CN108828538B - 雷达发射功率监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种雷达发射功率监测装置；该装置包括依次连接的多个耦合器、多级功率合成器和功率监测组件；耦合器与雷达的接收发射单元连接；每个耦合器用于采集对应的接收发射单元的发射功率；功率合成器用于对每个耦合器采集到的发射功率进行合成，将合成的总功率输入至功率监测组件；功率监测组件用于监测总功率。本发明降低了功率检测设备的复杂性，提高了***的可靠性，同时降低了检测设备的成本。此外，本发明还具备测试雷达各TR组件发射和接收通道幅度相位一致性的功能，以保障雷达***的性能。

Description

雷达发射功率监测装置
技术领域
本发明涉及雷达领域，尤其是涉及一种雷达发射功率监测装置。
背景技术
雷达(radar)是利用电磁波探测目标的电子设备，其发射功率的大小是准确测量目标某些重要参数的必要条件。相控阵雷达采用分布式的发射***，整个雷达***的总发射功率是每个发射机的功率之和。有源相控阵雷达的发射单元为T/R组件，大型相控阵雷达阵面由成千上万个T/R单元构成；在雷达控制单元协同下每个T/R单元都独立进行信号的收发。正常情况下每个T/R单元发射的能量是基本相同的。然而，在实际情况中，受各种因素影响，当雷达在长时间工作时，各T/R组件发射功率大小有较大变化，严重时部分单元会失效。
现有的雷达监测技术对相控阵雷达的每个T/R单元进行发射功率监测，从而检测整个雷达***的发射功率。然而，采用该技术成本过高，设备量大，且可靠性难以保证。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种雷达发射功率监测装置，以降低功率监测设备的复杂性，提高***的可靠性，降低成本。
第一方面，本发明实施例提供了一种雷达发射功率监测装置，该装置包括依次连接的多个耦合器、多级功率合成器和功率监测组件；耦合器与雷达的接收发射单元连接；每个耦合器用于采集对应的接收发射单元的发射功率；功率合成器用于对每个耦合器采集到的发射功率进行合成，将合成的总功率输入至功率监测组件；功率监测组件用于监测总功率。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，耦合器设置于接收发射单元的天线端，用于按照设定的耦合比例采集接收发射单元的发射功率。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，多级功率合成器中，第一级功率合成器中的每个功率合成器连接有多个耦合器；除第一级功率合成器之外的剩余级别的功率合成器中，每个功率合成器连接有多个上一级别的功率合成器；除最后一级功率合成器之外的剩余级别的功率合成器中，每个功率合成器仅连接一个下一级别的功率合成器；最后一级功率合成器连接功率监测组件。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，耦合器与功率合成器之间，以及不同层级的功率合成器之间均通过等长的射频电缆连接。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述装置还包括衰减器，衰减器设置于最后一级功率合成器与功率监测组件之间，用于根据功率监测组件的输入功率范围，调整总功率。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述装置还包括开关部件，开关部件设置于最后一级功率合成器与功率监测组件之间。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，功率监测组件还用于：判断总功率是否在预设的正常功率范围内；正常功率范围根据接收发射单元的额定功率设置；如果否，生成并发出警报信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述功率监测组件还用于接收所上述接收发射单元发射的第一电磁波信号，并得到第一电磁波信号的幅度和相位；上述功率监测组件还用于产生幅度和相位稳定的第二电磁波信号，通过多级功率合成器及耦合器将第二电磁波信号传输至接收发射单元。
