一种低空慢速小目标探测雷达装置及其探测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种低空慢速小目标探测雷达装置及其探测方法。所述装置包括圆柱面相控阵雷达天线、综合控制器、发射波形产生单元、若干发射组件、若干幅度相位加权单元、数字信号处理单元。所述综合控制器、信号产生单元、发射波形产生单元顺次连接，各个发射组件连接均与发射波形产生单元连接。本发明专利技术采用开关切换方式实现圆柱面相控阵雷达天线波束方位电扫描，幅度相位加权单元实现雷达波束俯仰多波束覆盖，多通道回波接收与数字波束形成得到方位和差波束、俯仰多波束，实现低空慢速小目标三维快速定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达扫描
，尤其涉及一种低空慢速小目标探测雷达装置及其探测方法。
技术介绍
鸟类是航空器飞行安全的天敌之一，自航空器出现以来，鸟击事件就频繁发生，造成的损失令人痛心疾首。目前，国际航空联合会已经将鸟击事件列为“A类”航空灾难。据统计，北美地区鸟类对军航、民航造成的年损失达数十亿，欧洲飞机起降每万次平均鸟击次数达到5.7次，中国大陆地区，一年发生的鸟击事件就超过500起，造成的直接经济损失超过五千万人民币。另外，近年来小型无人机的快速发展与其管理的严重滞后，让无人机黑飞成为了航空器飞行安全的又一个威胁。2013年底，一架无人机闯进首都机场空域，导致多个航班延误。2014年7月，伦敦一架无人机与空客A320擦肩而过，险些酿成航空灾难。据FAA统计，2015年无人机影响飞行的事件超过1000例，是2014年的4倍。目前，飞鸟、小型无人机等低空慢速小目标目前的探测手段有限，价格昂贵，难以达到快速三维定位、高数据率、全天时全天候工作要求。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种低空慢速小目标探测雷达装置，包括圆柱面相控阵雷达天线、综合控制器、发射波形产生单元、若干发射组件、若干幅度相位加权单元、数字信号处理单元。所述综合控制器、信号产生单元、发射波形产生单元顺次连接，各个发射组件连接均与发射波形产生单元连接。所述综合控制器用于发送控制指令到信号产生单元，并设置扫描模式，根据不同的扫描模式控制各个发射组件及对应开关、阵元工作，并将数字信号处理单元形成的目标点航迹报文进行输出。所述圆柱面相控阵雷达天线的表面分布有M*L阵元，其中，圆柱面天线有M个列线阵，每个列线阵上有L个阵元；所述M、L为正整数，每个阵元均具能够进行电磁波信号的发送与接收，每个阵元为接收雷达回波的一个通道,，每个列线阵对应一个L通道回波下变频单元。所述发射组件具有N个，所述N为圆柱面相控阵雷达同一时刻工作的列线阵个数，每个发射组件具有Q个开关，所述Q=M/N;每个开关对应连接一个幅度相位加权单元；所述发射组件用于产生发射信号，并通过开关的开、合控制，选择其中一个列线阵工作，通过幅度相位加权单元，控制发射信号的强弱和相位，通过阵元发射雷达电磁波信号。幅度相位加权单元包含一个可调节衰减器和一个可调节移相器，用于控制对应列线阵输出的雷达信号的强弱和相位，形成空间发射波束，实现不同俯仰角有不同的波束覆盖。所述信号产生单元用于根据综合控制器的控制指令产生本振信号及参考信号。所述发射波形产生单元根据本振信号及参考信号产生雷达发射射频信号，并将发射信号被均分为N路信号，分别输入到N个发射组件。数字波束形成单元根据不同阵元回波数据以及阵元的序号，对阵元基带信号解析对齐，然后进行数字波束形成，分别合成俯仰方位多波束、和差波束，并将合成的数字波束输出到数字信号处理单元。数字信号处理单元用于对合成的数字波束回波信号进行处理，提取出目标信息，并形成目标点航迹报文，并将报文传输给综合控制器。进一步的，所述扫描模式包括顺序扫描模式、凝视扫描模式；所述顺序扫描模式为沿方位波束编号进行顺次扫描，所述凝视扫描模式为根据指定的方位波束编号及扫描时间进行跳跃扫描。上述低空慢速小目标探测雷达装置的目标探测过程包括如下步骤：步骤一：将所述圆柱面相控阵雷达每列阵元称为一个列线阵，天线列线阵按顺序分别编号为1、2、3.....M；按照列线阵顺序编号方向，分别将各个方位波束编号为方位波束1、方位波束2........方位波束M，各个方向波束对应不同的工作列线阵。步骤二：将各个发射组件分别编号为T1、T2、T3.......TN，并将各个发射组件与其Q个开关、Q个列线阵的编号对应起来。其中，T1的开关为KT1-1、KT1-2、…、KT1-Q，对应的列线阵编号分别为1、N+1、2N+1、…、(Q-1)N+1；T2的开关为KT2-1、KT2-2、…、KT2-Q，对应的列线阵编号分别为2、N+2、2N+2、…、(Q-1)N+2；…；TN的开关为KTN-1、KTN-2、…、KTN-Q，对应的列线阵编号分别为N、2N、3N、…、QN。步骤三：确定雷达的工作模式是顺序扫描模式还是凝视扫描模式，根据扫描的方位波位编号，调整各个方位波位对应的扫描顺序、扫描驻留时间。