CN212932938U - 辐射源测向设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种辐射源测向设备，包括：天线阵，包括设置为不同俯仰角度的多个天线单元，用于接收空间域中辐射源发射的电磁辐射信号，所述天线单元的俯仰角度为所述天线单元的法线与所述辐射源测向设备的安装平面之间的夹角；接收机，可通信地连接于所述天线阵，用于将来自所述天线阵的电磁辐射信号转化为中频探测信号；信号处理器，可通信地连接于所述接收机，用于控制接收机的工作参数并对所述中频探测信号进行处理，以获得该辐射源的信号参数和方向信息；以及，伺服转台，所述天线阵、所述接收机和所述信号处理器可旋转地安装于所述伺服转台。这样，可以覆盖不同俯仰角方向的空间域，并实现360°环境空间域内辐射源目标的监测测向。

Description

辐射源测向设备

技术领域

本实用新型总的来说涉及测向技术领域，更具体地，涉及一种辐射源测向设备。

背景技术

辐射无源测向技术是一种非常重要的雷达和通信设备定位技术。然而，现有的辐射源测向设备在实际应用中却存在诸多缺陷。

具体地，由于地表物体对雷达信号的反射干扰，常见的辐射源测向设备对于低仰角环境空间域的辐射源目标测向能力非常差。并且，对于现有的辐射源测向设备而言，为了拓展其探测能力和功能，其代价必然是成本的上升，其原因在于：现有的辐射源测向设备的硬件成本与频带范围、天线数量成正相关关系。还有，现有的辐射源测向设备其探测范围有限，无法实现 360°全空间探测。

基于此，需要一种优化的辐射源测向设备。

实用新型内容

为了满足上述技术需求，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种辐射源测向设备，其采用不同波束角度的天线单元来覆盖不同俯仰角方向的空间域，同时通过伺服转台实现了360°全空间域探测。

根据本申请的一方面，提供了一种辐射源测向设备，其包括：

天线阵，包括以不同俯仰角度设置的多个天线单元，用于接收空间域中辐射源发射的电磁辐射信号，其中，所述天线单元的俯仰角度表示各所述天线单元的法线与所述辐射源测向设备的安装平面之间的夹角；

可通信地连接于所述天线阵的接收机，用于将来自所述天线阵的电磁辐射信号转化为中频探测信号；

可通信地连接于所述接收机的信号处理器，用于控制接收机的工作参数并对所述中频探测信号进行处理，以获得该辐射源的信号参数和方向信息；以及

伺服转台，其中，所述天线阵、所述接收机和所述信号处理器可旋转地安装于所述伺服转台。

在上述辐射源测向设备中，所述多个天线单元，包含至少一北斗天线单元，用于接收北斗卫星发射的定位信号。

在上述辐射源测向设备中，所述多个天线单元中进一步包含至少两组不同频段的测向天线单元，其中，不同频段的信号增益变化小于或等于3dB。

在上述辐射源测向设备中，所述至少两组不同频段的测向天线单元具有不同波束角度的测向天线单元。

在上述辐射源测向设备中，具有相对较窄波束角度的所述测向天线单元的法线指向相对较低的仰角空域；具有相对较宽波束角度的所述测向天线单元的法线指向相对较高的仰角空域。

在上述辐射源测向设备中，至少两组不同波束角度的测向天线单元被实施为4组具有不同波段且不同波束角度的测向天线单元，且每组测向天线单元呈“L”型分布。

在上述辐射源测向设备中，所述北斗天线单元和所述测向天线单元平行。

在上述辐射源测向设备中，所述北斗天线单元的中心与所述测向天线单元所设定的中心重合。

在上述辐射源测向设备中，4组具有不同波段且不同波束角度的测向天线单元被实施为7个X/KA频段宽波束测向天线单元，7个X/KA频段窄波束测向天线单元，7个KU频段宽波束测向天线单元，7个KU频段窄波束测向天线单元。

在上述辐射源测向设备中，每组测向天线单元中各天线单元之间的间距基于其频段和所述辐射源测向设备的检测精度确定。

在上述辐射源测向设备中，所述接收机包括射频开关、微波接收通道和中频切换开关，其中，所述射频开关用于切换自检信号、具有相对较宽波束角度的所述测向天线单元的电磁辐射信号和具有相对较窄波束角度的所述测向天线单元的电磁辐射信号；所述微波接收通道，用于将射频信号转化为中频探测信号；所述中频切换开关用于从所述中频探测信号中筛选出满足预先设定的中频的信号作为中频探测信号。