第二方面，本发明实施例还提供一种雷达***，该***包括上述雷达发射功率监测装置，还包括接收发射单元。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述***还包括雷达控制单元，雷达控制单元与接收发射单元连接；雷达控制单元还与雷达发射功率监测装置的功率监测组件连接。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供了一种雷达发射功率监测装置；通过每个耦合器采集对应的接收发射单元的发射功率；通过功率合成器对每个耦合器采集到的发射功率进行合成，将合成的总功率输入至功率监测组件；通过功率监测组件监测总功率。该方式降低了功率检测设备的复杂性，提高了***的可靠性，同时降低了检测设备的成本。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种雷达发射功率监测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的4级的功率合成器组成的监测网络结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种雷达***的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的雷达发射功率监测工作示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
非相干散射雷达是研究大气层-电离层-磁层***能量和质量输运以及太阳风-磁层相互作用效应的理想工具；通过发射高功率电磁波，接收电离层中电子的微弱的汤姆逊散射信号从而获取电离层多参量信息。非相干散射探测能高精度地直接探测几乎整个电离层高度上的等离子体中的电子密度、温度、成分、漂移速度(电场)，还能间接探测背景中性大气的温度、风场及内磁层的不均匀体。非相干散射雷达探测具有测量参数多、探测空域广等突出优点，是目前地面探测电离层的最强大手段。
非相干散射雷达的重要功能之一是测量电离层中电子密度的空间和时间变化。其方法是测量电子的散射回波功率大小，进而反演电子密度。根据雷达方程，回波功率的大小不仅与电子密度有关，还与雷达自身参数有关，其中雷达发射功率是一个重要的参数。为了准确测量电子密度的高度和时间变化，剥离发射功率对测量结果的影响，需要对非相干散射雷达发射功率进行实时监测。
从发射功率的角度划分，雷达可分为集中发射体制和分布式发射体制。集中发射体制雷达的发射功率由某个发射装置统一产生和放大，再输送给雷达天线。传统的非相干散射雷达多是集中发射体制，其发射功率的监测相对简单。分布式发射体制雷达的发射功率由多个发射装置同时产生和放大，并行输送给雷达天线，雷达总功率通过天线辐射在空间合成。最常见的分布式发射体制雷达是近些年迅速发展的有源相控阵体制雷达。有源相控阵雷达功率产生放大器数量多，发射功率监测相对复杂。
有源相控阵雷达采用分布式的发射***，T/R组件(Transmitter and ReceiverModular，发射接收模块)是其基本的发射单元，雷达总的发射功率是每个发射单元的功率之和。大型有源相控阵雷达阵面由成千上万个T/R组件构成，每个T/R单元都能独立收发电磁波信号。正常情况下每个T/R单元发射的能量相同。但实际工作中，尤其是雷达在长时间工作时，各T/R组件的发射功率会下降，部分单元甚至会失效。
为了监测雷达的发射功率大小，现有技术采用的方法是对相控阵雷达的每个T/R单元进行发射功率监测，从而对雷达总的发射功率进行监测。现有的高级模块式非相干散射雷达(AMISR，Advanced Modular Incoherent Scattering Radar)主要用于测量地球上层空间电离层等离子体参数。为准确反演等离子体参数，需要对雷达进行发射功率测量，并实时记录发射功率大小。
AMISR采用的方法是独立地对各单元进行功率监测，总功率由各单元功率监测值相加求得，其优势是能同时对单个T、R单元进行功率监测；然而对每个T/R组件加装能功率检测传感器，传感器设备量大，成本过高，且传感器失效的可能性就大；每个单元安装的功率监测模块为有源器件，而且功率监测模块与发射单元共用一个电路板和密闭空间组件内热耗增加，不利于T/R组件的散热。
基于此，本发明实施例提供的一种雷达发射功率监测装置，可以应用于雷达及其他分布式电子设备的功率检测。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种雷达发射功率监测装置进行详细介绍。
参见图1所示的一种雷达发射功率监测装置的结构示意图，该装置包括依次连接的多个耦合器(100a，100b，…，100n)、多级功率合成器(101a，101b，…，101i，…，101m)和功率监测组件102。
耦合器(100a，100b，…，100n)与雷达的接收发射单元连接；每个耦合器用于采集对应的接收发射单元的发射功率。
具体地，耦合器是从无线信号主干通道中提取出一小部分信号的射频器件。耦合度是耦合器的重要指标，是耦合端口与输入端口的功率之比，以dB表示的话，一般是负值。根据设计需要，选取相应耦合度的耦合器。接收发射单元，是相控阵雷达的基本组成部分，完成发射和接收信号的放大、滤波和移相等作用。耦合器放置于接收发射单元的天线端，按照一定比例(耦合度)将接受发射单元的一部分射频功率耦合进入耦合电路。
上述功率合成器(101a，101b，…，101i，…，101m)用于对每个耦合器采集到的发射功率进行合成，将合成的总功率输入至功率监测组件。
