CN202119908U

CN202119908U - 全固态s波段近程空管一次雷达

Info

Publication number: CN202119908U
Application number: CN 201120178401
Authority: CN
Inventors: 陈忠先; 俞中良; 周雷; 何丽丽; 马磊; 陈晓鹏; 荚朝华; 柴少静; 于龙
Original assignee: Anhui Sun Create Electronic Co Ltd
Current assignee: Anhui Sun Create Electronic Co Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2021-05-31

Abstract

本实用新型公开了一种全固态S波段近程空管一次雷达，采用高/低波束、线/圆极化可选技术天线，能产生高增益、低副瓣、波束下沿锐截止的超余割平方方向图；发射机采用全固态、多通道并联合成技术；具有单通道频率分集工作模式；具有射频自适应时间灵敏度控制的大动态数字化接收机；具有200:1的高压缩比非线性调频数字脉冲压缩功能；信号处理器采用了AMTD处理；具有独立气象通道，可监视机场周围危害飞行安全的气象状况；具有双套冗余的系统结构，在其中一个通道失效时具有系统自动重新配置功能；具有完善的BIT设计，备件可以在线更换；具有遥控和远程监视功能；天线转台的结构件和机电设备具有长寿命和免维护的特点。

Description

全固态S波段近程空管一次雷达

技术领域

本实用新型涉及雷达领域，具体为一种全固态S波段近程空管一次雷达。

背景技术

空管一次雷达技术复杂，设备量大，为了确保雷达系统能连续不间断地运行，通常采用双套冗余的系统结构。当雷达系统的工作通道发生故障时，监控分系统会自动将冗余备份通道切换为工作通道，已确保雷达系统的工作状态不中断。同时故障通道的故障问题可以通过在线维修加以排除，以便使故障通道再成为完好的冗余备份通道。但是如果故障通道不能及时修复，工作通道再次发生故障时，雷达系统就会陷于瘫痪状态。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种全固态S波段近程空管一次雷达，通过优化雷达的监控系统和各分系统的信号接口，进一步细化雷达系统的通道切换功能，使雷达的各分系统间可以局部重组，绕开故障部位，容忍两个通道同时出现故障。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

全固态S波段近程空管一次雷达，包括有天线装置、全固态发射机，其特征在于：所述天线装置包括天线反射器、馈源喇叭，所述馈源喇叭有两个，分别位于天线反射器的焦点位置、天线发射器焦点位置下方，所述全固态发射机的输出接入所述馈线喇叭的输入端；还包括有结构相同、互成冗余的双套控制模块，每套控制模块包括全相参接收机、信号处理器、雷达终端设备、雷达监控分机，每套控制模块的信号处理器、雷达终端设备、雷达监控分机分别接入局域网中，所述馈源喇叭的输出分别接入两套控制模块的全相参接收机信号输入端，两套控制模块的全相参接收机控制输出端分别接入全固态发射机的输入端，所述信号处理器的控制输出端与全相参接收机的控制输入端连接，信号处理器的信号输入端与全相参接收机的信号输出端连接，所述雷达终端设备输入与信号处理器输出端连接，雷达终端设备输出接入雷达监控分机的输入端。

所述的全固态S波段近程空管一次雷达，其特征在于：天线反射器置于转动平台上，馈源喇叭通过天线支架分别置于天线反射器焦点、天线反射器焦点下方。

所述的全固态S波段近程空管一次雷达，其特征在于：两个馈源喇叭的输出分别通过正交模耦合器各自接入两套控制模块的全相参接收机信号输入端。

所述的全固态S波段近程空管一次雷达，其特征在于：所述全相参接收机内置有目标工作通道和气象工作通道，全相参接收机信号输入端接收的信号依次经过环行器、大功率限幅器、PIN开关、定向耦合器、射频低噪声放大器后，再分别送入所述目标工作通道和气象工作通道。

所述的全固态S波段近程空管一次雷达，其特征在于：所述信号处理器采用AMTD处理器，信号处理器中设置有与全相参接收机中目标工作通道对应的目标信号处理通道、与气象工作通道对应的气象信号处理通道。

