CN114706071A - 一种基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备及其方法，侦察天线单元对靶机三个方位的射频信号进行实时监测；主控模块输出控制指令至微波模块；微波模块根据主控模块的控制指令通过开关选择单元连通侦察天线单元，使得对应方位的射频信号被监测并传输至变频单元；变频单元对射频信号处理后输出中频信号；数字模块根据中频信号解算得到雷达的脉冲描述字；主控模块对脉冲描述字进行处理得到辐射源描述字及对应的告警信息，飞控中心根据告警信息对靶机进行决策处理。本发明覆盖频段宽，通过对雷达信号的感知、分析和数据记录，得到雷达参数及雷达样式等信息，适合绝大多数使用场景。
Description
技术领域
本发明涉及雷达信号侦察技术领域，具体涉及一种基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备及其方法。
背景技术
无人机靶机是一种有动力无人航空器，可作为空中机动目标模拟器，雷达告警设备是一种用于对他方雷达信号进行截获和分析，从而向我方进行告警的设备，随着技术的不断发展，告警设备已经可以经由无人机靶机进行机载安装。
以往的靶机雷达信号侦察告警设备存在如下缺点：
（1） 仅由射频接收机与模拟信号处理器构成，在适应信号变化方面能力较差，且每一种产品仅能对特定目标实施告警；
（2） 由于传统靶机雷达信号侦察告警设备采用的是晶体射频检波器，因此在模拟体制下容易发生虚警；
（3）传统靶机雷达信号侦察告警设备体积笨重、重量较大、结构复杂，难以适应目前靶机安装条件。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备及其方法，覆盖频段宽，通过对雷达信号的感知、分析和数据记录，得到雷达参数及雷达样式等信息，适合绝大多数使用场景。
技术方案：本发明所述基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备，包括靶机以及固定在靶机上的侦察告警设备；所述侦察告警设备包括侦察天线单元、主控模块、微波模块、数字模块、电源模块，电所述侦察天线单元用于对靶机三个方位的射频信号进行实时监测；所述主控模块与靶机的飞控中心相连，用于获取靶机的航迹和定位信息并输出控制指令至所述微波模块；所述微波模块包括变频单元，变频单元通过开关选择单元与所述侦察天线单元相连，所述开关选择单元根据所述主控模块的控制指令选择性地连通所述侦察天线单元与变频单元之间，使得对应方位的射频信号被侦察天线单元监测并传输至变频单元；所述变频单元对射频信号处理后输出中频信号、时钟信号至所述数字模块；所述数字模块根据中频信号、时钟信号解算得到雷达的脉冲描述字并输出至所述主控模块；所述主控模块对脉冲描述字进行处理得到辐射源描述字，利用预存的辐射源数据库进行查询比对，得到与所述辐射源描述字对应的告警信息，并将辐射源描述字、对应的告警信息发送至靶机的飞控中心，飞控中心根据告警信息对靶机进行决策处理。
进一步完善上述技术方案，所述侦察天线单元为三组天线，分别用于靶机前方、左侧、右侧三个方位进行270°方位，45°俯仰空域范围的雷达信号监测。
进一步地，每组天线均设有三个监测波段：2~6GHz、6~18GHz、18~40GHz，三组天线共形成9个射频信号输入端口；所述开关选择单元包括三个3选1矩阵开关以及3选1开关，9个射频信号输入端口与三个3选1矩阵开关的输入端相连，三个3选1矩阵开关的输出端通过3选1开关与所述变频单元相连。
进一步地，所述变频单元将接收的射频信号进行处理后输出一路1GHz的时钟信号至所述主控模块，同时输出一路1.3~2.3GHz的中频信号、一路2.4GHz的时钟信号至所述数字模块。
