CN111708012A - 一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达 - Google Patents

一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，包括四面阵雷达壳体，所述相控阵天线阵面均采用仰角倾斜15°安装，四个所述相控阵天线阵面覆盖360°范围；所述四面阵雷达壳体的外周底部设置有风扇，每个所述风嘴组件上均连通设置有大出风口、右小出风口和左小出风口，所述大出风口共有四个且出风端分别朝向机箱的对应侧，位于同一侧的所述右小出风口和左小出风口的出风端均朝向同侧的相控阵天线阵面与四面阵雷达壳体的相贴处。本发明提供了Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，可以实现360°的全方位覆盖，无需机械转动机构，内置有全覆盖、针对化、高效性的散热降温，确保装置在高温环境下的长期稳定运行，非常值得推广。

Description

一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达
技术领域
本发明涉及低空预警雷达技术领域，具体为一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达。
背景技术
低空预警雷达主要完成雷达周边无人机等低、小、慢目标的搜索、捕获、跟踪等任务，可以测量目标参数，为其他设备提供目标信息，以及对于一些低空小型无人机及低、小、慢目标全方位的探测，确定目标的运行轨迹、速度和运动方向，能够将探测目标的绝对位置、速度、时间等信息实时提供给上级指挥部门及有关单位使用。
现有技术中，申请号为“201820066712.7”的一种低空安全防御预警雷达，包括：FPGA单元、发射机信号调理电路、功率放大电路、信号放大电路、接收机信号调理电路、发射天线以及接收天线，FPGA单元分别与发射机信号调理电路、接收机信号调理电路电连接，发射机信号调理电路与功率放大电路电连接，功率放大电路与发射天线电连接，接收机信号调理电路与信号放大电路电连接，信号放大电路与接收天线电连接，该低空安全防御预警雷达通过FPGA单元收发信号直接的码相位差解算时间差，从而完成无人机目标监测，相比基于脉冲雷达的无人机监测设备具有更高的距离分辨率，可用于化工厂监控中。
但是，其在使用过程中，仍然存在较为明显的缺陷：1、上述装置中使用的喇叭式定向天线为一种波导管终端渐变张开的圆形或矩形截面的微波天线，其覆盖范围较为局限，无法满足部分低空目标的快速搜索、捕获、跟踪等任务；2、上述装置中缺少必要的散热结构，使得预警雷达在长时间工作后，非常容易产生积热，导致电子设备被烧毁，从而影响到装置的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，包括四面阵雷达壳体，所述四面阵雷达壳体的外侧面设置有四个相控阵天线阵面，所述相控阵天线阵面均采用仰角倾斜15°安装，四个所述相控阵天线阵面覆盖360°范围，所述相控阵天线阵面分别通过高温导线电缆和射频电缆与机箱连接，形成控制与数据传输链路；
所述四面阵雷达壳体中固定设置有上框架、下盖板和侧盖板，所述上框架、下盖板和侧盖板之间设置有机箱，所述机箱的底部固定设置有盲插板；
所述四面阵雷达壳体的外周底部设置有风扇，所述风扇的底部设置有进风口，所述风扇上连通设置有风嘴组件，所述风嘴组件共设置有四个，每个所述风嘴组件上均连通设置有大出风口、右小出风口和左小出风口，所述大出风口共有四个且出风端分别朝向机箱的对应侧，所述右小出风口和左小出风口分别设置有四个，位于同一侧的所述右小出风口和左小出风口的出风端均朝向同侧的相控阵天线阵面与四面阵雷达壳体的相贴处，所述四面阵雷达壳体的上方设置有上端盖板，所述上端盖板和四面阵雷达壳体的顶端之间留有缝隙，用作出风口；
所述四面阵雷达壳体的底部中心处固定设置有下转接板，所述下转接板通过光纤与机箱相连接，所述下转接板上设置有罩体；
所述四面阵雷达壳体中设置有整机电源，所述整机电源有市电输入且与下转接板相连接，所述整机电源通过直流多路输出分别与相控阵天线阵面、机箱以及风扇连接。
优选的，所述相控阵天线阵面可拆卸地安装在四面阵雷达壳体的外侧面。
优选的，所述四面阵雷达壳体与相控阵天线阵面的接触面为镂空设置。
优选的，所述机箱的外壳为镂空设置。
优选的，所述风扇设置有八个，位于同一侧的两个所述风扇共用连通于一个风嘴组件。