本实用新型各项指标均与国际民航组织的技术标准接轨。能够有效抑制杂波，提高系统可靠性，本雷达广泛采用现代空管雷达的技术措施，具有以下技术特点：

1、采用高/低波束、线/圆极化可选技术天线，能产生高增益、低副瓣、波束下沿锐截止的超余割平方方向图。

2、发射机采用全固态、多通道并联合成技术，具有故障软化设计，在1～2个组件故障的情况下，系统仍能完成基本探测任务。

3、具有单通道频率分集工作模式；具有射频自适应时间灵敏度控制的大动态数字化接收机。

4、具有200:1的高压缩比非线性调频数字脉冲压缩功能。

5、信号处理器采用了AMTD处理，实现最佳检测性能。

6、具有独立气象通道，可监视机场周围危害飞行安全的气象状况。

7、具有双套冗余的系统结构，在其中一个通道失效时具有系统自动重新配置功能。

8、具有完善的BIT设计，故障监测定位到在线可更换单元，备件可以在线更换。

9、具有遥控和远程监视功能，支持少人或无人值守工作。

10、天线转台的结构件和机电设备具有长寿命和免维护的特点。

附图说明

图1为本实用新型系统组成框图。

图2为本实用新型天线装置外形图。

图3为本实用新型电子设备外形图。

图4为本实用新型的发射信号波形图。

图5为本实用新型仰角探测空域覆盖图。

图6为本实用新型本雷达的脉压信号波形图。

图7为本实用新型本雷达发射频率与脉冲重复频率变化的时序关系图。

具体实施方式

如图1所示。全固态S波段近程空管一次雷达，包括有天线装置、全固态发射机，天线装置包括天线反射器、馈源喇叭，馈源喇叭有两个，分别位于天线反射器的焦点位置、天线发射器焦点位置下方，全固态发射机的输出接入馈线喇叭的输入端；还包括有结构相同、互成冗余的双套控制模块，每套控制模块包括全相参接收机、信号处理器、雷达终端设备、雷达监控分机，每套控制模块的信号处理器、雷达终端设备、雷达监控分机分别接入局域网中，馈源喇叭的输出分别接入两套控制模块的全相参接收机信号输入端，两套控制模块的全相参接收机控制输出端分别接入全固态发射机的输入端，信号处理器的控制输出端与全相参接收机的控制输入端连接，信号处理器的信号输入端与全相参接收机的信号输出端连接，雷达终端设备输入与信号处理器输出端连接，雷达终端设备输出接入雷达监控分机的输入端。

如图2所示。天线反射器1置于转动平台2上，馈源喇叭3通过天线支架4分别置于天线反射器1焦点、天线反射器焦点下方。

两个馈源喇叭的输出分别通过正交模耦合器各自接入两套控制模块的全相参接收机信号输入端。

全相参接收机内置有目标工作通道和气象工作通道，全相参接收机信号输入端接收的信号依次经过环行器、大功率限幅器、PIN开关、定向耦合器、射频低噪声放大器后，再分别送入所述目标工作通道和气象工作通道。

信号处理器采用AMTD处理器，信号处理器中设置有与全相参接收机中目标工作通道对应的目标信号处理通道、与气象工作通道对应的气象信号处理通道。

本实用新型采用双套冗余的系统结构，通常天线反射器和馈源喇叭安装在雷达站的天线塔上，电子设备安装在雷达站的设备机房内。本雷达除天线反射器、馈源喇叭、转动平台的转动铰链和汇流环为单套设备外，其余均为双套设备或多通道并联冗余设备，具有良好的连续工作能力。由于天线、馈线等单套设备本身具有很长的使用寿命，因此整机具有很高的任务可靠性指标。

天线反射器与馈源喇叭配合产生天线的波瓣方向图，安装于天线反射器焦点位置的馈源喇叭形成主波束（低波束），而另一个馈源喇叭位于焦点下方，形成辅助波束（高波束）。低波束用于保证系统的探测威力，工作时即发射信号又接收回波；高波束用于抑制近程强杂波，工作时只接收回波信号。天线反射器与馈源喇叭通过天线支架固定在转动平台上，转动平台控制天线波束作方位扫描。转动平台安装了两台互为冗余的驱动马达，旋转机构采用了浸油式润滑系统和长效防腐措施，可保证天线转台的工作寿命在20年以上。

如图3所示。电子设备包括两个发射射频机柜、两个发射电源机柜、两个接收机柜、一个配电机柜和一个驱动控制机柜。其中每个接收机柜包括一套全相参接收机、一套信号处理器、一套雷达监控分机和一套低压电源分机。另外，本实用新型还配有两套独立的雷达监控终端，它是本雷达的维护显示器，可以监控雷达系统的工作状态，显示雷达处理后的回波信号，并能产生系统测试用的模拟目标信号。