步骤四：按步骤三确定的扫描方式开始扫描。如需要扫描方位波束1，在方位波束1的扫描持续时间时，合上的开关为：KT1-1、KT2-1、…、KTN-1，其余开关均处于断开状态，编号为1,2,…,N的N个列线阵正常工作，得到方位波束1指向。如需要扫描方位波束2，在方位波束2的扫描持续时间时，合上开关KT2-1、…、KTN-1、KT1-2，其余开关均处于断开状态，编号为2,3,…,N+1的N个列线阵正常工作，得到方位波束2指向。如需要扫描方位波束3，在方位波束3的扫描持续时间时，合上开关KT3-1…、KTN-1、KT1-2、KT2-2，其余开关均处于断开状态，编号为3,4,…,N+2的N个列线阵正常工作，得到方位波束3指向。如需要扫描方位波束4，在扫描方位波束4的扫描持续时间时，合上开关KT4-1…、KTN-1、KT1-2、KT2-2、KT3-2，其余开关均处于断开状态，编号为4,5,…,N+3的N个列线阵正常工作，得到方位波束4指向。……如需要扫描方位波束M-1，在扫描方位波束M-1的扫描持续时间时，合上开关KT(N-1)-Q、KTN-Q、KT1-1、…、KT(N-2)-1，其余开关均处于断开状态，编号为M-1,M,1，…,N-2的N个列线阵正常工作，得到方位波束M-1指向。如需要扫描方位波束M，在扫描方位波束M的扫描持续时间时，合上开关KTN-Q、KT1-1、KT2-1、…、KT(N-1)-1，其余开关均处于断开状态，编号为M,1，…,N-1的N个列线阵正常工作，得到方位波束M指向。进一步的，在步骤四中，每个合上的开关所对应幅度相位加权单元将输入信号分为L路信号，根据不同方位指向，俯仰波束威力覆盖要求，调整每路信号的幅度和相位，使得输出的波束能够在俯仰方向形成多个固定波束，以实现不同俯仰角有不同的波束覆盖。进一步的，在步骤三中，工作的列线阵向空间辐射出由发射网络产生的电磁波信号，当电磁波信号遇到目标时会反射回来，每个阵元单独接收来自空间的目标回波。进一步的，还包括步骤五：工作的列线阵接受目标回波，输入到数字波束形成单元，数字波束形成单元根据不同阵元回波数据以及阵元的序号，对阵元基带信号解析对齐，然后进行数字波束形成，分别合成俯仰多波束、方位和差波束，并将合成的数字波束回波信号输出到数字信号处理单元。进一步的，还包括步骤六：数字信号处理单元对合成的数字波束回波信号进行处理，从俯仰多波束、方位和波束、差波束中，提取出目标信息。进一步的，步骤六中，目标信息包括目标的俯仰角、方位角、距离、方位、速度。进一步的，步骤六中，数字信号处理单元还对目标点迹、航迹信息进行提取，形成目标的点航迹信息。进一步的，还包括步骤七：数字信号处理单元将提取出来的目标信息或目标信息与点航迹信息形成报文，传输给综合控制器，并由综合控制器将输出报文。本专利技术的有益效果为：本专利技术采用开关方式实现圆柱面相控阵雷达天线波束方位电扫描，幅度相位加权单元实现雷达波束俯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低空慢速小目标探测雷达装置，其特征在于，包括圆柱面相控阵雷达天线、综合控制器、发射波形产生单元、若干发射组件、若干幅度相位加权单元、数字信号处理单元，所述综合控制器、信号产生单元、发射波形产生单元顺次连接，各个发射组件连接均与发射波形产生单元连接；所述综合控制器用于发送控制指令到信号产生单元，并设置扫描模式，根据不同的扫描模式控制各个发射组件及对应开关、阵元工作，并将数字信号处理单元形成的目标点航迹报文进行输出；所述圆柱面相控阵雷达天线的表面分布有M*L阵元，其中，圆柱面天线有M个列线阵，每个列线阵上有L个阵元；所述M、L为正整数，每个阵元均具能够进行电磁波信号的发送与接收，每个阵元为接收雷达回波的一个通道,，每个列线阵对应一个L通道回波下变频单元；所述发射组件具有N个，所述N为圆柱面相控阵雷达同一时刻工作的列线阵个数，每个发射组件具有Q个开关，所述Q=M/N; 每个开关对应连接一个幅度相位加权单元；所述发射组件用于产生发射信号，并通过开关的开、合控制，选择其中一个列线阵工作，通过幅度相位加权单元，控制发射信号的强弱和相位，通过阵元发射雷达电磁波信号；幅度相位加权单元包含一个可调节衰减器和一个可调节移相器，用于控制对应列线阵输出的雷达信号的强弱和相位，形成空间发射波束，实现不同俯仰角有不同的波束覆盖；所述信号产生单元用于根据综合控制器的控制指令产生本振信号及参考信号；所述发射波形产生单元根据本振信号及参考信号产生雷达发射射频信号，并将发射信号被均分为N路信号，分别输入到N个发射组件；数字波束形成单元根据不同阵元回波数据以及阵元的序号，对阵元基带信号解析对齐，然后进行数字波束形成，分别合成俯仰方位多波束、和差波束，并将合成的数字波束输出到数字信号处理单元;数字信号处理单元用于对合成的数字波束回波信号进行处理，提取出目标信息，并形成目标点航迹报文，并将报文传输给综合控制器。...