具体地，功率合成器将功率分配器(Power divider)反过来用。功率分配器将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器，即上述功率合成器。
上述功率监测组件102用于监测总功率；具体地，功率监测组件对接收到的功率进行实时测量，并对雷达的功率是否处于正常工作功率范围内进行判断，将判断结果发送至雷达控制器。
本发明实施例提供了一种雷达发射功率监测装置，通过每个耦合器采集对应的接收发射单元的发射功率；通过功率合成器对每个耦合器采集到的发射功率进行合成，将合成的总功率输入至功率监测组件；通过功率监测组件监测总功率。该方式降低了功率检测设备的复杂性，提高了***的可靠性，同时降低了检测设备的成本。
本发明实施例还提供了另一种雷达发射功率监测装置，该装置在图1所示的装置基础之上实现。该装置包括多个耦合器、多级功率合成器、功率监测组件、射频电缆和衰减器。耦合器设置于接收发射单元的天线端，用于按照设定的耦合比例采集接收发射单元的发射功率；耦合器可以为无源耦合器。
功率合成器用于对每个耦合器采集到的射频信号合成一路输入至功率监测组件，不改变功率总大小；多级功率合成器中，第一级功率合成器中的每个功率合成器连接有多个耦合器；除第一级功率合成器之外的剩余级别的功率合成器中，每个功率合成器连接有多个上一级别的功率合成器；除最后一级功率合成器之外的剩余级别的功率合成器中，每个功率合成器仅连接一个下一级别的功率合成器；最后一级功率合成器连接功率监测组件。参见图2所示的4级的功率合成器组成的监测网络结构示意图，该网络监测结构应用于包括4096个接收发射单元的相控阵雷达，其中每32个接收发射单元被称为一个有源子阵。监测网络先后由512个1/8合，128个1/4功合器，16个1/8功合器，1个1/16功合成器构成。
射频电缆用于耦合器、功率合成器及功率合成器之间的连接；耦合器与功率合成器之间，以及不同层级的功率合成器之间均通过等长的射频电缆连接，该方式可以确保各接受发射单元的功率合成同步。
衰减器设置于最后一级功率合成器与功率监测组件之间，用于根据功率监测组件的输入功率范围，调整总功率。
进一步地，上述装置还包括开关部件，开关部件设置于最后一级功率合成器与功率监测组件之间。
功率监测组件接收经过衰减器的雷达总功率；进一步地，还用于：判断总功率是否在预设的正常功率范围内；正常功率范围根据接收发射单元的额定功率设置；如果否，生成并发出警报信号。
上述雷达检测装置采用各单元发射功率独立监测方式，通过无源耦合的方式在每个单元的天线端将发射功率耦合一小部分进入监测网络，监测网络将来自各单元的发射功率汇总合成，然后输入功率监测组件进行总功率监测。由于装置中有源器件的数量较少，失效和损坏的可能性降低，热耗降低，***的稳定性大大提高，且成本较低。
本发明实施例还提供一种雷达***，该雷达***的结构示意图如图3所示。该***包括上述雷达发射功率监测装置30，还包括接收发射单元31。接收发射单元，又称T\R组件，是相控阵雷达的基本组成部分，完成发射和接收信号的放大、滤波和移相等作用。T/R组件一般包括发射通道与接收通道，单元电路应包括：本振、上下变频、滤波器、低噪声放大器、功率放大器、双工电路等。
进一步地，上述***还包括雷达控制单元，雷达控制单元与接收发射单元连接；雷达控制单元还与雷达发射功率监测装置的功率监测组件连接。
参见图4所示的雷达发射功率监测工作示意图，基于上述***的另一种雷达***的工作过程如图4所示。该***包括接辐射天线、接收发射单元(T\R组件)、监测主网络、双向耦合器、功率监测组件、和雷达指令和时序控制器(即上述雷达控制器)。该***中共包括4096个T\R组件，每个T\R组件与辐射天线相连，组件末端连接有双向耦合器，每32个T\R组件组成一个有源子阵，共128个有源子阵。监测网络先后由512个1/8功合器，128个1/4功合器，16个1/8功合器，1个1/16功合成器构成。第一级功合器(512个1/8功合器)与每个接收发射单元通过耦合器相连；功合器与耦合器通过射频电缆相连；各单元发射功率按固定比例(本实施例中为1/1000)耦合进入监测网络；监测网络将雷达全阵面的发射单元耦合能量合成，最后通过功率传感器对来自全阵面单元的合成能量进行监测并记录。雷达指令和时序控制器通过数据光纤与功率监测组件及T\R组件，发送指令并接收数据。
此外对于相控雷达***，T\R组件的发射和接收通道幅度相位的一致性对整个雷达***的性能具有重要影响，每隔一段时间，就需要对其进行测试。功率监测组件具备发射和接收电磁波信号的功能；发射电磁波脉冲信号时信号功率和相位稳定性高；接收时能同时能获取信号的幅度和相位值，也能获取信号功率大小。
