CN114200435A - 一种全空域探测雷达系统及其探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全空域探测雷达系统,包括雷达多面阵一体化天线、伺服转台、主控与信号处理设备、电源管理设备、显控设备、定位定向设备和无线通信设备；雷达多面阵一体化天线安装在伺服转台上，伺服转台可带动一体化天线完成方位旋转、起竖和收藏；雷达多面阵一体化天线采用至少两个阵面，各阵面与法线成不同夹角，所述法线垂直于水平面；本发明雷达采用多面阵不同角度一体化设计，降低了设备的体积和重量，不同角度的面阵能覆盖更大的范围，同时保证面阵覆盖角度之间的连贯性；采用多波束数字展宽发射和接收技术，实现空域全覆盖，提高了数据传输的效率；各设备通过单车集成，集成度高，机动性强，布置灵活，工作效率高。

Description

一种全空域探测雷达系统及其探测方法
技术领域
本发明属于雷达探测技术领域，具体涉及一种全空域探测雷达系统及其探测方法。
背景技术
随着大、中、小低空无人机等目标突袭带来的威胁，如何进行全覆盖探测，为防空系统提供高精度、高实时性的目指信息变得至关重要。由于这些多样化的目标在飞行高度、飞行速度、雷达截面积等方面均存在较大差异，要同时探测这些目标，需要雷达有瞬时空域全覆盖能力；同时，对高机动能力目标，为了给防空系统提供准确、快速的目标指示信息，需要雷达系统具备目标的快速截获、高精度测量定位和高数据率。
目前用于目标指示的搜索雷达已由两坐标向三坐标发展，三坐标雷达的搜索空域范围也从原来的45°左右扩大至60°以上，对低空大、中、小目标和超低空目标的探测技术也有很大的进步，仰角上采用多波束扫描方式。但现有目标指示雷达在俯仰空域和数据率上受到限制，在工作使用中往往靠布置多台雷达进行全空域覆盖，通过交班保证对目标的实时跟踪和高数据率。多个雷达系统导致整个系统复杂、交班频繁、数据交互延时大、布置转移机动性差、成本高。
针对现有目标指示雷达系统对近距离、大中小目标探测覆盖空域不足、数据率低、体积大、重量大等缺点，需要提出一种新的雷达系统，以满足区域防空系统对目标探测的全覆盖、高数据率、低延时的需求。
发明内容
本发明提出了一种全空域探测雷达系统和方法，可以涵盖低、中、高无人机等目标，实现全空域覆盖，采用多面阵天线一体化设计、俯仰维数字波束发射和接收技术方案，满足了区域防空系统对目标探测的全覆盖、高数据率、低延时的需求。
本发明的技术方案为：
一种全空域探测雷达系统，包括雷达多面阵一体化天线、伺服转台、主控与信号处理设备、电源管理设备、显控设备、定位定向设备和无线通信设备；
所述雷达多面阵一体化天线安装在伺服转台上，伺服转台可带动一体化天线完成方位旋转、起竖和收藏；所述雷达多面阵一体化天线采用至少两个阵面，各阵面与法线成不同夹角，所述法线垂直于水平面。
所述伺服转台的控制组合与主控与信号处理设备之间通过同步串口实现通讯。
所述主控与信号处理设备包含波束合成模块、信号处理模块、数据处理模块；波束合成模块用于波束合成；信号处理模块用于目标检测、信息提取和数据录取；数据处理模块用于实现目标航迹数据处理、接收显控设备指令、对雷达进行控制并将结果发送给显控设备；
所述显控设备与主控与信号处理设备通过以太网和光纤进行通讯；主控与信号处理设备与雷达多面阵一体化天线通过光纤和串口通讯，进行控制；
所述定位定向设备用于寻北、授时以及基准标定，实现方位、姿态的测量和定位，定向设备通过串口与主控与信号处理设备进行通信。
所述无线通信设备用于与外界系统组网通信，实现两者之间信息交互；
所述无线通信设备和主控与信号处理设备都通过串口与显控设备连接，通过显控设备的操作界面实现对外通信和对雷达的控制。
所述电源管理设备为不同设备提供所需用电。
所述伺服转台安装在方舱顶部；所述显控设备安装在机动平台的驾驶室；所述无线通信设备安装在机动平台驾驶室顶部；
所述集成方舱内集成了主控与信号处理设备、定位定向设备、电源管理设备；
所述主控与信号处理设备与显控设备通过以太网或光纤进行通信；
