CN115825897B - 一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舰艇装载三坐标雷达脱靶量自动测量装置，包括四个阵面模块、综控模块和远程操控终端，一个阵面模块还包括射频前端和数字后端，每个阵面模块用于发射激励信号和接收回波信号，综控模块与阵面模块连接，综控模块用于接收阵面模块产生的计算数据和对阵面模块发送控制信号，远程控制终端与综控模块通过数据通信链路连接，远程操控终端用于远程对综控模块发出系统参数控制信号和接收显示综控模块的回传信息，射频前端设有接收天线，数字后端与射频前端连接，本申请的四个阵面覆盖空域大，并且本申请采用K频段调频连续波作为发射信号，采用“L”型阵列天线和DBF技术，使得测量装置搜索数据率高，对高速目标空间定位精度高。

Description

一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置

技术领域

本发明属于雷达测量技术领域，具体涉及一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置。

背景技术

在部队日常演习训练中，弹丸对移动靶船射击情况评估一直是较困难的，在弹丸脱靶的情况下更为明显。主要原因在于弹丸末端速度较快（亚音速以上），且射入方向是不确定的，当靶船运动时，常规的摄像头无法对高速、任意方向来袭目标精确分辨定位，同时事后检靶（数弹坑）也只能在命中靶船情况下完成。上述两种常规检靶方案均无法获取目标末端运行状态，这些都为训练演习事后复盘评估带来困难。使用三坐标雷达检靶，作用空域大，测量精度高，针对任意方向来袭高速目标可准确测量目标末端运行轨迹，并可实时完成对目标脱靶量报靶。

然而，传统的三坐标雷达存在以下缺点：

传统三坐标雷达多采用合成三维波束对空间进行扫描，在大空域搜索情况下，搜索数据率很难做到很高，覆盖空域广度有限。

对高速目标定位准确率低。

成本和功耗较高，不适用于消耗品。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置，以解决传统的三坐标雷达覆盖空域广度有限和对高速目标定位准确率低和成本和功耗较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置，包括：

至少四个阵面模块；阵面模块安装在舰艇上，至少一个阵面模块可产生CPI时序，可产生CPI时序的阵面模块用于保证所有阵面模块时序同步，每个阵面模块还用于发射激励信号和接收回波信号，同时阵面模块将被目标反射回的回波信号转换为坐标的计算数据，发射的激励信号和接收处理的回波信号的波束范围均不小于方位角90°和俯仰角90°；

综控模块；综控模块与阵面模块连接，综控模块用于接收阵面模块产生的计算数据和对阵面模块发送控制信号；综控模块同时对阵面模块提供电源、同步时钟；

远程操控终端；远程控制终端与综控模块通过数据通信链路连接，远程操控终端用于远程控制对综控模块发出系统参数控制信号和显示接收综控模块的回传信息；

一个阵面模块还包括：

射频前端；射频前端设有接收天线，接收天线采用“32+32”的“L”型阵列，射频前端用于产生激励信号并将激励信号向外放大辐射，射频前端还用于通过接收天线（3）接收被弹丸反射的回波信号，激励信号为K频段调频连续波；

数字后端；数字后端与射频前端连接，数字后端用于接收射频前端处理完成的基带回波信号并进行AD采样及预处理，对预处理后的数据通过DBF算法合成为多个接收波束，再对所有接收波束依次进行MTI、MTD、求模、杂波图检测、解角、筛选配对算法的处理，获取方位信息、俯仰信息和距离信息，并根据这三个信息合成三维空间信息，结合高搜索数据率建立稳定末端航路，以此获取高精度脱靶量，最后将获得数据传至综控模块。

优选地，射频前端包括：

综频模块；综频模块用于产生系统时序、本振和激励信号；

发射模块；发射模块与综频模块连接，发射模块用于放大并发射激励信号，发射模块中设有功放单元和发射天线，功放单元用于将激励信号放大后馈入发射天线，发射天线用于将放大后信号以发射波束的形式辐射至外界；

接收模块；接收模块与综频模块连接，接收模块用于全通道接收接收天线收到的回波信号，并将该信号与本振信号混频、放大，所有通道处理为基带信号后传入数字后端。

优选地，接收模块包括：

接收机；接收机与综频模块和数字后端连接，接收机用于获取接收天线接收的回波信号，并将回波信号与本振信号混频生成64路基带信号；

放大链路；放大链路与接收机连接，放大链路用于放大64路基带信号并传输至数字后端。

优选地，数字后端包括：

AD模块；AD模块与放大链路连接，AD模块对64路基带信号进行AD采样，并将采样数据传输至数据预处理模块；

数据预处理模块；数据预处理模块与AD模块连接，数据预处理模块对AD采样完成的数据依次进行抗混叠滤波、抽取、FFT处理和打包，并将打包后的数据通过高速IO口发送至信号处理模块；

