用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種探測系法，尤其是一種用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，屬于雷達探測的【技術領域】。按照本實用新型提供的技術方案，所述用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，包括雷達天線及位于所述雷達天線焦點處的收發饋線通道；所述收發饋線通道包括位于雷達天線焦點處的收發饋源；在鄰近所述雷達天線的焦點處設置至少一路接收饋線通道，所述接收饋線通道包括鄰近雷達天線焦點處的接收饋源，所述接收饋源通過接收饋線與第二接收機連接。本實用新型結構簡單緊湊，能實現對近距離的有效探測，降低探測成本，適應范圍廣，安全可靠。
【專利說明】用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種探測系統，尤其是一種用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，屬于雷達探測的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]雷達探測領域中，特別是當雷達發射機以脈沖方式工作時，為了實現對目標的有效探測，雷達的發射機功率一般不會做得太小，在接收機輸入端必定會設置收發開關、放電管(或PIN管)、大功率限幅器等微波限幅器件，以用來保護接收機不被泄露過來的發射功率燒毀。上述保護用的微波器件存在一個“恢復時間”，即當大功率的發射脈沖過去后會延時一段時間才能恢復通道的導通狀態，雖然這段時間會很短，但會存在一個C* ( τ + ΔΤ)/2的探測盲區(C:光速，τ:發射脈沖寬度，AT:恢復時間)，因此在理論上就無法做到對C*(τ + ΔΤ)/2這段極近距離內目標的探測。
[0003]為了實現近距離探測，往往只能采用雙天線方案(用連續波進行探測不在本案研究的范圍)。一般地，雙天線方案包括第一號天線及第二號天線，用第一號天線實現雷達的發射與接收的作用(理論上可測量盲區以外的信號)，用第二號天線接收回波。由于第二號天線無發射功能，因此可以在接收通道中不用設置存在“恢復時間”的微波器件，在理論上就可以實現近距離的探測。
[0004]但上述的雙天線的方案存在很多問題:1)、需要兩副天線，結構復雜，成本高；2)、為了確?；镜奶綔y性能，天線不可能做得太小，這樣就導致目標與兩副天線間存在一個夾角，隨著距離越近該夾角越大。為了確保探測性能，天線必然做成有很強的方向性。對于近距離的目標，第二號天線接收到的微波能量未必就會增加，而且對角度的測量精度還會下降。因此，雙天線方案對極近距離探測的性能反而是下降的。
[0005]另外，在一些特殊應用場合，比如用雷達實現對昆蟲的探測，往往還要求將天線波束做成圓錐掃描方式，圓錐掃描的速度會很高，而且圓錐掃描的角度是有嚴格要求的，這種需求若用雙天線方案在工程上就很難實施。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，其結構簡單緊湊，能實現對近距離的有效探測，降低探測成本，適應范圍廣，安全可靠。
[0007]按照本實用新型提供的技術方案，所述用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，包括雷達天線及位于所述雷達天線焦點處的收發饋線通道；所述收發饋線通道包括位于雷達天線焦點處的收發饋源；在鄰近所述雷達天線的焦點處設置至少一路接收饋線通道，所述接收饋線通道包括鄰近雷達天線焦點處的接收饋源，所述接收饋源通過接收饋線與第二接收機連接。
[0008]所述收發饋線通道還包括收發開關、發射機、限幅器及第一接收機，收發開關通過收發饋線與收發饋源連接，收發開關與發射機連接，且收發開關通過限幅器與第一接收機的輸入端連接。
[0009]所述發射機通過收發饋源進行信號發射時，第二接收機通過接收饋源及接收饋線接收到信號的功率不大于第二接收機所能承受的功率。
[0010]所述雷達天線包括前饋式雷達天線、后饋式雷達天線或偏饋式雷達天線。