进一步地，所述数字模块包括ADC采集模块、基于多相滤波的数字信道化模块、数字检波模块、参数测量模块、信息编码模块，所述ADC采集模块用于对所述变频单元发送的一路1.3~2.3GHz的中频信号转换生成12bit的数字信号并输出至所述基于多相滤波的数字信道化模块，所述基于多相滤波的数字信道化模块对不同频率同时到达的脉冲信号划分到不同信道并进行同时处理，所述数字检波模块用于检测信道中是否存在脉冲信号、并将检测到的脉冲信号输出至所述参数测量模块，所述参数测量模块对脉冲信号进行测量得到脉冲参数，所述信息编码模块对脉冲参数进行处理生成脉冲描述字并发送给所述主控模块。
进一步地，所述主控模块对所述信息编码模块发送的脉冲描述字进行基于直方图和PRI变换的信号分选得到辐射源的辐射源描述字，并将得到的辐射源描述字与辐射源数据库中预存的威胁辐射源信息进行查询比对，给出该辐射源描述字对应的威胁等级和告警信息，最终通过靶机链路将辐射源描述字、威胁等级和告警信息发送至靶机的飞控中心。
进一步地，所述靶机的飞控中心根据告警信息进行决策处理包括：测量到低频信号，发出低频告警，继续侦察高频信号；测量到高频信号，发出高频告警，并不再接受低频信号，改变靶机航迹。
进一步地，所述主控模块通过422通信协议与所述靶机的飞控中心相连，所述靶机的飞控中心通过靶机通信链路与地面显控端进行雷达参数信息的传输。
进一步地，所述侦察告警设备通过安装结构件固定在所述靶机的转接板上，所述安装结构件包括转接支架和三个天线固定架，所述转接支架固定在所述转接板中部，三个天线固定架依次连接形成“П”形结构，“П”形结构的底端通过两个直角形连接件与所述转接支架顶部两侧相连；所述微波模块、主控模块、数字模块集成在主机板上，所述主机板与所述电源模块安装在所述转接板上且分布在所述转接支架两侧；所述三组天线分别固定在三个天线固定架上。
采用基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备进行雷达信号侦察告警方法，包括如下步骤：
S1：靶机的飞控中心将其航迹、定位信息发送至主控模块；
S2：主控模块根据靶机发送的航迹、定位信息以及侦察到的雷达位置信息，解算出雷达所处的大致方位，并向微波模块发送控制指令；
S3：微波模块通过3块3选1矩阵开关切换至对应象限的3个不同的平面螺旋天线，通过矩阵开关的切换对2~40GHz频段内的信号进行扫频，并将平面螺旋天线监测到的射频信号发送至变频单元；
S4：变频单元对射频信号进行限幅、滤波、放大、下变频处理后得到1.3~2.3GHz的中频信号，并发送至数字模块；
S5：数字模块对变频单元发送的一路1.3~2.3GHz的中频信号先经ADC采集模块转换成12bit的数字信号，再通过基于多相滤波的数字信道化模块对不同频率同时到达的脉冲信号划分到不同信道从而进行同时处理，再采用数字检波模块检测信道中是否存在脉冲信号，检测到的脉冲信号通过参数测量模块测量得到包括脉冲频率、到达时间、脉冲宽度、幅度在内的脉冲参数，最后通过信息编码模块对脉冲参数进行处理得到脉冲描述字并发送给主控模块；
S6：主控模块对脉冲描述字进行基于直方图和PRI变换的信号分选得到辐射源描述字，并将得到的辐射源描述字与辐射源数据库中预存的威胁辐射源信息进行查询比对，给出该辐射源描述字对应的威胁等级和告警信息，最终通过靶机链路将辐射源描述字、威胁等级和告警信息发送至靶机的飞控中心；
S7：靶机的飞控中心根据告警信息进行决策处理，若测量到低频信号，发出告警，继续侦察高频信号；若测量到高频信号，发出高频告警，并不再接受低频信号，改变靶机航迹。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的告警设备装载于无人靶机上，侦察天线单元对无人靶机前、左、右三个方位270°方位，45°俯仰空域范围全覆盖，对覆盖范围内的雷达信号进行实时监测，覆盖频段宽，能够实时有效地侦察S、C、X、Ku、Ka频段的雷达信号。
数字模块对所侦察的雷达信号进行参数测量、分选得到脉冲信号的脉冲描述字（Pulse Descriptive Word，PDW），通过对脉冲描述字的感知、分析和数据记录，得到最终的辐射源描述字（Emitter Discreption Word，EDW）以及雷达型号等信息，适合绝大多数使用场景。
