CN202119909U - 一种ka频段有源相控阵前视成像着陆雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种ka频段有源相控阵前视成像着陆雷达系统，包括天线分系统、收发分系统、数字信号处理机和显控分系统；天线分系统由Ka频段一维有源相控阵天线和毫米波变频模块构成；收发分系统由信道频综中间件和频率合成器组成；信道频综中间件一端与毫米波变频模块相连接，另一端与数字信号处理机相连接；显控分系统与数字信号处理机相连接；频率合成器分别与毫米波变频模块、信道频综中间件和数字信号处理机相连接。该系统具备前视扫描成像功能，能对目标场景及固定位置的信标进行成像，让飞行员在飞机降落实时“看到”跑道，减轻了飞行员的心理压力，还具有体积小、质量轻、易安装、不易受雨雾天气影响等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及微波雷达电子技术领域，具体涉及一种航空雷达领域中应用的ka 频段有源相控阵前视成像着陆雷达系统。
背景技术
近年来发生的多起坠机事故，均与天气条件有关。事后经相关专家分析，多起事件均与能见度不满足航空降落标准以及飞行员判断和操作失误相关。根据现有机场近进系统设计原理，机场盲降系统通过发送信标的方式引导飞机进入降落区间，但受近进系统波束宽度影响，在飞机高度降落到200m后，机长将依据能否看见跑道来判断是否具备降落条件。若能提供充足的技术手段，使机长在200m高度上清晰地“看”见跑道，将大幅降低恶劣天候对降落带来的风险。
现有飞机盲降系统多利用地面精确近进雷达及空管系统，在低可视条件下提供着陆引导，属于被动式盲降系统，在实际使用中存在以下缺点。
a.地面无法准确了解飞机姿态，提供降落信息不直接。
b.飞行员无法感知跑道上是否存在障碍。
c.飞行员无法获得跑道图像，在200m高度若无法看到跑道则必须做出是否放弃降落的决策，心理压力极大。
国内已有单位利用红外、可见光传感器结合虚拟实现技术，研究低能见度着陆雷达系统，但红外、可见光传感器易受雨雾环境影响，着陆雷达系统不能充分发挥效能，迫切需要研制使用雷达传感器的着陆雷达系统。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：针对于现有技术的不足，提供一种ka 频段有源相控阵前视成像着陆雷达系统，该系统为采用ka频段的一维相控阵技术、距离高分辨技术、波束锐化技术来构建的主动式盲降系统，具备前视扫描成像功能，能对目标场景及固定位置的信标进行成像，让飞行员在飞机降落实时“看到”跑道，减轻了飞行员的心理压力，还具有体积小、质量轻、易安装、不易受雨雾天气影响等优点。
为达到上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案为：提供一种ka频段有源相控阵前视成像着陆雷达系统，其特征在于：包括设置在飞机头部的天线分系统、收发分系统、数字信号处理机和设置在驾驶舱内的显控分系统；所述天线分系统、收发分系统和数字信号处理机分别与外接24V电源相连接；所述天线分系统由Ka频段一维有源相控阵天线和毫米波变频模块构成；所述Ka频段一维有源相控阵天线与毫米波变频模块相连接；所述收发分系统由信道频综中间件和频率合成器组成；所述信道频综中间件一端与毫米波变频模块相连接，另一端与数字信号处理机相连接；所述显控分系统通过密封电缆与数字信号处理机相连接；所述频率合成器分别与毫米波变频模块、信道频综中间件和数字信号处理机相连接。
综上所述，本实用新型所提供的ka频段有源相控阵前视成像着陆雷达系统具有如下优点：1.雷达工作在8mm频段，与红外和可见光相比具有良好的穿透能力，可在3km外对跑道和跑道两侧场景进行前视成像；2.毫米波频段波长短，可实现小于1o的窄波束，可获得0.1o的方位精度，对信标角反射器进行精确定标；3.毫米波频率较高，便于使用大带宽信号能够获得高距离分辨率；4.有源相控阵电扫技术使波束在成像区域快速扫描，形成每秒20帧的实时雷达成像，为虚拟场景提供重要场景和位置信息；5.结合机上惯组姿态和高度仪信息，可虚拟跑道可见光场景；6.利用前视成像雷达的辅助虚拟实现技术，可让飞行员实时的地“看见”跑道和场景，该场景随飞机操控时姿态变化而实时响应，能直观看到跑道前的障碍物以及跑道的实际状况，为飞行员提供安全可靠的盲降引导。