所述机动平台是用于承载和运输上述设备的车辆。
进一步地，所述多面阵一体化天线，不同阵面分别发射不同形状的展宽波束，接收时用多个俯仰维波束分别覆盖低空空域、中空空域和高空空域，同时覆盖到了全部责任空域。
进一步地，所述探测雷达系统还包括集成方舱和机动平台；
所述伺服转台安装在方舱顶部；所述显控设备安装在机动平台的驾驶室；所述无线通信设备安装在机动平台驾驶室顶部；
所述集成方舱内集成了主控与信号处理设备、定位定向设备、电源管理设备；
所述机动平台是用于承载和运输上述设备的车辆。
进一步地，所述伺服转台包含方位旋转机构、起竖机构及控制系统，控制系统与主控与信号处理设备通过串口进行连接通讯。
进一步地，所述机动平台的底盘带有取力发电系统，所述电源管理设备将取力发电系统提供的电源进行转换，为不同设备提供所需用电，并具备外界市电接口。
进一步地，所述无线通信设备为无线宽带，所述集成方舱上部安装有无线通信宽带天线，为保证车辆行驶时天线高度不超过隧道高度要求，优选使无线通信宽带天线非工作时可倒伏。
进一步地，所述全空域协同探测雷达系统还包括冷却设备，所述冷却设备用于设备方舱环控和各设备冷却。
进一步地，所述雷达多面阵一体化天线采用裂缝波导管。
本发明还提供上述的全空域协同探测雷达系统的探测方法，包括如下步骤：
S1、雷达天线在伺服系统的控制下以设定的转速做360度旋转，每个天线阵面根据工作模式负责不同的俯仰搜索角度范围，搜索目标；
S2、雷达接收回波信号，每个阵面的回波信号经裂缝波导分别进入，经处理转变成数字IQ信号，通过光纤送给主控，利用数字波束形成技术形成多个同时接收波束，覆盖相应的发射波束宽度；
S3、雷达多面阵一体化天线包括发射光端机和接收光端机，发射光端机将通过光纤传送过来的数字回波信号进行波分复用处理后通过光汇流环传送至接收光端机，接收光端机进行解波分复用，将解出的回波信号传送给主控与信号处理设备，波束合成模块根据主控与信号处理设备的收波束指向控制字进行波束合成，形成所需的接收波束，信号处理模块再对各接收波束进行数字脉冲压缩、处理、提取出目标点迹信息传输到数据处理部分；
S4、数据处理模块完成对接收到的信号处理点迹数据进行预处理，对目标点迹进行航迹起始、点航关联等处理，完成对目标的跟踪和滤波，并将形成的航迹信息传输到显控设备显示。
进一步地，所述雷达发射时，主控计算机发控制字，产生发射激励信号和同步信号，每个阵面的发射激励信号经功率放大，通过裂缝波导进行同时馈电，向空间辐射信号，同时，利用相位加权技术实现俯仰多种发射波束。
相比于现有技术，本发明雷达采用多面阵不同角度一体化设计，降低了设备的体积和重量，不同角度的面阵能覆盖更大的范围，同时保证面阵覆盖角度之间的连贯性；
本发明采用多波束数字展宽发射和接收技术，实现空域全覆盖，且省去了多雷达之间信息交互，提高了数据传输的效率；
本发明各设备通过单车集成，集成度高，机动性强，布置灵活，工作效率高。
附图说明
图1为本发明探测雷达系统正视图；
图2为本发明探测雷达系统附视图；
图3为本发明雷达多面阵一体化天线结构示意图；
图4为本发明探测雷达系统的防卫作战实施流程图。
符号说明：1-无线通信设备，2-定位定向设备，3-雷达多面阵一体化天线，31-天线第一阵面，32-天线第二阵面，33-法线，4-集成方舱，5-机动平台驾驶室，51-通信显控设备，52-雷达操作显控设备，6-机动平台。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明技术方案。
如图1-2所示，一种全空域探测雷达系统，包括雷达多面阵一体化天线、伺服转台、主控与信号处理设备、电源管理设备、显控设备、定位定向设备、冷却设备、无线通信设备、集成方舱和机动平台；
雷达多面阵一体化天线安装在伺服转台上；雷达多面阵一体化天线采用两个或以上阵面，各阵面与法线(法线垂直于水平面)成不同夹角，夹角的具体角度按照俯仰空域角度确定，其不同阵面分别发射不同形状的展宽波束，接收时用多个俯仰维波束分别覆盖低空空域、中空空域和高空空域，同时覆盖全部责任空域；其结构如图3所示。