本发明自带辐射源数据库功能，能够对侦察到的辐射源描述字进行辐射源数据库匹配，匹配成功后会在50us内快速相应，给靶机发送威胁信号的方位、雷达型号等告警信息，系统灵敏度高，告警响应速度快，能够为靶机规避外界威胁争取更多时间以及根据威胁信号方向为靶机提供最优闪避策略，减少靶机被摧毁的概率；
告警设备由侦察天线单元、微波模块、主机模块、数字模块、电源模块组成，通过安装结构件将侦察天线单元等模块固定在安装结构件上，使用时，只需将安装结构件通过螺丝固定于靶机需要安装的位置，通过422通信协议与靶机相连，其告警信息会通过422通信协议传送至靶机的飞控中心，地面显控端通过靶机的通信链路获取雷达参数信息、告警信息。整个设备贯穿模块化设计理念，各模块可任意更换，可通过更换模块的方式，快速解决各种突发状况，具有集成度高、稳定性高、拆装方便、易拓展等特性；且体积小巧，重量仅为4.4kg，不会增加无人靶机的飞行负担，同时具有友好的人机交互界面、操纵简单快速。
附图说明
图1是本发明中侦察告警设备的组成框图；
图2是本发明中侦察告警设备与靶机的整体结构示意图；
图3是本发明中侦查告警设备的结构示意图；
图4是本发明中侦查告警设备的分解示意图；
图5是本发明中安装结构件的结构示意图；
图6是本发明的工作流程图。
图中：1：2~6GHz平面螺旋天线；2：18~40GHz平面螺旋天线；3：6~18GHz平面螺旋天线；4：滤波器；5：安装结构件；6：电池模块；7：主机板；8：转接板；51、52、53：天线固定架；54：连接件；55：转接支架。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示的基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备，包括靶机和侦察告警设备，侦察告警设备通过安装结构件固定在靶机上。侦察告警设备包括主机、侦察天线单元、射频电缆和控制设备；主机包括微波模块、主控模块、数字模块、电源模块，微波模块与电源模块相连。侦察天线单元包括三组天线，用于对靶机前、左、右三个方位270°方位、45°俯仰空域范围全覆盖；主控模块通过422通信协议与靶机的飞控中心相连，其告警信息会通过422通信协议传送至靶机的飞控中心，地面显控端通过靶机的通信链路获取雷达参数信息、告警信息。
如图2至图5所示，侦察告警设备通过安装结构件5固定在靶机的转接板8上，安装结构件5包括转接支架55和三个天线固定架51、52、53，转接支架55固定在转接板8中部，三个天线固定架51、52、53依次连接形成“П”形结构，“П”形结构的底端通过两个直角形连接件54与转接支架5顶部两侧相连；微波模块、主控模块、数字模块集成在主机板7上，主机板7与电源模块6安装在转接板8上且分布在转接支架5两侧；三组天线分别固定在三个天线固定架51、52、53上，每组天线均包括2~6GHz平面螺旋天线1、18~40GHz平面螺旋天线2、6~18GHz平面螺旋天线3，平面螺旋天线内设有滤波器4。
如图6所示的靶机侦察告警设备工作原理框图，首先，主控模块根据靶机送来的航迹、靶机自身的GPS信息以及事先侦察到的他方雷达位置信息，解算出此时雷达所处的大致方位，并向微波模块发送控制指令；微波模块将前面三组3选1矩阵开关分别切换至对应象限的3个不同的平面螺旋天线，被平面螺旋天线侦察到的射频信号经限幅器后输出3路射频信号至后面一块3选1开关，通过对矩阵开关的切换对2~40GHz频段内的信号进行扫频，并将接收到的射频信号送至变频单元；变频单元进行一系列的限幅、滤波、放大以及下变频处理，最终得到一路1.3~2.3GHz的中频信号发送至数字模块，同时，变频单元产生一路1GHz的时钟信号送至主控模块、一路2.4GHz的时钟信号送至数字模块。