在上述辐射源测向设备中，所述信号处理器，进一步用于设置所述接收机的工作参数、所述射频开关的工作模式和所述中频切换开关的工作模式。

在上述辐射源测向设备中，所述信号处理器包括定位测向模块，其用于基于所述北斗天线单元和所述测向天线单元所采集的电磁辐射信号确定所述辐射源测向设备的方位角，以及，结合所述方位角度和所述伺服转台的角度信号，确定辐射源的方位角。

在上述辐射源测向设备中，所述伺服转台包括安装平台、伺服电机和支架，所述安装平台被支持于所述支架，其中，所述天线阵、所述接收机和所述信号处理器被设置于所述安装平台上，所述伺服电机用于驱动所述安装平台旋转，以带动所述天线阵、所述接收机和所述信号处理器旋转。

根据本申请实施例的辐射源测向设备采用不同波束角度的天线单元来覆盖不同俯仰角方向的空间域，并且，基于具有相对较窄波束角度的天线单元能够降低射频信号在地表的反射和遮挡问题，以提高设备在低仰角环境空间域的辐射源目标测向能力。

同时，所述辐射源测向设备通过伺服转台实现了360°全空间域探测。

并且，所述辐射源测向设备基于接收机通道复用的思路，通过切换开关矩阵实现设备的工作模式切换，以在增加设备功能和性能的同时还能降低设备的成本。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1图示了根据本申请实施例的辐射源测向设备的框图示意图。

图2图示了根据本申请实施例的所述辐射源测向设备的立体示意图。

图3图示了根据本申请实施例的所述辐射源测向设备的天线阵的布局示意图。

图4图示了根据本申请实施例的所述辐射源测向设备的接收机的框图示意图。

图5图示了根据本申请实施例的所述辐射源测向设备处于第一模式的框图示意图。

图6图示了根据本申请实施例的所述辐射源测向设备处于第二模式的框图示意图。

图7图示了根据本申请实施例的所述辐射源测向设备处于第三模式的框图示意图。

图8图示了根据本申请实施例的所述辐射源测向设备处于第四模式的框图示意图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

示例性设备

图1图示了根据本申请实施例的辐射源测向设备的框图示意图。

如图1所示，根据本申请实施例的辐射源测向设备包括：天线阵10、接收机20、信号处理器30和伺服转台40。天线阵10用于接收空间域中辐射源发射的电磁辐射信号；接收机20用于将来自天线阵10的电磁辐射信号转化为中频探测信号；信号处理器30用于对所述中频探测信号进行处理，以获得该辐射源的信号参数和方向信息；伺服转台40用于旋转天线阵10、接收机20和信号处理器30。

图2图示了根据本申请实施例的辐射源测向设备的立体示意图。如图2 所示，在本申请实施例中，所述伺服转台40包括安装平台41、伺服电机42 和支架43，其中，所述安装平台41被支持于所述支架43，所述天线阵10、所述接收机20和所述信号处理器30被设置于所述安装平台41上，所述伺服电机42用于驱动所述安装平台41旋转，以带动所述天线阵10、所述接收机20和所述信号处理器30旋转，从而旋转所述辐射源测向设备。

更具体地，如图2所示，在本申请实施例中，所述支架43包括至少一个三角支撑结构，用于平稳地支撑所述辐射源测向设备于一安装平面(例如，地面)；所述信号处理器30可直接安装于所述安装平台41上或通过支撑结构安装于所述安装平台41的上方；所述天线阵10和所述接收机20通过支撑结构悬持地安装于所述安装平台41上，并且，与所述安装平台41成预设倾斜角；所述伺服电机42设置于所述安装平台41的上方且所述伺服电机42的旋转轴能够带动所述安装平台41旋转，从而带动所述天线阵10、所述接收机20和所述信号处理器30旋转，以实现360°全空间域探测。