伺服转台安装在方舱顶部，伺服转台包含有方位旋转机构、起竖机构及控制系统，可带动一体化天线完成方位旋转、起竖、收藏等功能；
显控设备安装在机动平台的驾驶室，为降低整车重量和车长，机动平台驾驶室根据显控设备的安装需要进行适应性改进设计；显控设备可以看做操控终端计算机，显控设备可通过以太网或光纤与主控与信号处理设备进行通信，实现对主控与信号处理设备的控制；
无线通信设备安装在机动平台驾驶室顶部，用于与外界系统组网通信，实现两者之间信息交互；为实现通信的低延时和高传输容量，所述无线通信设备为无线宽带，设备方舱上部安装有无线通信宽带天线，无线通信宽带天线非工作时可倒伏。
集成方舱内集成了主控与信号处理设备、定位定向设备、电源管理设备，冷却设备，冷却设备用于实现设备方舱环控和各设备冷却；
所述主控与信号处理设备包含波束合成模块、信号处理模块、数据处理模块；波束合成模块用于波束合成；信号处理模块用于目标检测、信息提取和数据录取；数据处理模块用于实现目标航迹数据处理、接收显控设备指令、对雷达进行控制并将结果发送给显控设备；
电源管理设备安装在集成方舱内部，用于提供电源，具备对用电设备进行保护、独立加断电的功能，电源管理设备还可将机动平台提供的电源进行转换，为不同设备提供所需用电，并具备外界市电接口。
机动平台是用于承载和运输上述设备的车辆，车辆的底盘带有取力发电系统，可为上述设备提供电源。
如图3所示，以两面阵天线为例，雷达包括天线第一阵面和天线第二阵面，正常工作时，雷达天线在伺服系统的控制下在方位上以设定的转速做360°机械旋转，每个天线阵面根据工作模式负责不同的俯仰搜索角度范围，进行相扫，搜索目标。
雷达发射工作时，主控计算机发控制字，产生发射激励信号和同步信号，每个阵面的发射激励信号经功率放大，通过裂缝波导进行同时馈电，向空间辐射信号。同时，利用相位加权技术，可灵活实现俯仰多种发射波束。
雷达接收工作时，每个阵面的回波信号经裂缝波导分别进入，经限幅、低噪声放大、变频、滤波、放大，转变成数字IQ信号，通过光纤送给主控，利用数字波束形成技术形成多个同时接收波束，覆盖相应的发射波束宽度。
发射光端机将通过光纤传送过来的数字回波信号进行波分复用处理后通过光汇流环传送至接收光端机，接收光端机进行解波分复用，将解出的回波信号传送给主控与信号处理设备，波束合成模块根据主控的收波束指向控制字进行波束合成，形成所需的接收波束，信号处理模块再对各接收波束进行数字脉冲压缩、处理、提取出目标点迹信息(包括距离、方位角、俯仰角等)送往数据处理部分。
数据处理模块完成对接收到的信号处理点迹数据进行预处理，对目标点迹进行航迹起始、点航关联等处理，完成对目标的跟踪和滤波，并将形成的航迹信息送给显控设备显示。
显控设备是雷达的人机界面，包括通信显控设备以及雷达操作显控设备，分别运行雷达和通信显控软件，通过操作界面实现对外通信和对雷达的控制。操作人员在显控设备设置控制命令，形成控制数据，通过主控与信号处理设备传输给其他各设备，完成设备的操作控制。
区域防卫作战实施流程如图4所示：
工作人员驾驶预警指挥车(机动平台)到达任务场地后，首先根据是否具备市电条件选择自发电或接入市电进行上电，通过操作显控设备控制各单机设备开机自检，进入待机状态；启动雷达天线(雷达多面阵一体化天线)、通讯天线(无线通信宽带天线)和寻北，自检状态正常即开始设置工作模式，进入预警状态；状态异常则进行排故(排除故障)，然后重新启动设备；雷达设备(雷达多面阵一体化天线)进行目标搜索探测，发现目标后跟踪并测量目标的距离、方位、运动速度和俯仰角，并将探测到的目标信息实时输出至显控设备；显控设备将目标信息与数据库进行对比，判定威胁等级和处置措施，显控设备将目指信息通过无线通信设备发送给防空系统。

Claims (10)

1.一种全空域探测雷达系统，其特征在于，包括雷达多面阵一体化天线、伺服转台、主控与信号处理设备、电源管理设备、显控设备、定位定向设备和无线通信设备；
所述雷达多面阵一体化天线安装在伺服转台上，伺服转台可带动一体化天线完成方位旋转、起竖和收藏；所述雷达多面阵一体化天线采用至少两个阵面，各阵面与法线成不同夹角；