【技术特征摘要】
1.一种低空慢速小目标探测雷达装置，其特征在于，包括圆柱面相控阵雷达天线、综合控制器、发射波形产生单元、若干发射组件、若干幅度相位加权单元、数字信号处理单元，所述综合控制器、信号产生单元、发射波形产生单元顺次连接，各个发射组件连接均与发射波形产生单元连接；所述综合控制器用于发送控制指令到信号产生单元，并设置扫描模式，根据不同的扫描模式控制各个发射组件及对应开关、阵元工作，并将数字信号处理单元形成的目标点航迹报文进行输出；所述圆柱面相控阵雷达天线的表面分布有M*L阵元，其中，圆柱面天线有M个列线阵，每个列线阵上有L个阵元；所述M、L为正整数，每个阵元均具能够进行电磁波信号的发送与接收，每个阵元为接收雷达回波的一个通道,，每个列线阵对应一个L通道回波下变频单元；所述发射组件具有N个，所述N为圆柱面相控阵雷达同一时刻工作的列线阵个数，每个发射组件具有Q个开关，所述Q=M/N;每个开关对应连接一个幅度相位加权单元；所述发射组件用于产生发射信号，并通过开关的开、合控制，选择其中一个列线阵工作，通过幅度相位加权单元，控制发射信号的强弱和相位，通过阵元发射雷达电磁波信号；幅度相位加权单元包含一个可调节衰减器和一个可调节移相器，用于控制对应列线阵输出的雷达信号的强弱和相位，形成空间发射波束，实现不同俯仰角有不同的波束覆盖；所述信号产生单元用于根据综合控制器的控制指令产生本振信号及参考信号；所述发射波形产生单元根据本振信号及参考信号产生雷达发射射频信号，并将发射信号被均分为N路信号，分别输入到N个发射组件；数字波束形成单元根据不同阵元回波数据以及阵元的序号，对阵元基带信号解析对齐，然后进行数字波束形成，分别合成俯仰方位多波束、和差波束，并将合成的数字波束输出到数字信号处理单元;数字信号处理单元用于对合成的数字波束回波信号进行处理，提取出目标信息，并形成目标点航迹报文，并将报文传输给综合控制器。2.如权利要求1或2所述的低空慢速小目标探测雷达装置，其特征在于，所述扫描模式包括顺序扫描模式、凝视扫描模式；所述顺序扫描模式为沿方位波束编号进行顺次扫描，所述凝视扫描模式为根据指定的方位波束编号及扫描时间进行跳跃扫描。3.如权利要求1所述的低空慢速小目标探测雷达装置的目标探测过程，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将所述圆柱面相控阵雷达每列阵元称为一个列线阵，天线列线阵按顺序分别编号为1、2、3.....M；按照列线阵顺序编号方向，分别将各个方位波束编号为方位波束1、方位波束2........方位波束M，各个方向波束对应不同的工作列线阵；步骤二：将各个发射组件分别编号为T1、T2、T3.......TN，并将各个发射组件与其Q个开关、Q个列线阵的编号对应起来；其中，T1的开关为KT1-1、KT1-2、…、KT1-Q，对应的列线阵编号分别为1、N+1、2N+1、…、(Q-1)N+1；T2的开关为KT2-1、KT2-2、…、KT2-Q，对应的列线阵编号分别为2、N+2、2N+2、…、(Q-1)N+2；…；TN的开关为KTN-1、KTN-2、…、KTN-Q，对应的列线阵编号分别为N、2N、3N、…、QN；步骤三：确定雷达的工作模式是顺序扫描模式还是凝视扫描模式，根据扫描的方位波位编号，调整各个方位波位对应的扫描顺序、扫描驻留时间；步骤四：按步骤三确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛雄，陈俊，郑超，魏国华，
申请(专利权)人：四川九洲空管科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51