專利名稱：艦載雷達(dá)的制作方法
艦載雷達(dá)
本發(fā)明涉及無線電定位領(lǐng)域，可以將本發(fā)明應(yīng)用于中排水量和大 排水量艦只。設(shè)計(jì)這種艦載雷達(dá)的目的是用于空中和水面目標(biāo)探測(cè)及 目標(biāo)指示。
對(duì)現(xiàn)代艦載雷達(dá)的要求有提高目標(biāo)探測(cè)距離、雷達(dá)抗干擾能力、 數(shù)據(jù)更新率、工作可靠性和縮短開機(jī)時(shí)間。
與本發(fā)明最接近的雷達(dá)是美國海軍的AN/SPS-49艦載預(yù)警雷達(dá)。 根據(jù)"The Naval Institute Guide to World Naval Weapons Systems 1997-1999"目錄，AN/SPS-49雷達(dá)是一種工作在C波段(850~942 MHz)的兩坐標(biāo)雷達(dá)。在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的余割平方波瓣圖天線提供區(qū) 域監(jiān)視能力。這種天線以機(jī)電式橫向搖滾和縱向俯仰(pitch and roll) 水平穩(wěn)定性見長。這種AN/SPS-49雷達(dá)的發(fā)射機(jī)是電子管發(fā)射機(jī)。
AN/SPS-49雷達(dá)天線發(fā)射和接收的垂直方向?qū)挷ㄊ嬖谌缦氯秉c(diǎn)
空間選擇性差；
不能測(cè)量目標(biāo)仰角；
因?yàn)橹鄙錈o線電波和海面反射無線電波之間的干涉 而在雷達(dá)探測(cè)區(qū)域內(nèi)存在方向圖零點(diǎn)；
高仰角飛行目標(biāo)檢測(cè)性能差(參考"Guide to Radiolocation", 1979，第3巻，第344頁)；
抗干擾能力差。 在AN/SPS-49雷達(dá)中采用電子管發(fā)射機(jī)帶來了如下問題
工作可靠性低；
因?yàn)榘l(fā)射機(jī)的原因而重量重，體積大，需要使用高壓電源，并且它的控制和維護(hù)復(fù)雜；
雷達(dá)開機(jī)時(shí)間長。
本發(fā)明的目的是提供一種C波段雷達(dá)，這種雷達(dá)能夠消除上述不足，或者上述不足之處有顯著改善。
在

圖1中畫出了本發(fā)明中雷達(dá)的結(jié)構(gòu)框圖。這種雷達(dá)包括以下基 本組成-
天線總成，其中結(jié)合了收發(fā)天線2、 IFF天線3、波 導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈4、三通道同軸轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈5和水平旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)6;
波導(dǎo)傳輸線7;
高頻開關(guān)裝置8，它包括波導(dǎo)開關(guān)9、波導(dǎo)開關(guān)環(huán)行
器10、波導(dǎo)負(fù)載11和功率限幅器12;
發(fā)射機(jī)13，它包括三個(gè)放大級(jí)14、 15、 16，還包括
電源17;
高頻接收機(jī)和超高頻信號(hào)整形器(shaper) 18，包括 高頻接收機(jī)19、外差式振蕩器(heterodyne) 20、信 號(hào)整形器21和功率放大器22;
低頻接收機(jī)23;
二次(secondary)數(shù)據(jù)處理裝置24;
艦載雷達(dá)控制、數(shù)據(jù)復(fù)制和顯示單元25。 本發(fā)明的艦載雷達(dá)克服了前面列出的其原型機(jī)的缺點(diǎn)，或者相比 起來不足之處有了顯著改進(jìn)，這是因?yàn)椴捎昧耸瞻l(fā)機(jī)縫隙波導(dǎo)陣列2 和固態(tài)發(fā)射機(jī)13。區(qū)域監(jiān)視由水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的圓天線2和垂直面內(nèi) 同時(shí)進(jìn)行的波束群頻率掃描來實(shí)現(xiàn)。因此能夠獲得很高的空間選擇 性，能夠進(jìn)行目標(biāo)仰角測(cè)量，顯著地減少了海面反射回波、干擾和環(huán) 境噪聲對(duì)雷達(dá)性能的影響。天線2 (方向圖)的掃描方法還能夠保證 橫向搖滾和縱向俯仰電子穩(wěn)定性，從而大大地簡(jiǎn)化天線總成1和波導(dǎo) 傳輸線7，減輕它們的重量，縮小它們的體積。
在
本發(fā)明的雷達(dá)中采用發(fā)射機(jī)13能夠顯著地提高雷達(dá)的可靠 性，最大程度地簡(jiǎn)化發(fā)射機(jī)13的控制電路，數(shù)百倍地降低電源電壓， 降低發(fā)射機(jī)13調(diào)試和工作過程中的安全防護(hù)要求，縮小發(fā)射機(jī)13的 尺寸，顯著地縮短雷達(dá)開機(jī)時(shí)間。