[0011]一種類似的技術方案，所述用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，包括雷達天線及位于所述雷達天線焦點處的收發饋線通道；所述收發饋線通道包括位于雷達天線焦點處的收發饋源；在鄰近所述雷達天線的焦點處設置至少一路接收饋線通道，所述接收饋線通道包括鄰近雷達天線焦點處的接收饋源，所述接收饋源通過接收饋線及微波選通開關與收發饋線通道內的第一接收機的輸入端連接。
[0012]所述第一接收機的輸入端通過微波選通開關還與收發饋線通道的限幅器的輸出端連接，限幅器的輸入端與收發開關連接，收發開關與發射機連接，收發開關通過收發饋線與收發饋源連接。
[0013]本實用新型的優點:在共用同一副天線的前提下，通過設置至少一路接收饋線通道，避免使用起保護作用的限幅器，實現對極近距離目標的探測；通過設置接收饋線通道的接收饋源的空間位置，合理調整接收波束偏離天線法線方向的夾角，并與收發饋線通道共同做圓錐掃描的技術手段，實現對近距離運動目標特性的有效探測，可以解決大功率雷達探測盲區過大的技術難題，提高對極近距離目標的探測能力，在提高探測性能的同時還可降低成本，結構簡單緊湊，適應范圍廣，安全可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型接收機系統的一種實施結構圖。
[0015]圖2為本實用新型接收機系統的另一種實施結構圖。
[0016]圖3為本實用新型在進行圓錐掃描工作探測時的示意圖。
[0017]附圖標記說明:1_天線、2-收發饋源、3-收發饋線、4-收發開關、5-發射機、6_限幅器、7-第一接收機、8-接收饋源、9-接收饋線、10-第二接收機及11-微波選通開關。
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0019]如圖1所示:為了實現近距離的目標探測，本實用新型包括雷達天線I及位于所述雷達天線I焦點處的收發饋線通道；所述收發饋線通道包括位于雷達天線I焦點處的收發饋源2 ;在鄰近所述雷達天線I的焦點處設置至少一路接收饋線通道，所述接收饋線通道包括鄰近雷達天線I焦點處的接收饋源8，所述接收饋源8通過接收饋線9與第二接收機10連接。
[0020]具體地，所述收發饋線通道還包括收發開關4、發射機5、限幅器6及第一接收機7，收發開關4通過收發饋線3與收發饋源2連接，收發開關4與發射機5連接，且收發開關4通過限幅器6與第一接收機7的輸入端連接。
[0021]為了確保雷達對遠距離目標的探測性能，往往在雷達天線I的焦點處設置收發饋源2，發射機5發射出的大功率脈沖信號經收發開關4、收發饋線3輸出到收發饋源2后向雷達天線I輻射微波能量，雷達天線I再將大功率的微波能量向空間定向輻射出去。當處于接收狀態時，雷達天線I將接收到的大部分能量匯聚到焦點處，設置在焦點處的收發饋源2會接收到匯聚在焦點附近的大部分能量，通過收發饋線3、收發開關4、限副器6，最后傳輸到第一接收機7進行放大，第一接收機7將得到的回波信息傳輸給信號處理終端系統，通過信號處理終端系統對第一接收機7傳輸的回波信息處理后，完成對目標的探測任務。上述收發過程是常規雷達的探測方法，可以有效探測到距離為:C* ( τ + ΛΤ)/2盲區以外的回波。
[0022]進一步地，所述發射機5通過收發饋源2進行信號發射時，第二接收機10通過接收饋源8及接收饋線9接收到信號的功率不大于第二接收機10所能承受的功率。
[0023]當在雷達天線I的焦點附近再設置接收饋源8時，通過接收饋線9與第二接收機10連接，在發射機5發射期間，由于接收饋線通道與收發饋線通道不在同一個支路中，耦合到第二接收機10輸入端的功率Pm為:
[0024]PM=[Ps*(SJ/S)*K1+PH]*K0
[0025]其中:PS為雷達天線I向空間定向發射微波在天線口面等效面積中的功率。Sj為接收饋源8在天線口面中的功率投影面積。S為天線口面的功率投影面積。K1為接收饋源8對天線口面發射的微波的接收系數。Ph為包括收發饋源2、收發饋線3、發射機5對接收饋源8通過空間耦合的微波功率。Ktl為接收饋線9的損耗系數。
