领域
本发明涉及一种用于在雷达安装和工作过程中指示雷达发射电磁波波束的实际照射区域的检测装置。
背景技术
可见光和红外线的波长一般在400nm到1mm之间，在这个波长范围内的电磁波都是人眼可见的，而雷达发射出的电磁波的波长要大于1mm，这种波长的电磁波是人眼不可见的。
煤矿采煤工作面上需要采煤机、刮板运输机和液压支架三者互相协同工作来完成煤炭在采煤工作面的开采和运输。目前采煤机、刮板运输机和液压支架(以下统称工作面采煤设备)的生产厂家都会在这些设备上安装雷达，利用雷达所发射电磁波波束(以下简称雷达波束)的反射信号强度值去检测工作面生产期间采煤机截割滚筒和液压支架的护帮板或者液压支架前梁之间是否存在干涉，检测刮板运输机运输煤炭的实时煤流数据等，以防止这些工作面采煤设备在协同工作时因为相互干涉而导致安全生产事故的发生。
因为雷达波束是人眼不可见的，所以在工作面采煤设备上如何确定雷达安装位置以保证雷达波束(或者雷达波束的核心能量)能够照射在待检测区域成为一个难题。
目前解决上述难题的办法是这些工作面采煤设备在机械结构设计阶段就利用雷达所发射波束的宽度再结合雷达波束(或雷达波束的核心能量)所要求的照射区域的具体位置，通过计算机几何计算完成对该设备所安装雷达位置的确定。
但是由于设备机械结构尺寸实际加工误差和长时间工作后设备结构出现磨损所产生的机械结构尺寸的变化以及设备在使用现场要求更改雷达波束(或雷达波束的核心能量)的照射区域，都需要在实际安装过程中现场更改雷达的安装位置以保证雷达波束照射区域的准确性。此时又会由于雷达波束的不可见性，如何在现场更改或修正雷达的安装位置时保证雷达波束(或者雷达波束的核心能量)的照射区域的准确性仍然成为一个难题。
发明内容
本发明旨在提供一种雷达波束照射区域指示装置与指示方法，可用于在工作面现场确定采煤设备上雷达的安装方位以保证雷达波束或者雷达波束的核心能量照射在待检测区域。
本发明的主要技术方案有：
一种雷达波束照射区域指示装置，包括底盘、雷达本体和多个激光发射装置，雷达本体安装在底盘的中部，激光发射装置安装在底盘上并围绕在雷达本体的周围，激光发射装置的激光出射方向相对雷达本体的雷达波束的中心法线向径向外侧倾斜。
各个所述激光发射装置的激光出射方向与所述中心法线的夹角等于该激光出射方向与中心法线二者所在平面上雷达主体的辐射功率从最大值单调下降设定分贝数时对应的方向与中心法线间的夹角。
所述设定分贝数可以在3dB-10dB之间取值。
所述激光发射装置至少有四个，且这四个激光发射装置设置在雷达本体周围周向间隔90度的四个位置上。
间隔90度的所述四个位置位于雷达波束的相互垂直的两个对称平面上。
间隔90度的所述四个位置中相对的两个位于水平面上，相对的另外两个位于竖直平面上。
一种雷达波束照射区域指示装置，包括底盘、雷达本体和多个激光发射装置，雷达本体安装在底盘的中部，激光发射装置安装在底盘上并围绕在雷达本体的周围，激光发射装置的激光出射方向平行于雷达本体的雷达波束的中心法线方向，或者相对雷达本体的雷达波束的中心法线向径向内侧倾斜且与中心法线的夹角不大于arctan(OA/OB)，其中A为激光发射装置安装点的位置，O为中心法线与底盘上雷达本体安装面的交点，B为中心法线与待检测物表面的交点，OA为点O到A的距离，OB为点O到B的距离。
所述激光发射装置至少有四个，且这四个激光发射装置设置在雷达本体周围周向间隔90度的四个位置上。
间隔90度的所述四个位置位于雷达波束的相互垂直的两个对称平面上。
一种雷达波束照射区域指示方法，采用所述雷达波束照射区域指示装置，使所述激光发射装置工作，激光发射装置在待检测区域形成的激光斑点所围成的区域即为雷达波束照射区域。
本发明的有益效果是：