数字模块对变频单元发送的一路1.3~2.3GHz的中频信号先经ADC采集模块转换成12bit的数字信号，再通过基于多相滤波的数字信道化模块对不同频率同时到达的脉冲信号划分到不同信道从而进行同时处理，再采用数字检波模块检测信道中是否存在脉冲信号，检测到的脉冲信号通过参数测量模块测量得到包括脉冲频率、到达时间、脉冲宽度、幅度在内的脉冲参数，最后通过信息编码模块对脉冲参数进行处理得到脉冲描述字并发送给主控模块。主控模块对脉冲描述字进行基于直方图和PRI变换的信号分选得到辐射源描述字，并将得到的辐射源描述字与辐射源数据库中预存的威胁辐射源信息进行查询比对，给出该辐射源描述字对应的威胁等级和告警信息，最终通过靶机链路将辐射源描述字、威胁等级和告警信息发送至靶机的飞控中心，其中告警信息为此时侦察到雷达信号的方位、频率、雷达信号的威胁等级、以及产生该威胁信号的雷达型号。飞控中心根据告警信息进行决策处理，若测量到低频信号，发出低频告警，继续侦察高频信号；若测量到高频信号，发出高频告警，并不再接受低频信号，改变靶机航迹。
本发明安装便捷、体积小巧、系统集成度高，重量仅为4.4kg，不会增加无人靶机的飞行负担；整机贯穿模块化设计理念，各模块可任意更换，通过更换模块的方式，能够快速解决各种突发状况；靶机前、左、右，三个方位无死角覆盖，45°俯仰空域45°覆盖，覆盖范围广，适合绝大多数使用场景；系统灵敏度高，告警响应速度快，能够为靶机规避外界威胁争取更多时间。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备，包括靶机以及固定在靶机上的侦察告警设备；其特征在于：所述侦察告警设备包括侦察天线单元、主控模块、微波模块、数字模块、电源模块，所述侦察天线单元用于对靶机三个方位的射频信号进行实时监测；所述主控模块与靶机的飞控中心相连，用于获取靶机的航迹和定位信息并输出控制指令至所述微波模块；所述微波模块包括开关选择单元和变频单元，所述变频单元通过所述开关选择单元与所述侦察天线单元相连，所述开关选择单元根据所述主控模块的控制指令选择性地连通所述侦察天线单元与变频单元之间，使得对应方位的射频信号被侦察天线单元监测并传输至变频单元；所述变频单元对射频信号处理后输出中频信号、时钟信号至所述数字模块；所述数字模块根据中频信号、时钟信号解算得到雷达的脉冲描述字并输出至所述主控模块；所述主控模块对脉冲描述字进行处理得到辐射源描述字，利用预存的辐射源数据库进行查询比对，得到与所述辐射源描述字对应的告警信息，并将辐射源描述字、对应的告警信息发送至靶机的飞控中心，飞控中心根据告警信息对靶机进行决策处理。
2.根据权利要求1所述的基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备，其特征在于：所述侦察天线单元包括三组天线，分别用于靶机前方、左侧、右侧三个方位进行270°方位，45°俯仰空域范围的雷达信号监测。
3.根据权利要求2所述的基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备，其特征在于：每组天线均设有三个监测波段：2~6GHz、6~18GHz、18~40GHz，三组天线共形成9个射频信号输入端口；所述开关选择单元包括三个3选1矩阵开关和一个3选1开关，9个射频信号输入端口与三个3选1矩阵开关的输入端相连，三个3选1矩阵开关的输出端通过3选1开关与所述变频单元相连。
4.根据权利要求3所述的基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备，其特征在于：所述变频单元将接收的射频信号进行处理后输出一路1GHz的时钟信号至所述主控模块，同时输出一路1.3~2.3GHz的中频信号、一路2.4GHz的时钟信号至所述数字模块。
5.根据权利要求4所述的基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备，其特征在于：所述数字模块包括ADC采集模块、基于多相滤波的数字信道化模块、数字检波模块、参数测量模块、信息编码模块，所述ADC采集模块用于对所述变频单元发送的一路1.3~2.3GHz的中频信号转换生成12bit的数字信号并输出至所述基于多相滤波的数字信道化模块，所述基于多相滤波的数字信道化模块对不同频率同时到达的脉冲信号划分到不同信道并进行同时处理，所述数字检波模块用于检测信道中是否存在脉冲信号、并将检测到的脉冲信号输出至所述参数测量模块，所述参数测量模块对脉冲信号进行测量得到脉冲参数，所述信息编码模块对脉冲参数进行处理生成脉冲描述字并发送给所述主控模块。