在本申请一个具体示例中，所述接收机20通过同轴线(一种通信数据线)与所述天线阵10实现可通信连接；所述接收机20的信号输出接口亦通过同轴线与所述信号处理器30的信号输入接口实现可通信连接；所述信号处理器30的中频探测信号输入接口也通过同轴线与所述接收机20的中频探测信号输出接口实现可通信连接；所述接收机20的控制接口之间通过线缆进行连接；所述伺服转台40的固定部分包括对外的电源接口和数据接口，其转动部件上设有电源和数据接口，其中，所述伺服转台40的数据接口于所述信号处理器30通过线缆连接。当然，本领域普通技术人员应可以理解，在本申请的其他示例中，所述辐射源测向设备中的部件还可以通过其他连接线进行电连接或可通信地连接，对此，并不为本申请所局限。

进一步地，在本申请实施例中，所述天线阵10包括以不同俯仰角度设置的多个天线单元，其中，所述天线单元的俯仰角度为所述天线单元的法线与所述辐射源测向设备的安装平面之间的夹角。特别地，在本申请实施例中，所述多个天线单元包含至少一北斗天线单元11，用于接收北斗卫星发射的定位信号，也就是，在本申请实施例中，所述天线阵10包括至少一北斗天线单元11，用于接收北斗卫星反射的定位信号，用于对所述辐射源测向设备进行定位。

进一步地，在本申请实施例中，所述多个天线单元中进一步包含至少两组测向天线单元12，以通过所述北斗天线单元11和所述测向天线单元12对空间域中的辐射源进行测向。也就是说，在本申请实施例中，所述天线阵10 中包含至少两种天线单元：北斗天线单元11和测向天线单元12。优选地，在本申请实施例中，所述至少两组测向天线单元12为具有不同频段的至少两组测向天线单元12，并且，优选地，不同频段的信号增益变化小于或等于3dB。

更优选地，在申请实施例中，所述至少两组不同频段的测向天线单元12 具体为具有不同波束角度的测向天线单元12，这里，为了便于说明和理解，将具有较宽波束角度的天线单元定义为宽波束天线单元121，将具有较窄波束角度的天线单元定义为窄波束天线单元122。具体地，例如，高增益窄波束天线的波束宽度为方位45°，俯仰20°，增益大于12Db；低增益宽波束天线波束方位60°，俯仰70°，增益大于2dB。在安装配置中，优选地，具有相对较窄波束的所述测向天线单元12的法线指向相对较低的仰角空域，具有相对较宽波束的所述测向天线单元12的法线指向相对较高的仰角空域，也就是，宽波束天线单元121指向相对较高的仰角空域；窄波束天线单元122的法线指向相对较低的仰角空域，这样，可以消除地表物体对雷达信号的反射干扰，保证对地表附近的辐射源目标的检测精度。

值得一提的是，为了实现“宽波束天线单元121指向相对较高的仰角空域；窄波束天线单元122的法线指向相对较低的仰角空域”，在结构上，所述窄波束天线单元122呈俯视安装，所述宽波束天线单元121呈仰视安装。

更具体地，在本申请一个具体的示例中，至少两组不同波束角度的测向天线单元12实现为4组具有不同波段且不同波束角度的测向天线单元12，每组测向天线单元12的数量为7个。值得一提的是，在本申请实施例中，每组测向天线单元12中各天线单元之间的间距基于其频段和所述辐射源测向设备的检测精度确定。

进一步地，在该示例中，4组所述测向天线单元12按照如图3所示的方式进行布局，即，每组测向天线单元12呈“L”型分布，其中，在图3中，矩形天线单元表示窄波束天线单元122，圆形天线单元表示宽波束天线单元 121。更明确地，在该示例中，4组具有不同波段且不同波束角度的测向天线单元12被实施为7个X/KA频段宽波束测向天线单元12，7个X/KA频段窄波束测向天线单元12，7个KU频段宽波束测向天线单元12，7个KU频段窄波束测向天线单元12。这里，“宽波束”和“窄波束”的定义与如上所述的相同。

并且，在该具体示例中，所述天线阵10包括2个所述北斗天线单元 11，其中，2个所述北斗天线单元11呈直线排列且与所述测向天线单元12 保持平行。优选地，所述北斗天线单元11和所述测向天线单元12平行，且，所述北斗天线单元11的中心与所述测向天线单元12所设定的中心重合。

值得一提的是，在本申请实施例中，所述辐射源测向设备可进一步包括用于保护所述天线阵10的天线罩。优选地，所述天线罩与所述天线阵10保持水平，并且，窄波束天线单元122阵列和宽波束天线单元121阵列采用不同的天线罩。