本发明通过在多个特定位置设置与雷达本体的中心法线形成特定角度的激光发射装置，利用可见光在待检测区域形成的激光斑点围成的闭合区域指示雷达波束的照射区域，可用于在工作面现场确定采煤设备上雷达的安装方位以保证雷达波束或者雷达波束的核心能量照射在待检测区域，即使在实际安装过程中现场更改雷达的安装位置，利用本发明的指示装置也能确定更改后的雷达波束的照射区域，并保证雷达波束照射区域更改的准确性。
附图说明
图1是雷达水平波束宽度的定义示意图；
图2是雷达垂直波束宽度的定义示意图；
图3是所述雷达波束照射区域指示装置的一个实施例的结构示意图；
图4是所述雷达波束照射区域指示装置工作时在待检测区域形成的照射区域示意图；
图5是所述雷达波束照射区域指示装置的另一个实施例工作时在待检测区域形成的照射区域示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种雷达波束照射区域指示装置(可简称为指示装置)，如图1-4所示，包括底盘36、雷达本体31和多个激光发射装置，所述底盘用于固定雷达本体和激光发射装置。雷达本体安装在底盘的中部，激光发射装置安装在底盘上并围绕在雷达本体的周围，激光发射装置的激光出射方向相对雷达本体的雷达波束的中心法线37向径向外侧倾斜。利用激光发射装置在待检测区域(位于待检测物表面上)形成的激光斑点围成的闭合区域指示雷达波束的照射区域。
进一步地，各个所述激光发射装置的激光出射方向与所述中心法线的夹角优选等于该激光出射方向与中心法线二者所在平面上雷达主体的辐射功率从最大值单调下降设定分贝数时对应的方向与中心法线间的夹角。不同的激光发射装置与中心法线的夹角可以相同也可以不同，与雷达波束经过中心法线的不同方向上的截面形状有关。分贝数越小，激光斑点围成的闭合区域越小，所指示的雷达波束的照射区域内雷达波束的能量越集中。
所述设定分贝数可以在3dB-10dB之间取值，例如3dB、5dB或10dB等，图1、2所示实施例中的设定分贝数均为3dB。
作为一种优选的情况，所述激光发射装置至少有四个，且这四个激光发射装置优选设置在雷达本体周围周向间隔90度的四个位置上。进一步地，如图3所示，间隔90度的四个位置中相对的两个激光发射装置32、33所在平面为水平面，相对的另外两个激光发射装置34、35所在平面为竖直面。水平面和竖直面的参考基准都是地面。如果有更多的激光发射装置，其数量和具体设置位置可以不做进一步限定。
在上述水平面上，在雷达主体的最大辐射功率方向的两侧，辐射功率下降3dB时对应的两个方向的夹角为α。在上述竖直面上，在雷达主体的最大辐射功率方向的两侧，辐射功率下降3dB时对应的两个方向的夹角为β。设定分贝数越大，夹角α、β越大。相应地，激光发射装置32和33在水平面与中心法线所成的角度等于α/2，激光发射装置34和35在竖直面与中心法线所成的角度等于β/2。
使用所述雷达波束照射区域指示装置指示雷达波束照射区域的方法是使所述激光发射装置工作，发出若干束激光，激光发射装置在待检测区域一对一形成若干个激光斑点，这些激光斑点所围成的闭合区域即为雷达波束照射区域。图4中，四个激光发射装置发射的激光束41在待检测区域形成4个激光斑点43，这4个激光斑点围成一个闭合区域44。辐射频率自最大值单调下降到不超过设定分贝数的那部分雷达波束是雷达波束的主要部分，用42表示。雷达波束42在待检测区域形成的照射区域45被激光斑点所围成的区域44所包围，因此利用人眼可见的所有激光斑点所大致勾勒出的区域44能够指示出雷达波束在待检测区域将会形成的照射区域所在位置。
本发明还公开了另一种雷达波束照射区域指示装置，同样包括底盘、雷达本体和多个激光发射装置，雷达本体安装在底盘的中部，激光发射装置安装在底盘上并围绕在雷达本体的周围，与前一种雷达波束照射区域指示装置不同的是激光发射装置的激光出射方向平行于雷达本体的雷达波束的中心法线方向，或者相对雷达本体的雷达波束的中心法线向径向内侧倾斜且与中心法线的夹角不大于arctan(OA/OB)，其中A为激光发射装置安装点的位置，O为中心法线与底盘上雷达本体安装面的交点，B为中心法线与待检测物表面的交点，OA为点O到A的距离，OB为点O到B的距离。