信号处理模块；信号处理模块与数据预处理模块连接，信号处理模块用于接收数据预处理模块数据，并对数据进行DBF算法以合成多个接收波束，对合成后的波束信号依次进行MTI、MTD、求模、杂波图检测、解角、筛选配对算法的处理，并将处理结果的数据传至综控模块。

优选地，综控模块包括：

交换机；交换机与信号处理模块连接，交换机用于接收信号处理模块的计算数据；

通信板；通信板与交换机连接；

时钟源；时钟源与阵面模块时钟输入连接，时钟源用于为所有阵面模块提供相参时钟源；

姿态导航传感器；姿态导航传感器与通信板连接，姿态导航传感器用于为通信板提供授时、定位定向和姿态信息；

电源；电源1为阵面模块供电，电源2为通信板，交换机，时钟源、姿态导航传感器供电；

配电柜；配电柜外接220V供电设备后，通过ACDC为蓄电池提供24V的电流充电，通过开关为电源和时钟源供24V的电流。

优选地，远程操控终端与综控模块数据通信链路连接，远程操控终端用于远程对综控模块发出系统参数控制信号和接收显示综控模块的回传信息，以及对脱靶量的自动测量显示。

优选地，四个阵面模块的发射模块形成360°*90°大空域覆盖，每个接收模块提供不小于方位角90°、俯仰角90°的接收覆盖，四个接收模块同时完成对360°*90°空域信号接收。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本申请的每个阵面模块的波束覆盖空域大，至少四个阵面模块同时工作，具备方位全向，俯仰90°的空域覆盖。

2、本申请采用K频段调频连续波作为发射信号、采用“L”型阵列天线和DBF技术，使得测量装置搜索数据率高，对高速目标空间定位精度高。

3、相对于传统三坐标雷达，成本和功耗大大降低，更适合作为消耗品使用。

附图说明

图1为一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置的结构示意图；

图2为一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置的工作原理示意图；

图3为测量装置的收发天线波束的覆盖范围图；

图4为一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置的具体结构示意图；

图5为阵面模块的具体结构示意图；

图6为综控模块的具体结构示意图；

图7为远程操控终端的效果图；

附图标记为：

1-综控模块；2-阵面模块；3-接收天线；4-发射天线；6-通信板；7-交换机；8-姿态导航传感器；9-第一电源；10-第二电源；11-时钟源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1、图4、图5所示，一种舰载三坐标雷达脱靶量自动测量装置，包括：

四个阵面模块2；阵面模块2安装在舰艇上，一个阵面模块2可产生CPI时序，可产生CPI时序的阵面模块2用于保证所有阵面模块2时序同步，每个阵面模块2还用于发射激励信号和接收回波信号，接收到被目标反射回的激励信号后阵面模块2将回波信号转换为坐标的计算数据，发射的激励信号和接收处理的回波信号的波束范围均不小于方位角90°和俯仰角90°；

综控模块1；综控模块1与阵面模块2连接，综控模块1用于接收阵面模块2产生的计算数据和对阵面模块2发送控制信号；综控模块1同时对阵面模块2提供供电和同步时钟源；

远程操控终端；远程控制终端与综控模块1通过数据通信连接，远程操控终端用于远程控制对综控模块1发出系统参数控制信号和显示接收综控模块1的回传信息；

一个阵面模块2还包括：

射频前端；射频前端设有接收天线3，接收天线3采用“32+32”和“L”型阵列，射频前端用于产生激励信号并将激励信号向外放大辐射，射频前端还用于通过接收天线3接收阵面模块2发送的放大后经目标反射回的激励信号，激励信号为K频段调频连续波；

数字后端；数字后端与射频前端连接，数字后端用于接收射频前端处理完成的基带回波信号并进行AD采样及预处理，对预处理后的数据通过DBF算法合成为多个接收波束，再对所有接收波束依次进行MTI、MTD、求模、杂波图检测、解角、筛选配对算法的处理，获取方位信息、俯仰信息和距离信息，并根据这三个信息合成三维空间信息，结合高搜索数据率建立稳定末端航路，以此获取高精度脱靶量，最后将获得数据传至综控模块1。

在本实施例中，本申请的每个阵面模块2的波束覆盖空域大，四个阵面模块2同时工作，具备方位全向，俯仰90°的空域覆盖，并且本申请采用K频段调频连续波作为发射信号，采用“L”型阵列天线和DBF技术，使得测量装置搜索数据率高，对高速目标空间定位精度高。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：如图1、图5所示，射频前端包括：

综频模块；综频模块用于产生系统时序、本振和激励信号；

发射模块；发射模块与综频模块连接，发射模块用于接收激励信号，发射模块中设有功放单元和发射天线4，功放单元用于将激励信号放大后馈入发射天线4，发射天线4用于将放大后信号以发射波束的形式辐射至外界；

