CN218630184U - 一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置，包括晶振、压腔振荡器、锁相环、功分器、发射天线、接收天线和回波信号处理模块；所述晶振的输出端与压腔振荡器的输入端连接，压腔振荡器与锁相环相互连接，压腔振荡器的输出端与所述功分器的输入端连接，所述功分器的输出端分别连接发射天线和回波信号处理模块，接收天线接收回波信号输入到所述回波信号处理模块的输入端。本实用新型体积小、重量轻。可安装在超音速靶弹上，具有全天候、非协同、抗干扰能力强、测量精度高等特点。

Description

一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置

技术领域

本实用新型涉及靶弹测量技术领域，尤其涉及一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置。

背景技术

超音速靶弹是用于防空武器系统进行试验鉴定以及部队训练用的实物靶标，它可以比较真实的模拟来袭目标的目标特性，如飞行速度、飞行高度、机动特性、RCS反射特性等，能够为防空导弹、空空导弹武器系统的战技性能指标考核和边界条件的检验提供必要条件，同事，也能够为防空导弹、空空导弹武器系统的改进升级提供必要的试验信息，是靶场定型\鉴定试验过程中考核防空导弹、空空导弹武器系统性能的重要保障装备。具备超音速巡航能力是四代战机的典型特征，目前第四代作战飞机已经在部分国家装备和服役。面对第四代作战飞机的空中威胁，迫切需要具备超音速巡航飞行能力的超音速靶弹来模拟四代机，真实反映防空武器装备的性能，及时发现防空武器装备存在的问题，改进提升和发展防空武器装备。飞行速度快、飞行空域大、飞行时间长、使用维护成本低的超音速靶弹成为发展趋势。

防空武器装备在空中靶弹射击时，若未击中靶弹，需要知道偏离的方向、角度以及偏离的速度，以便在后续设计中予以改进，提高命中率。脱靶量是衡量防空武器性能的一个重要指标，实时脱靶量计算在试验任务中的快速判决起到了重要作用，脱靶量测量设备成为靶场射击训练重要的测量手段，因此，如何测量脱靶量是目前需要考虑的问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置，检测数据率高，可同时对多个高速小目标进行脱靶量检测的超音速靶弹调频连续波脱靶量测量设备雷达。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置，它包括晶振、压腔振荡器、锁相环、功分器、发射天线、接收天线和回波信号处理模块；

所述晶振的输出端与压腔振荡器的输入端连接，压腔振荡器与锁相环相互连接，压腔振荡器的输出端与所述功分器的输入端连接，所述功分器的输出端分别连接发射天线和回波信号处理模块，接收天线接收回波信号输入到所述回波信号处理模块的输入端。

所述回波信号处理模块包括混频器、滤波器、中频信号放大器和信号处理器；所述接收天线接收的回波信号输入到所述混频器，混频器的输出端与所述滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与所述中频信号放大器的输入端连接，中频信号放大器的输出端与所述信号处理器的输入端连接；所述功分器的输出端与所述混频器的输入端连接。

所述信号处理器包括两个A/D变换器、FPGA和DSP；所述中频信号放大器输出中频I信号和中频Q信号到对应的A/D变换器，两个A/D变换器与所述FPGA相互连接，FPGA的输出端与DSP的输入端连接，DSP输出脱靶量信号给FPGA，FPGA最后输出同步控制与通信信号。

还包括通道选择开关，所述信号处理器的输出端与通道选择开关连接，通道选择开关有多个通道，每个通道分别与接收天线和发射天线连接，通过通道选择开关选择不同的通道，实现该通道上的发射天线发射信号或者接收天线接收回波信号。

本实用新型具有以下优点：一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置，体积小、重量轻。可安装在超音速靶弹上，具有全天候、非协同、抗干扰能力强、测量精度高等特点。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图；

图2为信号处理器的原理示意图；

图3为脱靶量测量示意图；

图4为多普勒频率随距离变化示意图；

图5为信号处理时序控制示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。

如图1所示，本实用新型具体涉及一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置，它包括晶振、压腔振荡器、锁相环、功分器、发射天线、接收天线和回波信号处理模块；