同样，所述激光发射装置至少有四个，且这四个激光发射装置优选设置在雷达本体周围周向间隔90度的四个位置上。
间隔90度的所述四个位置优选位于雷达波束的相互垂直的两个对称平面上。
上述两种指示装置上所述激光发射装置在雷达本体的周围都可以等间隔布置，以简化所述指示装置的结构。
采用后一种雷达波束照射区域指示装置实施的雷达波束照射区域指示方法相同，都是使所述激光发射装置工作，激光发射装置在待检测区域形成的激光斑点所围成的区域(也可能多个激光斑点重合)即为雷达波束照射区域。图5所示是激光出射方向平行于中心法线方向的情况，61为安装在底盘上的四个激光发射装置，其在待检测区域形成的激光斑点63所勾勒出的闭合区域(形状不限于是圆形)位于雷达波束62在待检测区域的照射范围64的内部，因此利用人眼可见的所有激光斑点63所勾勒出的闭合区域指示出了雷达波束核心能量所照射的区域。
本发明利用可见光指示出了雷达波束的辐射方向，借此可以检验雷达安装位置(含方向)是否合理、准确，且可见光所圈定的大致范围同时也标示出了雷达波束的中心方向和核心能量照射区域。

Claims (9)

1.一种雷达波束照射区域指示装置，其特征在于：包括底盘、雷达本体和多个激光发射装置，雷达本体安装在底盘的中部，激光发射装置安装在底盘上并围绕在雷达本体的周围，激光发射装置的激光出射方向相对雷达本体的雷达波束的中心法线向径向外侧倾斜。
2.如权利要求1所述的雷达波束照射区域指示装置，其特征在于：各个所述激光发射装置的激光出射方向与所述中心法线的夹角等于该激光出射方向与中心法线二者所在平面上雷达主体的辐射功率从最大值单调下降设定分贝数时对应的方向与中心法线间的夹角。
3.如权利要求2所述的雷达波束照射区域指示装置，其特征在于：所述设定分贝数在3dB-10dB之间取值。
4.如权利要求1、2或3所述的雷达波束照射区域指示装置，其特征在于：所述激光发射装置至少有四个，且这四个激光发射装置设置在雷达本体周围周向间隔90度的四个位置上。
5.如权利要求4所述的雷达波束照射区域指示装置，其特征在于：间隔90度的所述四个位置中相对的两个位于水平面上，相对的另外两个位于竖直平面上。
6.一种雷达波束照射区域指示装置，其特征在于：包括底盘、雷达本体和多个激光发射装置，雷达本体安装在底盘的中部，激光发射装置安装在底盘上并围绕在雷达本体的周围，激光发射装置的激光出射方向平行于雷达本体的雷达波束的中心法线方向，或者相对雷达本体的雷达波束的中心法线向径向内侧倾斜且与中心法线的夹角不大于arctan(OA/OB)，其中A为激光发射装置安装点的位置，O为中心法线与底盘上雷达本体安装面的交点，B为中心法线与待检测物表面的交点，OA为点O到A的距离，OB为点O到B的距离。
7.如权利要求6所述的雷达波束照射区域指示装置，其特征在于：所述激光发射装置至少有四个，且这四个激光发射装置设置在雷达本体周围周向间隔90度的四个位置上。
8.如权利要求7所述的雷达波束照射区域指示装置，其特征在于：间隔90度的所述四个位置位于雷达波束的相互垂直的两个对称平面上。
9.一种雷达波束照射区域指示方法，其特征在于：采用权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的雷达波束照射区域指示装置，使所述激光发射装置工作，激光发射装置在待检测区域形成的激光斑点所围成的区域即指示了雷达波束照射区域。
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