接收模块；接收模块与综频模块连接，接收模块用于接收接收天线3收到的回波信号，并将该信号处理为基带信号后传入数字后端。

在本实施例中，发射天线4使用宽波束，接收天线3分方位接收天线和俯仰接收天线，形成’L’型天线阵列，发射天线4和接收天线3极化相同。对一个空间目标，方位接收天线阵列测得目标方位角、距离，俯仰接收天线阵列测得目标俯仰角、距离，采用一定目标相关处理，将两个两维信息合成一个三维空间信息（方位角、俯仰角和距离），同时装置采用四个阵面模块2按方位间隔90°排列，四个阵面模块2同时工作时，发射波束同时可覆盖方位全向、俯仰90°的空域。每个阵面模块2全通道独立接收，采用DBF算法，使得接收波束可同时覆盖方位全向、俯仰90°空域，保证了高搜索数据率。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别在于：如图1所示接收模块包括：

接收机；接收机与综频模块和放大链路连接，接收机用于获取接收天线3接收的回波信号，并将回波信号与本振信号混频、滤波生成64路基带信号；

放大链路；放大链路与接收机连接，放大链路用于放大64路基带信号并传输至数字后端。

实施例4：

本实施例与实施例3的区别在于：如图1所示，数字后端包括：

AD模块；AD模块与放大链路连接，AD模块对64路基带信号进行AD采样，并将采样数据传输至数据预处理模块；

数据预处理模块；数据预处理模块与AD模块连接，数据预处理模块对AD采样完成的数据依次进行抗混叠滤波、抽取、FFT处理和打包，并将打包后的数据通过高速IO口发送至信号处理模块；

信号处理模块；信号处理模块与数据预处理模块连接，信号处理模块用于接收数据预处理模块数据，并对数据进行DBF算法以合成多个接收波束，对合成后的波束信号依次进行MTI、MTD、求模、杂波图检测、解角、筛选配对算法的处理，并将处理结果的数据传至综控模块1。

实施例5：

本实施例与实施例4的区别在于：如图1、图6所示，综控模块1包括：

交换机7；交换机7与信号处理模块连接，交换机7用于接收信号处理模块的计算数据；

通信板6；通信板6与交换机7连接；

姿态导航传感器8；姿态导航传感器8与通信板6连接，姿态导航传感器8用于为通信板6提供授时、定位定向和姿态信息；

时钟源11：时钟源11与阵面模块2连接，用于提供所有阵面模块相参时钟源；

第二电源10；第二电源10为通信板6，交换机7，时钟源11，姿态导航传感器8供电；

第一电源9；第一电源9为阵面模块2供电；

配电柜；配电柜外接220V供电设备后，通过ACDC为蓄电池提供24V的电流充电，通过开关为电源5供24V的电流。

在本实施例中，每个阵面模块2有一定预仰角，当船体运行时，姿态导航传感器8测得船体横摇角、纵摇角，结合差分GPS侧得船头运动方向的偏航角，可通过坐标转换算法，显示目标在雷达系、船体系和站心系下的空间轨迹。

实施例6：

本实施例与实施例2的区别在于：如图2所示，图2中的R即为炮弹相对于靶船的脱靶量值，装置通过侧得目标运动点迹，建立炮弹末端运动航路，航路与测量装置的最短距离即为脱靶R值。本装置采用线性调频连续波雷达体制测距，测距精度与调制带宽成反比，适当提高调制带宽，得到较高距离测量精度，同时方位、俯仰各32天线单元，通过半阵和差解角算法可获取较高精度的方位、俯仰角，综合距离、方位、俯仰以获取较高三坐标点迹定位精度，结合高搜索数据率建立稳定末端航路，以此获取高精度脱靶量R值。

实施例7：

本实施例与实施例1的区别在于：图4为装置的外观图，装置主要包括四个阵面模块2和一个综控模块1，四个阵面模块2按方位间隔90°排列在综控模块1的四周，每个阵面预仰30°。图5为阵面模块2的结构示意图，每个阵面模块2主要包括射收发天线、发射机、接收机、信号处理，每个阵面模块2可独立工作，也可任意组合按一主多从模式协调工作。图6为综控模块1的结构示意图，主要完成系统供电、提供相参时钟源、通信、姿态导航传感器8融合等任务。图7为装置的远程操控终端，负责控制并显示装置相关信息，并通过软件算法实现脱靶量自动报靶任务。

Claims (7)

1.一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置，其特征在于，包括：

至少四个阵面模块（2）；阵面模块（2）安装在舰艇上，至少一个阵面模块（2）可产生CPI时序，可产生CPI时序的阵面模块（2）用于保证所有阵面模块（2）时序同步，每个阵面模块（2）还用于发射激励信号和接收回波信号，同时阵面模块（2）将被目标反射回的回波信号处理为坐标的计算数据，发射的激励信号和接收处理的回波信号的波束范围均不小于方位角90°和俯仰角90°；