6.根据权利要求5所述的基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备，其特征在于：所述主控模块对所述信息编码模块发送的脉冲描述字进行基于直方图和PRI变换的信号分选得到辐射源的辐射源描述字，并将得到的辐射源描述字与辐射源数据库中预存的威胁辐射源信息进行查询比对，给出该辐射源描述字对应的威胁等级和告警信息，最终通过靶机链路将辐射源描述字、威胁等级和告警信息发送至靶机的飞控中心。
7.根据权利要求6所述的基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备，其特征在于：所述靶机的飞控中心根据告警信息进行决策处理包括：测量到低频信号，发出低频告警，继续侦察高频信号；测量到高频信号，发出高频告警，并不再接受低频信号，改变靶机航迹。
8.根据权利要求5所述的基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备，其特征在于：所述主控模块通过422通信协议与所述靶机的飞控中心相连，所述靶机的飞控中心通过靶机通信链路与地面显控端进行雷达参数信息的传输。
9.根据权利要求2所述的基于靶机平台的雷达信号侦察告警设备，其特征在于：所述侦察告警设备通过安装结构件固定在所述靶机的转接板上，所述安装结构件包括转接支架和三个天线固定架，所述转接支架固定在所述转接板中部，三个天线固定架依次连接形成“П”形结构，“П”形结构的底端通过两个直角形连接件与所述转接支架顶部两侧相连；所述微波模块、主控模块、数字模块集成在主机板上，所述主机板与所述电源模块安装在所述转接板上且分布在所述转接支架两侧；所述三组天线分别固定在三个天线固定架上。
10.一种基于靶机平台的雷达信号侦察告警方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：靶机的飞控中心将其航迹、定位信息发送至主控模块；
S2：主控模块根据靶机发送的航迹、定位信息以及侦察到的雷达位置信息，解算出雷达所处的大致方位，并向微波模块发送控制指令；
S3：微波模块根据控制指令通过开关选择单元切换3个不同方位的平面螺旋天线，使得与雷达所处的大致方位相对应象限内2~40GHz频段范围的射频信号被扫频，并将平面螺旋天线扫频监测到的射频信号发送至变频单元；
S4：变频单元对射频信号进行限幅、滤波、放大、下变频处理后得到一路1.3~2.3GHz的中频信号，并发送至数字模块；
S5：数字模块对变频单元发送的一路1.3~2.3GHz的中频信号先经ADC采集模块转换成12bit的数字信号，再通过基于多相滤波的数字信道化模块对不同频率同时到达的脉冲信号划分到不同信道并进行同时处理，再采用数字检波模块检测信道中是否存在脉冲信号，检测到的脉冲信号通过参数测量模块测量得到包括脉冲频率、到达时间、脉冲宽度、幅度在内的脉冲参数，最后通过信息编码模块对脉冲参数进行处理得到脉冲描述字并发送给主控模块；
S6：主控模块对脉冲描述字进行基于直方图和PRI变换的信号分选得到辐射源描述字，并将得到的辐射源描述字与辐射源数据库中预存的威胁辐射源信息进行查询比对，给出该辐射源描述字对应的威胁等级和告警信息，最终通过靶机链路将辐射源描述字、威胁等级和告警信息发送至靶机的飞控中心；
S7：靶机的飞控中心根据告警信息进行决策处理，若测量到低频信号，发出低频告警，继续侦察高频信号；若测量到高频信号，发出高频告警，并不再接受低频信号，改变靶机航迹。
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