[0026]由于接收饋源8在天線口面中的功率投影面積與天線口面的功率投影面積之比是很小的，耦合到的功率[PsMSpZShK1]是不大的。對于空間耦合的功率Ph也是很小的，而且總的功率還可以通過接收饋線9的損耗系數Ktl來調節，因此完全可以確保在發射機5發射期間輸入到第二接收機10輸入端的功率小于或等于第二接收機10所能承受的功率，從而可以不用設置限幅器件類的微波保護器件，避免出現收發饋線通道中出現“恢復時間”以阻礙第一收機接7接收信號的情況發生。接收饋源8可通過接收饋線9直接與第一接收機10連接。當發射脈沖寬度τ時間后就可以通過第二接收機10接收天線反射回來的微波信號了，因此在探測距離方面盲區只有:C* τ /2。
[0027]接收饋源8接收信號時，輸入到第二接收機10的回波信號功率Pin:
[0028]Pin= Pi* K2* K0
[0029]其中Ti為雷達天線I接收到的回波功率；K2為接收饋源8的接收系數。
[0030]雖然雷達天線I接收到的回波功率大部分集中在雷達天線的焦點處，但實際上是集中在焦點處的一個具有一定面積的“功率斑點”，接收饋源8就設置在收發饋源2附近，接收饋源8的接收系數不會太小。而且與最遠距離的回波的各種衰減比較，接收系數遠遠大于遠距離的回波衰減，近距離回波的反射功率也很強，可以確保輸入到第二接收機10的回波信號功率Pin遠遠大于第二接收機10的靈敏度，因此，可以對近距離的目標進行有效探測。
[0031]這種狀態盲區與常規雷達相比減少了 C* Δ Τ/2。比如，當發射機5的發射脈沖寬度是0.1 μ S，起保護作用的限幅器6的“恢復時間”是2 μ S，那么現有的雷達探測就無法對315m范圍內的目標進行探測，但通過本實用新型實施例的方案進行探測時，就可探測到15m外的目標(僅是發射脈沖寬度引起的探測盲區)。
[0032]雖然C* Δ T/2的距離(上述實例中為300m)對雷達總的探測距離似乎微不足道，但在許多特殊的應用場合卻很重要。比如，昆蟲探測雷達當天線垂直向上探測時，由于大部分昆蟲分布在低空飛行，按原來的探測技術是無法探測到的，就會失去很多回波信息。
[0033]本實用新型實施例中，所述雷達天線I包括前饋式雷達天線、后饋式雷達天線或偏饋式雷達天線。
[0034]如圖2所示:進一步地，本實用新型包括雷達天線I及位于所述雷達天線I焦點處的收發饋線通道；所述收發饋線通道包括位于雷達天線I焦點處的收發饋源2 ;在鄰近所述雷達天線I的焦點處設置至少一路接收饋線通道，所述接收饋線通道包括鄰近雷達天線I焦點處的接收饋源8，所述接收饋源8通過接收饋線9及微波選通開關11與收發饋線通道內的第一接收機7的輸入端連接。
[0035]所述微波選通開關11可以為多選一選擇器，接收饋線通道接收到的回波信息可以通過第一接收機7傳輸到信號處理終端系統，收發饋線通道也可以將接收到的回波信息通過第一接收機7傳輸到信號處理終端系統。所述信號處理終端系統可以采用現有雷達探測系統中常用的信號處理設備，此處不再贅述。當第一接收機7通過微波選通開關11與接收饋源8、接收饋線9連接，且接收回波信號時，第一接收機7通過接收饋源8及接收饋線9接收到信號的功率不大于第一接收機7所能承受的功率，具體說明可以參考上述對第二接收機10的說明，此處不再贅述。
[0036]所述第一接收機7的輸入端通過微波選通開關11還與收發饋線通道的限幅器6的輸出端連接，限幅器6的輸入端與收發開關4連接，收發開關4與發射機5連接，收發開關4通過收發饋線3與收發饋源2連接。
[0037]—種用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的方法，所述近距離探測的方法包括如下步驟:
[0038]a、在雷達天線I的焦點處設置收發饋線通道，并在雷達天線I的焦點處設置至少一路接收饋線通道，所述接收饋線通道包括接收饋源8及接收饋線9，接收饋源8通過接收饋線9與接收機系統連接；
[0039]所述接收機系統包括第一接收機7及第二接收機10，接收饋源8通過接收饋線9與第二接收機10的輸入端連接，第一接收機7的輸入端連接限幅器6，限幅器6與收發開關4連接，收發開關4與發射機5連接，且收發開關4通過收發饋線3與收發饋源2連接。
[0040]另一種實施方式中，接收機系統僅包括第一接收機7，所述接收饋源8通過接收饋線9及微波選通開關11與收發饋線通道內的第一接收機7的輸入端連接。所述第一接收機7的輸入端通過微波選通開關11還與收發饋線通道的限幅器6的輸出端連接，限幅器6的輸入端與收發開關4連接，收發開關4與發射機5連接，收發開關4通過收發饋線3與收發饋源2連接。