所述晶振的输出端与压腔振荡器的输入端连接，压腔振荡器与锁相环相互连接，压腔振荡器的输出端与所述功分器的输入端连接，所述功分器的输出端分别连接发射天线和回波信号处理模块，接收天线接收回波信号输入到所述回波信号处理模块的输入端。

所述回波信号处理模块包括混频器、滤波器、中频信号放大器和信号处理器；所述接收天线接收的回波信号输入到所述混频器，混频器的输出端与所述滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与所述中频信号放大器的输入端连接，中频信号放大器的输出端与所述信号处理器的输入端连接；所述功分器的输出端与所述混频器的输入端连接。

如图2和图5所示，信号处理器工作是采用正负调制方式，具有较强的抗干扰能力，信号处理器包括两个A/D变换器、FPGA和DSP；所述中频信号放大器输出中频I信号和中频Q信号到对应的A/D变换器，两个A/D变换器与所述FPGA相互连接，FPGA的输出端与DSP的输入端连接，DSP输出脱靶量信号给FPGA，FPGA最后输出同步控制与通信信号。

还包括通道选择开关，所述信号处理器的输出端与通道选择开关连接，通道选择开关有多个通道，每个通道分别与接收天线和发射天线连接，通过通道选择开关选择不同的通道，实现该通道上的发射天线发射信号或者接收天线接收回波信号。

本实用新型包括四路收发天线、发射组合、接收组合和信号处理。发射组合连接四路发射天线，发射组合发射调频连续波激励信号，通过发射天线对外发送射频信号，发射组合并且为接收组合提供本振信号。接收组合连接四路接收天线，接收组合通过四路接收天线接收回波信号，接收组合由高频放大器、混频器、滤波器、中频信号放大器等组成，接收组合通过接收天线接收目标回波信号经过处理后送信号处理。信号处理主要负责将来自接收组合的I、Q正交视频信号转换为数字信号，进行数字处理。数字处理包括时域相关处理、频域FFT处理、恒虚警检测等。信号处理产生伪随机开关序列、伪随机调相序列，送发射组合和接收组合进行相位调制和通道选择。信号处理发送指令改变雷达的信号形式、工作参数和信号处理。

本实用新型的工作过程如下：脱靶量测量装置工作时，晶振产生稳定的时钟信号，送至压腔振荡器经锁相环控制产生连续高频等幅波，其频率在时间上按锯齿波规律变化。经功分器，小部分功率给混频器作本振，大部分功率经天线向外发射。目标回波信号返回到接收天线，经过高放后送混频器。信号处理发送指令高速切换(微秒级)，同步控制发射和接收的相应通道。在无线电波传播到目标并返回天线的这段时间内，回波频率较之发射频率已有了变化，因此在混频器输出端便出现了差频电压。差频电压的频率包含有目标的距离信息，因此经过滤波、放大、A/D变换后送信号处理，信号处理通过对差频信号采样，对采样的数据进行数字滤波、FFT变换获得频差，波束合成、MTI、MTD、CFAR等信号处理以及相关建航、滤波等数据处理，最终获得雷达测得的脱靶量信息，将脱靶量距离和所在方位传送给通信系统。

脱靶量测量装置雷达安装于靶弹上，假设弹速最大为2Ma，飞机最大速度为3Ma，故二者之间最大径向速度为5Ma，也即为1700m/s。雷达对高速目标测量时，会带入多普勒频率，导致测距错误。