本实用新型由全相参接收机的频率源产生系统时钟信号，信号处理器的时序控制插件产生系统触发信号。全相参接收机激励器在系统时钟信号和触发信号的控制下，产生如图4所示的发射信号波形。发射信号波形传送给固态发射机进行功率放大，产生大功率的射频发射信号。发射信号经四端环行器、波导转动铰链、极化器进入低波束馈源喇叭，并由天线反射体聚焦成方位窄波束、仰角超余割平方波束向空间辐射出去，本雷达的仰角威力覆盖图如图5所示。天线波束在天线转台的控制下，通常以12rpm的转速，在水平面作360°方位扫描。当雷达工作在增程模式时，天线波束以6rpm的转速在水平面作360°方位扫描。

从目标上反射回来的回波信号由天线反射面截获、聚焦后，被高/低波束馈源喇叭接收。接收信号经高/低波束馈源的正交模耦合器耦合，分别进入接收机的目标和气象通道，其中正交模耦合器是专门为系统在圆极化工作状态时，接收正交极化的气象回波而设计的。接收信号通过环行器、大功率限幅器（/TR开关）、PIN开关、定向耦合器，进入目标/气象接收机的射频低噪声放大器。放大后的接收信号经波束选择开关控制，进入接收机的工作通道。目标和气象接收机的工作通道对接收信号作下变频、中频放大、A/D和数字正交解调，最终产生相位正交的数字I/Q信号，并分别送目标和气象信号处理器。

信号处理器设有独立的目标信号处理通道和气象信号处理通道，本系统产生全机的时序触发信号，并完成数字脉压和宽、窄脉冲回波信号拼接处理。主脉冲信号的脉冲压缩比为200:1，可以产生23dB信号得益。由于脉冲压缩技术既能增加发射信号的平均功率，扩大雷达作用距离，又能保持雷达系统的距离分辨率，并有效降低邻近频带内的射频源干扰，因此脉压技术是全固态雷达的工作基础。本雷达脉压后的信号波形如图6所示，为了减小大信号脉压副瓣对小信号检测的影响，同时减小脉压副瓣产生假目标的概率，本雷达的脉压副瓣小于-40dB。

本实用新型的信号处理器采用AMTD处理，能在强杂波和恶劣气象条件下提供良好的检测性能。AMTD处理器以5个脉冲为一组，按CPI时序对回波信号进行有限冲击响应滤波（FIR），来区分目标信号和杂波信号。FIR滤波器响应在距离和方位上具有自适应能力。距离自适应由两组自适应加权系数组成，一组用于近距离单元，另一组用于远距离单元。距离的转换与否由杂波图中的杂波强度来决定，在近距离强杂波区，选择一组加权系数来减少零多普勒回波对滤波器输出的影响；在远距离弱杂波区，选择一组与标准速度响应相应的加权系数来提高目标检测性能。FIR滤波器的方位自适应包括选择不同的加权系数作为方位的一个函数，雷达覆盖范围分成256个波束扇区，每个扇区为1.4°。对于每一个方位扇区，有两组距离自适应加权系数，它们根据杂波分布情况使FIR滤波效果达到最佳。

为了避免FIR滤波处理的盲速和使距离模糊回波去相关，系统还采用了CPI重复周期参差措施，以有效减少盲速造成的丢目标。发射频率与脉冲重复频率变化的时序关系如图7所示。

为了有效抑制杂波，FIR滤波器的输出信号经对数变换送恒虚警率（CFAR）电路和自适应门限图来控制系统的虚警。CFAR电路用来抑制与距离相关的气象回波，它计算在当前距离单元前后1.2km的回波平均值，在当前单元上用这两个平均值中较大者作为门限，抑制FIR滤波器输出的剩余背景杂波。FIR滤波器的零多普勒通道的输出用于产生自适应杂波图。杂波图把雷达覆盖范围分成许多存储单元，每个单元在方位上的宽度是1.4°，在距离上前60km以150m为单位步长，超出60km以1200m为单位步长。每个杂波单元都接收零多普勒通道输出的回波信号，并在多次扫描后得到一个动态的杂波平均值。杂波图用于消除固定杂波和另外三个滤波通道输出的剩余杂波。过门限信号被送到目标点迹处理器进行点迹提取。

为了检测低速运动的目标，本系统对多普勒滤波器零频道输出的信息进行Y(0)-Y(4)〔或Y(7)〕运算，这里Y(0)和Y(4)〔或Y(7)〕是零频道求模电路输出的两个相邻频率分量。当无目标时，两者之差代表剩余杂波。这种剩余杂波的N帧统计平均值被存储于叫做剩余杂波图的存储器中。天线每转一周，将得到一帧被刷新的剩余杂波图。零频道处理电路将实时对相继的两帧杂波图同一距离——方位单元中的内容进行比较（相减），其结果有两种可能：一种是在同一距离——方位单元有相同的内容，意味着这里有地物杂波存在，相减输出为零；与此相反，若有低速运动目标，两者相减就不为零。上述处理电路被称为Kalmus滤波器。此外，在非杂波区直接对零号滤波器输出作幅度门限处理，以检测切线飞行的目标。