[0041]b、收發饋線通道的發射機5通過收發饋源2向雷達天線I輻射微波能量，雷達天線I將大功率的微波能量向空間定向輻射出去；
[0042]具體發射過程為,發射機5發射出的大功率脈沖信號經收發開關4、收發饋線3輸出到收發饋源2后向雷達天線I輻射微波能量，雷達天線I再將大功率的微波能量向空間定向輻射出去。
[0043]C、當經過發射機5發射出大功率脈沖信號的發射脈沖寬度后且在達到收發饋線通道的限幅器6的恢復時間前，通過接收饋源8接收雷達天線I反射回來的微波信號，并通過接收饋線9將接收饋源8接收的回波信號通過接收機系統傳輸至信號處理終端系統，以實現對近距離目標的探測；
[0044]由上述可知，當發射機5發射大功率的脈沖信號時，限幅器6需要經過一個恢復時間才能進行工作，恢復時間為AT。在達到限幅器6的恢復時間前，為了實現對近距離目標的探測，需要通過接收饋線通道的接收饋源8及接收饋線9將回波信號傳輸到接收機系統，并通過接收機系統傳輸至信號處理終端系統，由信號處理終端系統對接收饋源8接收的回波信號處理后，實現對近距離目標的探測。
[0045]d、當經過限幅器6的恢復時間后，通過收發饋線通道接收雷達天線I反射回來的微波信號，經過限幅器6將接收的回波信號通過接收機系統傳輸至信號處理終端系統，以實現對所需距離目標的探測。
[0046]所述步驟d中，在通過收發饋線通道接收雷達天線I反射回來的微波信號，經過限幅器6將接收的回波信號通過接收機系統傳輸至信號處理終端系統的同時，信號處理終端系統還接收通過接收饋源8、接收饋線9傳輸的回波信號。通過收發饋線通道接收的回波信號在經過信號處理終端系統處理后，能實現遠距離目標的探測。在具體實施時，信號處理終端系統在進行遠距離探測時，可以即通過收發饋線通道的回波信號進行處理得到，也可以通過接收饋線通道的回波信號處理得到，信號處理終端系統對回波信號的處理過程為本【技術領域】人員所熟知，此處不再贅述。
[0047]所述收發饋源2及接收饋源8繞同一軸高速旋轉，得到以收發饋源2為通道的收發波束的圓錐掃描，以及以接收饋源8為通道的接收波束的圓錐掃描。
[0048]如圖3所示，O點為雷達天線I的中心，OF是雷達天線I的中心軸的指向(即法線方向)，以收發饋源2為通道的收發波束的指向是0A，與雷達天線I的法線之間的夾角設為α ;以接收饋源7為通道的接收波束指向是0C，與雷達天線I的法線之間的夾角設為β。當收發饋源1、接收饋源8圍繞著雷達天線I的法線以角速度ω高速旋轉時，則有兩個波束分別以夾角α和β圍繞著天線法線做角速度為ω的高速圓錐掃描。
[0049]雷達天線波束的特性(波束寬度、方向性、增益等性能指標)和天線形式、收發饋源
2、接收饋源8與雷達天線I焦距的空間位置有關。由于接收饋源8比收發饋源2遠離雷達天線I的中心線，這會導致夾角β稍大于夾角α，這些特性更有利于對近距離運動目標的探測。
[0050]假設α=0.1°，當投影距離為L (假設為2000m)處，有一個運動物體M (比如昆蟲M)從圖3所示方向飛過雷達天線I的正前方，若雷達天線I的轉速ω和雷達發射頻率的組合恰好可以讓波束OA (夾角為α )在每轉中正對移動物體M進行兩次掃描，這樣可以很好地計算出移動物體M的運動速度和運動方向。若在投影距離R (假設為150m)處有一個運動特性完全一樣的運動物體N (比如昆蟲N)按圖3所示方向飛過雷達天線I的正前方，若繼續用波束OA進行探測，顯然除了探測盲區的因素外，從空間關系上可以發現，波束對目標沒有進行有效照射，探測性能無法保證。只有用波束OC (B卩:以較大夾角β)進行圓錐掃描才有可能進行有效探測。
[0051]夾角β的值與重點探測的距離R、天線轉速ω、發射的頻率以及運動目標的速度V有關。因此，可以根據需要合理設置接收饋源8的空間位置，調整其接收波束的夾角β至理想的位置對目標進行有效探測。對于需要對多段重點距離的目標進行探測，可以增設多個類似于接收饋源8和第二接收機10的接收通道來實現。
[0052]圖3中，假設天線的轉速ω (轉/秒)與發射頻率的組合恰好可以讓波束OC在每轉中正對運動物體N進行兩次掃描，兩次掃描的時間T=0.5/ ω，則波束OC的夾角β，則有
[0053]β = arctg (V/ ω /2/R)