眾所周知，C波段天線的特點(diǎn)是尺寸大，重量重，這些特點(diǎn)極大地限制了它們?cè)诤Ｉ蠠o線電定位中的應(yīng)用，在海上，由于需要在大風(fēng) 載情況下工作，對(duì)天線總成的重量和尺寸有著嚴(yán)格的限制。
在本發(fā)明的雷達(dá)中，采用較輕的縫隙波導(dǎo)頻率掃描天線2，能夠 最大限度地減輕重量，縮小尺寸，減小風(fēng)載。
平板縫隙波導(dǎo)天線2由波導(dǎo)條(waveguide strips)組成，在波導(dǎo) 的窄邊有輻射縫隙。這些波導(dǎo)條與天線2的波導(dǎo)功率分配器連接，這 個(gè)功率分配器是具有波導(dǎo)-同軸定向耦合器的正弦波導(dǎo)(sinusoidal waveguide)。在天線2中，采用減小了壁厚，縮小了截面的波導(dǎo)。這 些波導(dǎo)是天線支撐結(jié)構(gòu)的一部分，因此顯著地簡(jiǎn)化了天線2的支撐結(jié) 構(gòu)。天線2利用樞桿(hinged arms)(錨桿(anchor rods))固定在天 線旋轉(zhuǎn)器(rotator)上，天線旋轉(zhuǎn)器安裝在框架上，這樣一來又一次 能夠大大簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低天線總成1的總高度。
天線總成1的水平旋轉(zhuǎn)由頻率調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(frequency-regulated drive) 6實(shí)現(xiàn)，這個(gè)頻率調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6由三相異步馬達(dá)和變頻器組 成。
使用這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠讓天線2平滑地加速和減速，同時(shí)保持最 大的馬達(dá)軸扭矩來避免急加速和沖擊(jerks and shocks),充分降低天 線總成l結(jié)構(gòu)組件的機(jī)械負(fù)荷。此外，在平滑加速和減速的過程中， 沒有任何馬達(dá)啟動(dòng)電流，達(dá)到固定速度馬達(dá)的七倍速率值，這一特點(diǎn) 能夠充分減少轉(zhuǎn)動(dòng)連接和馬達(dá)本身的電氣負(fù)荷。
在天線總成1的水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6中，釆用安裝在靜止外殼上 的外齒輪和具有水平旋轉(zhuǎn)馬達(dá)繞靜止外齒輪滾動(dòng)的水平旋轉(zhuǎn)減速器， 能夠簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6的結(jié)構(gòu)，縮小其尺寸，減輕其重量，同時(shí)提高天 線總成1旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6的強(qiáng)度和可靠性。
在雷達(dá)中使用收發(fā)天線電子波束穩(wěn)定技術(shù)能夠充分地簡(jiǎn)化天線 總成1的結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴辉傩枰褂貌▽?dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈。這種電子波束穩(wěn)定 技術(shù)建立在從雷達(dá)天線慣性導(dǎo)航、穩(wěn)定和波束角系統(tǒng)收到的數(shù)據(jù)的基 礎(chǔ)之上。
在收發(fā)天線2、發(fā)射機(jī)13和高頻接收機(jī)19之間提供連接的高頻 開關(guān)裝置8采用的是四端口波導(dǎo)開關(guān)環(huán)行器10，在天線2的工作過程中，這個(gè)環(huán)行器10將發(fā)射機(jī)13的輸出端連接到天線2的輸入端， 將天線2收到的信號(hào)傳送到高頻接收機(jī)19。在雷達(dá)調(diào)試的時(shí)候作為 天線2的等效裝置而不會(huì)有自由空間輻射的波導(dǎo)負(fù)載11，連接在環(huán) 行器10的第四個(gè)端口上。
功率限幅器12 (—個(gè)兩級(jí)固態(tài)保護(hù)裝置)能夠在產(chǎn)生高功率脈 沖的瞬間將通過接收路徑的超高頻泄漏功率降低到高頻接收機(jī)19能 夠接受的程度。此外，功率限幅器還能夠保護(hù)接收機(jī)19，防止它受 到鄰近雷達(dá)在天線2上感應(yīng)的非同步強(qiáng)輻射的影響。在這種情況下， 功率限幅器工作在自控制模式。
三級(jí)發(fā)射機(jī)13采用大量的超高頻晶體管放大器模塊。在這里， 功率分配器和功率合成器采用作為橋的魚骨并聯(lián)電路和耦合帶線3 分貝定向耦合器。所有放大器模塊都由通用電源17供電，因此，任 何一個(gè)電源發(fā)生故障的時(shí)候，發(fā)射機(jī)13輸出端信號(hào)功率的下降都最 小。在兩個(gè)相鄰放大器之一發(fā)生故障的情況下，為了保持發(fā)射機(jī)13 輸出功率的總體穩(wěn)定，在功率分配器平衡輸出端(even outputs)設(shè)計(jì) 有120度移相器。發(fā)射機(jī)13使用晶體管放大器將雷達(dá)開機(jī)時(shí)間縮減 到計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)加載時(shí)間。