进一步地，如图4所示，在本申请实施例中，所述接收机20包括射频开关21、微波接收通道22和中频切换开关23，其中，所述射频开关21用于切换自检信号、具有相对较宽波束的所述测向天线单元12的电磁辐射信号和具有相对较窄波束的所述测向天线单元12的电磁辐射信号；所述微波接收通道22，用于将射频信号转化为中频探测信号；所述中频切换开关23 用于从所述中频探测信号中筛选出满足预先设定的中频的信号作为中频探测信号。

更具体地说，所述射频开关21用于切换自检信号、具有相对较宽波束的所述测向天线单元12的电磁辐射信号和具有相对较窄波束的所述测向天线单元12的电磁辐射信号到后端的变频电路进行处理。其中，自检信号由自检信号源产生，其到达所述微波接收通道22的相位和延时非常小，用作对所述微波接收通道22的相位和幅度的差异进行校准。宽波束天线信号 (具有相对较宽波束的所述测向天线单元12的电磁辐射信号)和窄波束天线信号(具有相对较窄波束的所述测向天线单元12的电磁辐射信号)的选择主要由用户选择监测的环境空域的俯仰角决定。当用户选择低仰角空域时，所述射频开关21将选择窄波束天线信号进入后端的所述微波接收通道 22；反之则选择宽波束天线信号进入后端的所述微波接收通道22。

所述微波接收通道22将射频信号转化为中频探测信号，然后传输给所述接收机20后端的中频切换开关23，所述中频切换开关23能够根据用于设置选择匹配的中频探测信号到后续的所述信号处理器30进行处理。在本申请一个具体示例中，可供用户选择的中频具有14个，并且，所述中频切换开关23能够实现4种工作模式：第一种工作模式(如图5所示)、第二种工作模式(如图6所示)、第三种工作模式(如图7所示)、第四种工作模式 (如图8所示)。更具体地，如图5至图8所示，在本申请实施例中，所述中频切换开关23包括第一组开关矩阵(采用单刀三掷开关)，用于可选择地将宽波段天线信号、窄波束信号和校准信号输出到后端的所述微波接收通道 22进行处理；以及，第二组开关矩阵(采用单刀双掷开关)，用于将所述接收机20输出的中频探测信号按工作模式选择输出中频探测信号到后端的所述信号处理器30进行处理。

也就是说，在本申请实施例中，所述辐射源测向设备基于接收机20通道复用的思路进行优化：通过切换开关矩阵实现设备的工作模式切换，从而能够在增加设备功能和性能的同时还能降低设备的成本。

值得一提的是，在本申请实施例中，所述接收机20的工作参数、所述射频开关21的工作模式和所述中频切换开关23的工作模式可通过所述信号处理器30进行设置。也就是说，在本申请实施例中，所述信号处理器30，进一步用于设置所述接收机20的工作参数、所述射频开关21的工作模式和所述中频切换开关23的工作模式。

进一步地，在本申请实施例中，所述信号处理器30，对所述中频探测信号进行处理，以获得该辐射源的信号参数和方向信息。具体来说，在本申请实施例中，所述信号处理器30包括定位测向模块，其用于基于所述北斗天线单元11和所述测向天线单元12所采集的电磁辐射信号确定所述辐射源测向设备的方位角，以及，结合所述方位角度和所述伺服转台40的角度信号，确定辐射源的方位角。优选地，所述定位测向模块被实施为GPS定位测向模块或BD定位测向模块，对此，并不为本申请实施例中。

相应地，在本申请一个具体示例中，所述信号处理器30包括8个ADC 转化通道(模数转化通道)，其中，所述8个ADC转化通道由同一处理芯片控制和数据接收，数据转化过程同步处理。相应地，AD转化后的数据经过预设算法处理便可以得到该辐射源的信号参数和方向信息。

描述了本申请实施例的辐射源测向设备，其采用不同波束角度的天线单元来覆盖不同俯仰角方向的空间域，并且，基于具有相对较窄波束角度的天线单元能够降低射频信号在地表的反射和遮挡问题，以提高设备在低仰角环境空间域的辐射源目标测向能力。

同时，所述辐射源测向设备通过伺服转台40实现了360°全空间域探测。

并且，所述辐射源测向设备基于接收机20通道复用的思路，通过切换开关矩阵实现设备的工作模式切换，以在增加设备功能和性能的同时还能降低设备的成本。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (15)