[0054]若波束OA (夾角為α )也恰好可以在每轉中正對運動物體M進行兩次掃描，則β和α的關系為:
[0055]β =arctg (L.tg a /R)
[0056]設L=2000m, α =0.1。，R=150m，貝丨J:
[0057]β =arctg (2000.tg0.1/150) =1.33。。
[0058]在雷達探測領域，往往認為:1)、對雷達探測距離的研究重點是對目標的遠距離探測。2)、饋源偏離天線焦點會降低雷達對目標的探測性能；3)、大夾角的圓錐掃描波束，無論對精密跟蹤雷達或其它用途的雷達而言意義不大。
[0059]本實用新型實施例中，通過在雷達天線I的焦點處同時設置接收饋線通道與收發饋線通道，通過接收饋線通道在達到限幅器6的恢復時間前接收反射回波信號，實現近距離的目標探測，不僅改變了以往的認識誤區，還可以拓寬雷達天饋線研究的新領域、延伸出新的研究課題，據此可開發出新的雷達品種。
[0060]本實用新型在共用同一副天線的前提下，通過設置至少一路接收饋線通道，避免使用起保護作用的限幅器6，實現對極近距離目標的探測；通過設置接收饋線通道的接收饋源8的空間位置，合理調整接收波束偏離天線法線方向的夾角，并與收發饋線通道共同做圓錐掃描的技術手段，實現對近距離運動目標特性的有效探測，可以解決大功率雷達探測盲區過大的技術難題，提高對極近距離目標的探測能力，在提高探測性能的同時還可降低成本，達到意想不到的探測效果。
【權利要求】
1.一種用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，包括雷達天線(I)及位于所述雷達天線(I)焦點處的收發饋線通道；所述收發饋線通道包括位于雷達天線(I)焦點處的收發饋源(2);其特征是:在鄰近所述雷達天線(I)的焦點處設置至少一路接收饋線通道，所述接收饋線通道包括鄰近雷達天線(I)焦點處的接收饋源(8)，所述接收饋源(8)通過接收饋線(9)與第二接收機(10)連接。
2.根據權利要求1所述的用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，其特征是:所述收發饋線通道還包括收發開關(4)、發射機(5)、限幅器(6)及第一接收機(7)，收發開關(4)通過收發饋線(3)與收發饋源(2)連接，收發開關(4)與發射機(5)連接，且收發開關(4)通過限幅器(6)與第一接收機(7)的輸入端連接。
3.根據權利要求2所述的用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，其特征是:所述發射機(5)通過收發饋源(2)進行信號發射時，第二接收機(10)通過接收饋源(8)及接收饋線(9)接收到信號的功率不大于第二接收機(10)所能承受的功率。
4.根據權利要求1所述的用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，其特征是:所述雷達天線(I)包括前饋式雷達天線、后饋式雷達天線或偏饋式雷達天線。
5.一種用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，包括雷達天線(I)及位于所述雷達天線(I)焦點處的收發饋線通道；所述收發饋線通道包括位于雷達天線(I)焦點處的收發饋源(2);其特征是:在鄰近所述雷達天線(I)的焦點處設置至少一路接收饋線通道，所述接收饋線通道包括鄰近雷達天線(I)焦點處的接收饋源(8)，所述接收饋源(8)通過接收饋線(9)及微波選通開關(11)與收發饋線通道內的第一接收機(7)的輸入端連接。
6.根據權利要求5所述用雙路饋線實現大功率雷達近距離探測的系統，其特征是:所述第一接收機(7)的輸入端通過微波選通開關(11)還與收發饋線通道的限幅器(6)的輸出端連接，限幅器(6)的輸入端與收發開關(4)連接，收發開關(4)與發射機(5)連接，收發開關(4 )通過收發饋線(3 )與收發饋源(2 )連接。
【文檔編號】G01S7/02GK203630358SQ201320839742
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】張鹿平 申請人:張鹿平
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