高頻接收機(jī)19是一個(gè)微型單元，它由低噪聲晶體管放大器、雙 平衡鏡像抑制混頻器和中頻放大功率合成器組成。
超高頻信號(hào)整形器21是一個(gè)微型單元，用于對(duì)低頻接收機(jī)23產(chǎn) 生的線性調(diào)頻(啾啾)信號(hào)進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，使之成為足以供發(fā)射機(jī) 13使用的超高頻信號(hào)。
外差式振蕩器20由兩個(gè)微型單元組成，基于具有開關(guān)型乘法器 和連續(xù)工作的晶體主振蕩器的放大器-乘法器條。
超外差式低頻接收機(jī)23用于信號(hào)捕獲和處理，它包括如下裝置 具有探測(cè)信號(hào)(probing signal)重復(fù)頻率參差的移動(dòng)
目標(biāo)雙重自適應(yīng)數(shù)字選擇； 相干距離信號(hào)選通和不相干距離信號(hào)消隱； 信號(hào)積累； 數(shù)據(jù)復(fù)制。
雷達(dá)控制單元25用于為覆蓋區(qū)提供橫向搖滾和縱向俯仰的電子 穩(wěn)定性，穩(wěn)定(地)坐標(biāo)系中波束坐標(biāo)的測(cè)定，并且將它們輸出給雷 達(dá)數(shù)據(jù)處理和顯示裝置。必要的工作模式選擇、雷達(dá)開/關(guān)都在控制 面板上進(jìn)行。
二次(secondary)數(shù)據(jù)處理裝置24是一個(gè)硬件和軟件組件，該 組件提供以下功能
在存在接收機(jī)噪聲和干擾的條件下進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)；
進(jìn)行目標(biāo)坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量；
一次和二次雷達(dá)數(shù)據(jù)顯示；
目標(biāo)識(shí)別("敵友"、"空中/海面")；
在目標(biāo)跟蹤過程中的掃描路線和探測(cè)信號(hào)(probing
signal)類型控制；
目標(biāo)坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)生成并通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信通道 發(fā)送到外部系統(tǒng)。
裝置24是在一種專用計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，包括雷達(dá)接口模塊和一 組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信通道接口模塊。
在裝置24的顯示屏上顯示出多窗口模式的雷達(dá)數(shù)據(jù)、表格式文 本數(shù)據(jù)、菜單和觸摸屏按鈕，供操縱員使用。在圖1中，雷達(dá)功能單 元之間的電氣連接用箭頭來表示。
在低頻接收機(jī)23中產(chǎn)生中頻線性調(diào)頻信號(hào)，這個(gè)線性調(diào)頻信號(hào) 從它的輸出端進(jìn)入高頻信號(hào)整形器21，在那里將中頻線性調(diào)頻信號(hào) 轉(zhuǎn)換成超高頻信號(hào)。在功率放大器22中經(jīng)過必要的放大以后，將這 一信號(hào)傳送給發(fā)射機(jī)13的輸入端。從發(fā)射機(jī)13輸出經(jīng)過了放大的信 號(hào)，通過開關(guān)裝置8、波導(dǎo)傳輸線7、轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈4，傳送給天線2輻 射出去。
天線2收到的回波信號(hào)經(jīng)過波導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈4、波導(dǎo)傳輸線7、波 導(dǎo)開關(guān)9、波導(dǎo)環(huán)行器10和功率限幅器12到達(dá)高頻接收機(jī)19的輸 入端，在高頻接收機(jī)19中將它放大，轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)，進(jìn)一步傳送 到低頻接收機(jī)23的輸入端，在低頻接收機(jī)23中進(jìn)行主要的處理。這 一信號(hào)從低頻接收機(jī)23傳送到二次數(shù)據(jù)處理裝置24，在其中將信號(hào)進(jìn)行復(fù)制(duplicated),并傳送給信息用戶。工作模式控制在雷達(dá)控 制、數(shù)據(jù)復(fù)制和顯示單元25中實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.