1.一种辐射源测向设备，其特征在于，包括：

天线阵，包括设置为不同俯仰角度的多个天线单元，用于接收空间域中辐射源发射的电磁辐射信号，所述天线单元的俯仰角度为所述天线单元的法线与所述辐射源测向设备的安装平面之间的夹角；

接收机，可通信地连接于所述天线阵，用于将来自所述天线阵的电磁辐射信号转化为中频探测信号；

信号处理器，可通信地连接于所述接收机，用于控制接收机的工作参数并对所述中频探测信号进行处理，以获得该辐射源的信号参数和方向信息；以及

伺服转台，所述天线阵、所述接收机和所述信号处理器可旋转地安装于所述伺服转台。

2.根据权利要求1所述的辐射源测向设备，其特征在于，所述多个天线单元包含至少一北斗天线单元，用于接收北斗卫星发射的定位信号，并输出天线阵的方位值。

3.根据权利要求2所述的辐射源测向设备，其特征在于，所述多个天线单元中进一步包含至少两组不同频段的测向天线单元，其中，不同频段的信号增益变化小于或等于3dB。

4.根据权利要求2或3所述的辐射源测向设备，其特征在于，所述至少两组不同频段的测向天线单元具有不同波束角度的测向天线单元。

5.根据权利要求4所述的辐射源测向设备，其特征在于，具有相对较窄波束角度的所述测向天线单元的法线指向相对较低的仰角空域；具有相对较宽波束角度的所述测向天线单元的法线指向相对较高的仰角空域。

6.根据权利要求5所述的辐射源测向设备，其特征在于，至少两组不同波束角度的测向天线单元为四组具有不同波段且不同波束角度的测向天线单元，且每组测向天线单元呈“L”型分布。

7.根据权利要求6所述的辐射源测向设备，其特征在于，所述北斗天线单元和所述测向天线单元平行。

8.根据权利要求7所述的辐射源测向设备，其特征在于，所述北斗天线单元的中心与所述测向天线单元所设定的中心重合。

9.根据权利要求6所述的辐射源测向设备，其特征在于，四组具有不同波段且不同波束角度的测向天线单元被实施为7个X/KA频段宽波束测向天线单元，7个X/KA频段窄波束测向天线单元，7个KU频段宽波束测向天线单元，7个KU频段窄波束测向天线单元。

10.根据权利要求9所述的辐射源测向设备，其特征在于，每组测向天线单元中各天线单元之间的间距基于其频段和所述辐射源测向设备的检测精度确定。

11.根据权利要求4所述的辐射源测向设备，其特征在于，所述接收机包括射频开关、微波接收通道和中频切换开关；

所述射频开关用于切换自检信号、具有相对较宽波束角度的所述测向天线单元的电磁辐射信号和具有相对较窄波束角度的所述测向天线单元的电磁辐射信号；

所述微波接收通道，用于将射频信号转化为中频探测信号；以及

所述中频切换开关用于从所述中频探测信号中筛选出满足预先设定的中频的信号作为中频探测信号。

12.根据权利要求11所述的辐射源测向设备，其特征在于，所述信号处理器进一步用于设置所述接收机的工作参数、所述射频开关的工作模式和所述中频切换开关的工作模式。

13.根据权利要求4所述的辐射源测向设备，其特征在于，所述信号处理器包括定位测向模块，其用于基于所述北斗天线单元和所述测向天线单元所采集的电磁辐射信号确定所述辐射源测向设备的方位角，以及，结合所述方位角度和所述伺服转台的角度信号，确定辐射源的方位角。

14.根据权利要求1所述的辐射源测向设备，其特征在于，所述伺服转台包括安装平台、伺服电机和支架，所述安装平台被支持于所述支架，其中，所述天线阵、所述接收机和所述信号处理器被设置于所述安装平台上，所述伺服电机用于驱动所述安装平台旋转，以带动所述天线阵、所述接收机和所述信号处理器旋转。

15.根据权利要求11所述的辐射源测向设备，其特征在于，所述中频切换开关用于实现四种工作模式；以及

所述中频切换开关包括：

第一组开关矩阵，用于可选择地将宽波段天线信号、窄波束信号和校准信号输出到后端的所述微波接收通道进行处理；以及，

第二组开关矩阵，用于将所述接收机输出的中频探测信号按工作模式选择输出中频探测信号到后端的所述信号处理器进行处理。

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