附图说明
图1为ka频段有源相控阵前视成像着陆雷达系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，该ka频段有源相控阵前视成像着陆雷达系统包括设置在飞机头部的天线分系统、收发分系统、数字信号处理机和设置在驾驶舱内的显控分系统；所述天线分系统、收发分系统和数字信号处理机分别与外接24V电源相连接；所述天线分系统由Ka频段一维有源相控阵天线和毫米波变频模块构成；所述Ka频段一维有源相控阵天线与毫米波变频模块相连接；所述收发分系统由信道频综中间件和频率合成器组成；所述信道频综中间件一端与毫米波变频模块相连接，另一端与数字信号处理机相连接；所述显控分系统通过密封电缆与数字信号处理机相连接；所述频率合成器分别与毫米波变频模块、信道频综中间件和数字信号处理机相连接。
所述天线分系统、收发分系统和信号处理机安装在一个独立的机箱内，安装于飞机头部，显控分系统放置于驾驶舱，两者之间用专用密封电缆连接。所述天线分系统、收发分系统和信号处理机由电源分配板统一分配24V电源，由各分系统内部的二次电源模块产生所需的二次电源电压，显控分系统由显示屏及相关软硬件构成。
飞机距离机场跑道入口3km范围内时，驾驶员通过显控分系统上的控制界面操控雷达，雷达对机场跑道入口及两边信标（角反射器）的定位信息传到显控分系统的显示界面上，结合飞机自身的高度信息数据和姿态信息数据，利用虚拟模拟技术，在界面上形成跑道虚拟图像，引导驾驶员进行飞机着陆操作。
所述天线分系统由Ka频段一维有源相控阵天线和毫米波变频模块构成，收发共用，用于发射和接收毫米波电磁信号。所述频率合成器用于产生雷达系统所需X band及S band相参本振信号，同时产生数字信号处理的采样时钟信号。所述数字信号处理机将输入的和差信号在串口控制指令和内部时序控制信号的统一控制下，经AD转换变成数字信号后，再经数字下变频、距离向脉冲压缩、方位向匹配滤波、FFT、和差双通道比幅处理后，形成目标回波的图像信息和雷达内部状态信息。所述显示控制分系统由显示屏和相应的显示软硬件构成，其根据飞机的高度数据和姿态数据，产生的机场跑道虚拟场景图像，与数字信号处理机输出的信标距离与角度信息进行融合处理，形成机场跑道入口和两边的三维视景图像信息，供飞机驾驶员观察跑道入口的位置和场景。
在飞机机头安装ka AESA一维相控阵天线，在机场跑道入口和两侧安装角反射器。当ka AESA前视成像着陆雷达处于发射时，由波形产生器产生的大带宽脉冲调频信号通过微波变频放大模块和毫米波变频模块两次上变频到毫米波频段，放大到合适功率后由和口激励天线分系统，在指定方向上形成发射波束。当发射信号遇到机场跑道入口和两边信标角反射器后，反射后的回波信号经天线分系统中的和差信号接收器，形成和通道及航向差通道两路信号，由毫米波变频模块和微波变频放大模块两次变频和放大处理后，送数字信号处理机进行软件算法处理。
本实用新型以上通过由附图所示实施例的具体实施方式，是对本实用新型的上述内容作出的进一步详细说明，但不应将此理解为本实用新型上述的主题的范围仅限于所描述的实例。
Claims (1)
1.一种ka频段有源相控阵前视成像着陆雷达系统，其特征在于：包括设置在飞机头部的天线分系统、收发分系统、数字信号处理机和设置在驾驶舱内的显控分系统；所述天线分系统、收发分系统和数字信号处理机分别与外接24V电源相连接；所述天线分系统由Ka频段一维有源相控阵天线和毫米波变频模块构成；所述Ka频段一维有源相控阵天线与毫米波变频模块相连接；所述收发分系统由信道频综中间件和频率合成器组成；所述信道频综中间件一端与毫米波变频模块相连接，另一端与数字信号处理机相连接；所述显控分系统通过密封电缆与数字信号处理机相连接；所述频率合成器分别与毫米波变频模块、信道频综中间件和数字信号处理机相连接。
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