其中，多普勒频率计算公式为：

由多普勒频率带入的距离误差计算公式为：

其中v为与测量设备的径向速度，λ为发射信号波长，f_d为多普勒速度，F_m为发射信号带宽，T_m为发射信号时宽，C为光速，Δd为多普勒频率引入的距离误差。

所以，由计算可知，当径向速度为5Ma时，Δd多普勒频率引入的距离误差越明显。在实际使用中，目标相对雷达的径向速度是变化的，在近区变化更为明显。

如图3所示，给出了雷达测量目标脱靶量示意图，其中O为雷达位置，椭球为波束覆盖示意图，箭头方向为目标运动方向。

如图4所示，给出了多普勒频率随时间变化的仿真图。其中，v分别为1000m/s和1700m/s，航路捷径OD(脱靶量)从右至左为2m、4m、8m、12m和20m。

从图中可以看出，多普勒频率是时变的，在目标航路与雷达点垂直点(航路捷径处)取得脱靶量值，此时径向速度为零，多普勒频率为零，多普勒频率引入距离误差也为零。故当目标未击中雷达时，脱靶量点处测量与速度无关，脱靶量是准确的，因此只要设备可测到脱靶量点，即可准确报出脱靶量值。

对导弹等较大防空武器装备目标，其弹头RCS约为0.1㎡。射击时，一般为迎头、或小角度偏转迎头射击(如图3)，此种射击情况下，导弹脱靶量点一定会在雷达主波束内。并且RCS会随着雷达照射角度发生变化。考虑到射弹与雷达波束的几何关系，可以圆柱体形式来仿真目标的雷达截面积。计算公式如下：

其中，R为圆柱体半径，L为圆柱体长度，θ角为雷达波束法线与圆柱体竖向法线的夹角。在本脱靶量测量装置的频段条件下，目标RCS仿真情况可以看出在目标航向与雷达垂直处，也即脱靶量点处，目标RCS比0.1㎡增大几十倍，测量距离在本脱靶量测量装置的检测范围内。本脱靶量测量装置对导弹等较大防空武器装备目标航向与雷达垂直时，即该类目标穿过雷达波束时，该类目标反射的能量可以被检测到。

因此雷达探测该类目标时，在近端受最大作用距离、俯仰波宽、检测周期影响计算可得，达可探测目标5～13次，对外输出1～4次目标点。

当对导弹等较大防空武器装备目标穿过雷达波束时，脱靶量点处距离最近，且RCS此处最大，目标反射能量最强，因此在脱靶量处目标信噪比最大。以此在探测点中选出脱靶量点，因此，本实用新型可探测到目标脱靶量点，且脱靶量数据准确。

对目标速度为1700m/s，雷达可探测到一次，需保证目标穿行波束覆盖内距离为。目标反射回波能量与距离关系如下公式所示：

对导弹等较大防空武器装备目标，故在本脱靶量测量装置的全向空域，目标从进到全出时间内，均可被本雷达发现，计算可以得到此类目标可以被雷达探测到2～6次，对外输出1～2次目标点。

因此，对于导弹等较大防空武器装备目标，在雷达检测距离范围内，均可被本脱靶量测量装置检测到。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置，其特征在于：它包括晶振、压腔振荡器、锁相环、功分器、发射天线、接收天线和回波信号处理模块；

所述晶振的输出端与压腔振荡器的输入端连接，压腔振荡器与锁相环相互连接，压腔振荡器的输出端与所述功分器的输入端连接，所述功分器的输出端分别连接发射天线和回波信号处理模块，接收天线接收回波信号输入到所述回波信号处理模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置，其特征在于：所述回波信号处理模块包括混频器、滤波器、中频信号放大器和信号处理器；所述接收天线接收的回波信号输入到所述混频器，混频器的输出端与所述滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与所述中频信号放大器的输入端连接，中频信号放大器的输出端与所述信号处理器的输入端连接；所述功分器的输出端与所述混频器的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置，其特征在于：所述信号处理器包括两个A/D变换器、FPGA和DSP；所述中频信号放大器输出中频I信号和中频Q信号到对应的A/D变换器，两个A/D变换器与所述FPGA相互连接，FPGA的输出端与DSP的输入端连接，DSP输出脱靶量信号给FPGA，FPGA最后输出同步控制与通信信号。

4.根据权利要求2所述的一种超音速靶弹调频连续波脱靶量测量装置，其特征在于：还包括通道选择开关，所述信号处理器的输出端与通道选择开关连接，通道选择开关有多个通道，每个通道分别与接收天线和发射天线连接，通过通道选择开关选择不同的通道，实现该通道上的发射天线发射信号或者接收天线接收回波信号。

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