综控模块（1）；综控模块（1）与阵面模块（2）连接，综控模块（1）用于接收阵面模块（2）产生的计算数据和对阵面模块（2）发送控制信号，综控模块（1）同时对阵面模块（2）提供供电和同步时钟源；

远程操控终端；远程控制终端与综控模块（1）通过数据通信链路连接，远程操控终端用于远程控制对综控模块（1）发出系统参数控制信号和接收显示综控模块（1）的回传信息；

一个阵面模块（2）还包括：

射频前端；射频前端设有接收天线（3），接收天线（3）采用“32+32”的“L”型阵列，射频前端用于产生激励信号并将激励信号向外放大辐射，射频前端还用于通过接收天线（3）接收被弹丸反射的回波信号，激励信号为K频段调频连续波；

数字后端；数字后端与射频前端连接，数字后端用于接收射频前端处理完成的基带回波信号并进行AD采样及预处理，对预处理后的数据通过DBF算法合成为多个接收波束，再对所有接收波束依次进行MTI、MTD、求模、杂波图检测、解角、筛选配对算法的处理，获取方位信息、俯仰信息和距离信息，并根据这三个信息合成三维空间信息，结合高搜索数据率建立稳定末端航路，以此获取高精度脱靶量，最后将获得数据传至综控模块（1）。

2.根据权利要求1所述的一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置，其特征在于，射频前端包括：

综频模块；综频模块用于产生系统时序、本振和激励信号；

发射模块；发射模块与综频模块连接，发射模块用于放大并发射激励信号，发射模块中设有功放单元和发射天线（4），功放单元用于将激励信号放大后馈入发射天线（4），发射天线（4）用于将放大后信号以发射波束的形式辐射至外界；

接收模块；接收模块与综频模块连接，接收模块用于全通道接收接收天线（3）收到的回波信号，并将该信号与本振信号混频、放大，所有通道处理为基带信号后传入数字后端。

3.根据权利要求2所述的一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置，其特征在于，接收模块包括：

接收机；接收机与综频模块和数字后端连接，接收机用于获取接收天线（3）接收的回波信号，并将回波信号与本振信号混频生成64路基带信号；

放大链路；放大链路与接收机连接，放大链路用于放大64路基带信号并传输至数字后端。

4.根据权利要求3所述的一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置，其特征在于，数字后端包括：

AD模块；AD模块与放大链路连接，AD模块对64路基带信号进行AD采样，并将采样数据传输至数据预处理模块；

数据预处理模块；数据预处理模块与AD模块连接，数据预处理模块对AD采样完成的数据依次进行抗混叠滤波、抽取、FFT处理和打包，并将打包后的数据通过高速IO口发送至信号处理模块；

信号处理模块；信号处理模块与数据预处理模块连接，信号处理模块用于接收数据预处理模块数据，并对数据进行DBF算法以合成多个接收波束，对合成后的波束信号依次进行MTI、MTD、求模、杂波图检测、解角、筛选配对算法的处理，并将处理结果的数据传至综控模块（1）。

5.根据权利要求4所述的一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置，其特征在于，综控模块（1）包括：

交换机（7）；交换机（7）与信号处理模块连接，交换机（7）用于接收信号处理模块的计算数据；

通信板（6）；通信板（6）与交换机（7）连接；

时钟源（11）；时钟源（11）与阵面模块（2）时钟输入连接，时钟源用于为阵面模块（2）提供相参时钟源；

姿态导航传感器（8）；姿态导航传感器（8）与通信板（6）连接，姿态导航传感器（8）用于为通信板（6）提供授时、定位定向和姿态信息；

第一电源（9）；第一电源（9）为阵面模块（2）供电，第一电源（9）由远程操控终端控制开断；

第二电源（10）；第二电源（10）为通信板（6）、交换机（7）、姿态导航传感器（8）和时钟源（11）供电；

配电柜；配电柜外接220V供电设备后，通过ACDC为蓄电池提供24V的电流充电，通过开关为第一电源（9）、第二电源（10）、时钟源（11）供24V的电流。

6.根据权利要求5所述的一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置，其特征在于，远程操控终端与综控模块（1）数据通信链路连接，远程操控终端用于远程对综控模块（1）发出系统参数控制信号和接收显示综控模块（1）的回传信息，以及对脱靶量的自动测量显示。

7.根据权利要求2所述的一种舰艇装载的三坐标雷达脱靶量自动测量装置，其特征在于，至少四个阵面模块（2）的发射模块形成360°*90°大空域覆盖，每个接收模块提供不小于方位角90°、俯仰角90°的接收覆盖，至少四个接收模块同时完成对360°*90°空域信号接收。