艦載雷達(dá)，包含收發(fā)天線、IFF天線、多通道轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈、高頻波導(dǎo)傳輸線、發(fā)射機(jī)、高頻開關(guān)裝置、高頻接收機(jī)和信號(hào)整形器、低頻接收機(jī)、二次數(shù)據(jù)處理裝置和艦載雷達(dá)控制單元，其特征在于這是一種三維艦載雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)了空間選擇性，天線采用縫隙波導(dǎo)和頻率掃描技術(shù)，縫隙波導(dǎo)的寬邊和窄邊縮小了尺寸并且減小了壁厚，其中功率分配器直接固定在輻射條上，天線用不變支撐安裝，該不變支撐由鉸鏈臂組成，安裝在天線座旋轉(zhuǎn)外殼上，具有馬達(dá)的水平旋轉(zhuǎn)減速器位于天線座旋轉(zhuǎn)外殼上，圍繞安裝在靜止外殼上的外齒輪滾動(dòng)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)由頻率增減速度控制異步馬達(dá)提供，發(fā)射機(jī)采用具有大量并行工作的放大器的三級(jí)固態(tài)功率放大器，同時(shí)，功率分配器和功率合成器都采用3分貝定向耦合器，輸出功率的穩(wěn)定由平衡放大器輸出端處的120度移相實(shí)現(xiàn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征還在于除了所述波導(dǎo)探測(cè) 通道以外，所述多通道轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈還包括三根識(shí)別系統(tǒng)同軸電纜。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征還在于結(jié)合到所述波導(dǎo)傳 輸線的波導(dǎo)開關(guān)，該波導(dǎo)開關(guān)是一個(gè)90度轉(zhuǎn)向閥系統(tǒng)。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征還在于與天線等效工作模 式開關(guān)相組合的高頻開關(guān)裝置，該高頻開關(guān)裝置是一個(gè)四端口波導(dǎo)開 關(guān)環(huán)行器，它的第四臂連接了波導(dǎo)負(fù)載。
5. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征還在于在放大器-乘法器條 上的外差式振蕩器，該放大器-乘法器條具有開關(guān)型乘法器和連續(xù)工 作的石英主振蕩器，為輻射出去和收到的信號(hào)提供高相干性，高精度 目標(biāo)定位，縮短頻率選擇時(shí)間，提高信號(hào)頻譜純度，提高移動(dòng)目標(biāo)指 示的效率。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征還在于功率限幅器，該功 率限幅器是一個(gè)兩級(jí)周態(tài)保護(hù)裝置，在探測(cè)脈沖期間，由來自艦載雷 達(dá)控制單元的電流脈沖控制，在暫停期間，進(jìn)入自控制模式，由外部 雷達(dá)的高功率脈沖控制。
全文摘要
艦載雷達(dá)包含收發(fā)天線、IFF天線、多通道波導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈、高頻波導(dǎo)傳輸線、發(fā)射機(jī)、高頻開關(guān)裝置、高頻接收機(jī)和信號(hào)整形器、低頻接收機(jī)、二次數(shù)據(jù)處理裝置和雷達(dá)控制單元。該雷達(dá)是一種三維雷達(dá)，在覆蓋區(qū)具有空間選擇性和電子波束穩(wěn)定能力，并且采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是提高目標(biāo)探測(cè)距離、雷達(dá)抗干擾能力、數(shù)據(jù)更新率、工作可靠性并縮短開機(jī)時(shí)間。
文檔編號(hào)G01S13/06GK101203772SQ200680022053
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2006年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日
發(fā)明者A·D·克拉夫佐夫, A·I·涅莫利亞耶夫, A·V·洛巴諾夫, B·M·格爾佐夫斯基, E·A·佩?？? M·A·克拉薩溫, M·A·卡希林, N·D·博羅金, V·A·帕寧, V·D·塔拉索夫, V·D·波茲尼亞科夫, V·G·皮緬諾夫, V·I·吉爾尤克, V·K·康斯坦丁尼迪, V·P·薩斯洛維奇, V·T·科爾廖夫, Y·I·倫奇 申請(qǐng)人:聯(lián)邦國有企業(yè)“禮炮號(hào)”莫斯科國家工廠