在对T\R组件的发射通道幅度相位的测试中，功率监测组件用于接收接收发射单元发射的电磁波信号，并得到电磁波信号的幅度和相位；将功率检测组件接收的电磁波信号的幅度和相位与接收发射单元发射的电磁波信号的幅度和相位对比，得到T\R组件的发射通道幅度相位的性能。具体地，测试第N个TR组件的发射通道幅度/相位一致性时，在雷达指令和时序控制器的协调下，使其他TR组件处于关闭状态，只有第N个TR组件处于发射状态，功率监测组件获得第N个组件的发射信号幅度和相位值。
在对T\R组件的接收通道幅度相位的测试中，功率监测组件用于产生幅度和相位稳定的电磁波信号，通过多级所述功率合成器及所述耦合器将电磁波信号传输至所述接收发射单元；将功率检测组件发射的电磁波信号的幅度和相位与接收发射单元接收的电磁波信号的幅度和相位对比，得到T\R组件的接收通道幅度相位的性能。具体地，测试第N个TR组件接收通道幅度相位一致性时，在雷达指令和时序控制器的协调下，使其他TR组件处于关闭状态，只有第N个TR组件处于接收状态，功率监测组件产生固定功率和相位的发射信号，发射信号通过各级功分器(功率合成器反向应用)组成的功分网络和耦合器进入到被测试TR组件，即可获得该TR组件的接收幅度相位值。
对***中所有的T\R组件均进行上述测试，如本***中需要进行4096次测试，可获取所有TR组件的发射接收通道的幅度相位值，从而得到全阵面的TR组件幅度相位一致性情况，为通道补偿提供依据，以保持T\R组件的发射和接收通道幅度相位的一致性。
本发明实施例提供的雷达***，与上述实施例提供的雷达发射功率监测装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
本发明实施例所提供的雷达发射功率监测装置以及雷达***的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***和/或装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种雷达发射功率监测装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的多个耦合器、多级功率合成器和功率监测组件；
所述耦合器与雷达的接收发射单元连接；每个所述耦合器用于采集对应的接收发射单元的发射功率；
所述功率合成器用于对每个所述耦合器采集到的发射功率进行合成，将合成的总功率输入至所述功率监测组件；
所述功率监测组件用于监测所述总功率。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合器设置于所述接收发射单元的天线端，用于按照设定的耦合比例采集所述接收发射单元的发射功率。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多级所述功率合成器中，第一级功率合成器中的每个功率合成器连接有多个所述耦合器；
除所述第一级功率合成器之外的剩余级别的功率合成器中，每个功率合成器连接有多个上一级别的功率合成器；除最后一级功率合成器之外的剩余级别的功率合成器中，每个功率合成器仅连接一个下一级别的功率合成器；
最后一级功率合成器连接所述功率监测组件。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述耦合器与所述功率合成器之间，以及不同层级的所述功率合成器之间均通过等长的射频电缆连接。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括衰减器，所述衰减器设置于最后一级功率合成器与所述功率监测组件之间，用于根据所述功率监测组件的输入功率范围，调整所述总功率。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括开关部件，所述开关部件设置于最后一级功率合成器与所述功率监测组件之间。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率监测组件还用于：
判断所述总功率是否在预设的正常功率范围内；所述正常功率范围根据所述接收发射单元的额定功率设置；
如果否，生成并发出警报信号。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率监测组件还用于接收所述接收发射单元发射的第一电磁波信号，并得到所述第一电磁波信号的幅度和相位；
所述功率监测组件还用于产生幅度和相位稳定的第二电磁波信号，通过多级所述功率合成器及所述耦合器将所述第二电磁波信号传输至所述接收发射单元。
9.一种雷达***，其特征在于，所述***包括权利要求1-8任一项所述的雷达发射功率监测装置，还包括接收发射单元。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述***还包括雷达控制单元，所述雷达控制单元与所述接收发射单元连接；所述雷达控制单元还与所述雷达发射功率监测装置的功率监测组件连接。
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