恒虚警（CFAR）处理能适应各种干扰电平的变化而自动调整检测门限，使系统的虚警率保持恒定。本雷达采用了两种恒虚警电路，一种是噪声恒虚警，简称慢门限，用于抑制噪声电平的干扰；一种是空间恒虚警，简称快门限，用于对付环境杂波电平的干扰。由于S波段的雨回波干扰较强，系统采用单通道频率分集技术使雨回波减小相关性，雨杂波处理后的残余量等效为白噪声，因此恒虚警处理能有效抑制气象干扰。本雷达天馈分系统还设有圆极化工作状态，可以确保系统有效抑制气象干扰。

由于鸟群、地面车辆、复杂气象等回波，在显示屏上为一些不连片的小点，通常称为angel回波，不能用杂波图和CFAR消除，因此必须用自适应门限图（ATM）抬高某些区域的门限来消除。本雷达的ATM在规定大小的图单元内设定一计数门限，其值为3帧只允许出现一个虚警，若在此区域内出现虚警的统计次数超过规定值，则抬高门限，直至达到设定的极限值时为止。

点迹录取和点迹数据处理完成目标点迹数据提取功能，在目标自动检测过程中，单个大目标在原始检测中会形成多个分布在相邻距离和方位上的目标回波，产生目标分裂现象。因此需对过门限信号进行多普勒相关处理，并进行距离和方位凝聚（相关），产生真实的目标位置报告。点迹处理器也采用双套冗余设计，每个通道的点迹处理器均能对两个信号处理通道输出的过门限信号进行点迹提取。

气象信号处理通道通过FIR滤波器、DVIP处理及距离—幅度校正，产生6种电平的气象轮廓点迹。FIR滤波器用于滤除气象回波中的地杂波。DVIP处理不仅是检测气象强度的需要，而且也能抑制非气象信息。由于气象回波的幅值是随着距离的增加而减小的，DVIP输出的气象信息不能正确反映整个探测区域内实际的气象分布状况，因此，DVIP输出的气象信息必须经过距离—幅度校正，才能得到正确的气象强度的分布数据。

目标点迹数据和气象轮廓数据在计算机插件做进一步数据处理，其中本雷达的目标点迹数据与合装的二次雷达点迹数据进行配对形成目标航迹，并进行航迹跟踪处理。处理后的数据形成HDLC格式的点迹/航迹报文，经通信接口插件送空管系统的雷达头数据处理器（RDP）。

Claims

1.全固态S波段近程空管一次雷达，包括有天线装置、全固态发射机，其特征在于：所述天线装置包括天线反射器、馈源喇叭，所述馈源喇叭有两个，分别位于天线反射器的焦点位置、天线发射器焦点位置下方，所述全固态发射机的输出接入所述馈线喇叭的输入端；还包括有结构相同、互成冗余的双套控制模块，每套控制模块包括全相参接收机、信号处理器、雷达终端设备、雷达监控分机，每套控制模块的信号处理器、雷达终端设备、雷达监控分机分别接入局域网中，所述馈源喇叭的输出分别接入两套控制模块的全相参接收机信号输入端，两套控制模块的全相参接收机控制输出端分别接入全固态发射机的输入端，所述信号处理器的控制输出端与全相参接收机的控制输入端连接，信号处理器的信号输入端与全相参接收机的信号输出端连接，所述雷达终端设备输入与信号处理器输出端连接，雷达终端设备输出接入雷达监控分机的输入端。

2.根据权利要求1所述的全固态S波段近程空管一次雷达，其特征在于：天线反射器置于转动平台上，馈源喇叭通过天线支架分别置于天线反射器焦点、天线反射器焦点下方。

3.根据权利要求1所述的全固态S波段近程空管一次雷达，其特征在于：两个馈源喇叭的输出分别通过正交模耦合器各自接入两套控制模块的全相参接收机信号输入端。

4.根据权利要求1所述的全固态S波段近程空管一次雷达，其特征在于：所述全相参接收机内置有目标工作通道和气象工作通道，全相参接收机信号输入端接收的信号依次经过环行器、大功率限幅器、PIN开关、定向耦合器、射频低噪声放大器后，再分别送入所述目标工作通道和气象工作通道。

5.根据权利要求1所述的全固态S波段近程空管一次雷达，其特征在于：所述信号处理器采用AMTD处理器，信号处理器中设置有与全相参接收机中目标工作通道对应的目标信号处理通道、与气象工作通道对应的气象信号处理通道。