所述伺服转台与主控与信号处理设备之间通过同步串口实现通讯；
所述主控与信号处理设备包含波束合成模块、信号处理模块、数据处理模块；波束合成模块用于波束合成；信号处理模块用于目标检测、信息提取和数据录取；数据处理模块用于实现目标航迹数据处理、接收显控设备指令并将结果发送给显控设备；
所述显控设备与主控与信号处理设备通过以太网和光纤进行通讯；主控与信号处理设备与雷达多面阵一体化天线通过光纤和串口通讯，进行控制；
所述定位定向设备用于寻北、授时以及基准标定，定位定向设备通过串口与主控与信号处理设备进行通信；
所述无线通信设备用于与外界系统组网通信，实现两者之间信息交互；
所述无线通信设备和主控与信号处理设备均通过串口与显控设备连接；
所述电源管理设备为不同设备提供所需用电。
2.根据权利要求1所述的一种全空域探测雷达系统，其特征在于，所述多面阵一体化天线，不同阵面分别发射不同形状的展宽波束，接收时用多个俯仰维波束分别覆盖低空空域、中空空域和高空空域。
3.根据权利要求1所述的一种全空域探测雷达系统，其特征在于，还包括集成方舱和机动平台；
所述伺服转台安装在方舱顶部；所述显控设备安装在机动平台的驾驶室；所述无线通信设备安装在机动平台驾驶室顶部；
所述集成方舱内集成了主控与信号处理设备、定位定向设备、电源管理设备；
所述机动平台是用于承载和运输上述设备的车辆。
4.根据权利要求1所述的一种全空域探测雷达系统，其特征在于，所述伺服转台包含方位旋转机构、起竖机构及控制系统，控制系统与主控与信号处理设备通过串口进行连接通讯。
5.根据权利要求1所述的一种全空域探测雷达系统，其特征在于，所述机动平台的底盘带有取力发电系统，所述电源管理设备将取力发电系统提供的电源进行转换，为不同设备提供所需用电，并具备外界市电接口。
6.根据权利要求1所述的一种全空域探测雷达系统，其特征在于，所述无线通信设备为无线宽带，所述集成方舱上部安装有无线通信宽带天线。
7.根据权利要求1所述的一种全空域探测雷达系统，其特征在于，所述全空域协同探测雷达系统还包括冷却设备，所述冷却设备用于设备方舱环控和各设备冷却。
8.根据权利要求1所述的一种全空域探测雷达系统，其特征在于，所述雷达多面阵一体化天线采用裂缝波导管。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种全空域探测雷达系统的探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、雷达天线在伺服系统的控制下以设定的转速旋转，每个天线阵面根据工作模式负责不同的俯仰搜索角度范围，搜索目标；
S2、雷达接收回波信号，雷达多面阵一体化天线采用裂缝波导管，每个阵面的回波信号经裂缝波导分别进入，经处理转变成数字IQ信号，通过光纤送给主控与信号处理设备，利用数字波束形成技术形成多个同时接收波束，覆盖相应的发射波束宽度；
S3、雷达多面阵一体化天线包括发射光端机和接收光端机，发射光端机将通过光纤传送过来的数字回波信号进行波分复用处理后通过光汇流环传送至接收光端机，接收光端机进行解波分复用，将解出的回波信号传送给主控与信号处理设备，波束合成模块根据主控的收波束指向控制字进行波束合成，形成所需的接收波束，信号处理模块再对各接收波束进行数字脉冲压缩、处理、提取出目标点迹信息传输到数据处理部分；
S4、数据处理模块完成对接收到的信号处理点迹数据进行预处理，对目标点迹进行航迹起始、点航关联等处理，完成对目标的跟踪和滤波，并将形成的航迹信息传输到显控设备显示。
10.根据权利要求9所述的一种全空域探测雷达系统的探测方法，其特征在于，所述雷达发射时，主控计算机发控制字，产生发射激励信号和同步信号，每个阵面的发射激励信号经功率放大，通过裂缝波导进行同时馈电，向空间辐射信号，同时，利用相位加权技术实现俯仰多种发射波束。
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