优选的，所述四面阵雷达壳体的外侧面固定设置有手柄，所述手柄设置为四个。
优选的，所述上框架和机箱之间设置有上密封条，所述下盖板和机箱之间设置有下密封条。
优选的，所述四面阵雷达壳体的内侧设置有天线金属壳体散热器，所述天线金属壳体散热器和对应的相控阵天线阵面之间通过金属层贴合安装。
优选的，所述四面阵雷达壳体的内腔中设置有整机电源散热器，所述整机电源散热器贴设在整机电源上。
优选的，所述四面阵雷达壳体的内腔中设置有机箱外表面散热器，所述机箱外表面散热器共设置有四个且分别设置在机箱接收大出风口吹风的不同侧面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的四个相控阵天线阵面可以实现360°的全方位覆盖，无盲区，同时无需机械转动机构，相比现有普遍采用的具有线性阵列天线、固定波束指向并通过机械扫描的机扫两坐标雷达，显然是本发明更加稳定，规避了转动结构在复杂环境下容易出错受阻的问题，覆盖面也更广；
2、本发明的低空预警雷达对气象环境、低空目标特征复杂化的适应性强，从而能快速稳定地对低、小、慢目标进行搜索、捕获、跟踪、测量目标参数等任务，具有优异的目标监视能力；
3、本发明的Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达能全天候工作，对复杂气象环境不敏感，同时对低空、慢速、小目标反应速度大大优于现有雷达；
4、本发明内置有风扇、风嘴组件、天线金属壳体散热器、整机电源散热器和机箱外表面散热器等多种相关的散热结构，可以实现通风降温，有效保护内部电子设备不会因为持续高热而损坏，且通风***中风向的设置等更加具有针对性，散热效率更高。
本发明提供了Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，可以实现360°的全方位覆盖，无需机械转动机构，因此对复杂环境的适应性更强，反应迅速，具有优异的目标监视能力，内置有全覆盖、针对化、高效性的散热降温，确保装置在高温环境下的长期稳定运行，非常值得推广。
附图说明
图1为本发明的整体结构外观主视示意图；
图2为本发明的整体结构外观仰视示意图；
图3为本发明的整体结构剖面主视示意图；
图4为本发明的风嘴组件的主视示意图；
图5为本发明的风嘴组件的后视示意图；
图6为本发明的天线金属壳体散热器结构主视图；
图7为本发明的天线金属壳体散热器结构侧视图。
图中：1四面阵雷达壳体、2相控阵天线阵面、3机箱、4上框架、5下盖板、6侧盖板、7盲插板、8风扇、9风嘴组件、91大出风口、921右小出风口、922左小出风口、10上端盖板、11下转接板、12罩体、13整机电源、14手柄、15上密封条、16下密封条、17天线金属壳体散热器、18整机电源散热器、19机箱外表面散热器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：
一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，包括四面阵雷达壳体1，四面阵雷达壳体1的外侧面设置有四个相控阵天线阵面2，相控阵天线阵面2是两维的、可波束扫描并且可控制波束指向的的相控阵天线，四个相控阵天线阵面2采用统一时序，同发同收，同时四个阵面采用异频工作设计，相控阵天线阵面2均采用仰角倾斜15°安装，每个相控阵天线阵面2按中心划分为四个象限，每个象限96个阵元，每个象限分别形成一个通道，四个通道通过后端的功分网络分别形成四路接收输出与一路发射输出，四个相控阵天线阵面2覆盖360°范围，无盲区，相控阵天线阵面2分别通过高温导线电缆和射频电缆与机箱3连接，形成控制与数据传输链路。
四面阵雷达壳体1中固定设置有上框架4、下盖板5和侧盖板6，上框架4、下盖板5和侧盖板6之间设置有机箱3，上框架4、下盖板5和侧盖板6的主要作用是将机箱3与外界隔离密封，机箱3内部包含频率源插件、一本阵插件、两块数字版插件、时序波控插件，内部通过电缆或者光纤相互连接，机箱3的底部固定设置有盲插板7，盲插板7为机箱3内部的插件所使用的盲配板，起插件盲插快速定位的功能。
四面阵雷达壳体1的外周底部设置有风扇8，风扇8为直流高速可调速风扇，便于根据实际运用情况而灵活调节，风扇8的底部设置有进风口，风扇8上连通设置有风嘴组件9，风嘴组件9共设置有四个，每个风嘴组件9上均连通设置有大出风口91、右小出风口921和左小出风口922，大出风口91、右小出风口921和左小出风口922均为异形设计，可有效提高风道接触面积，提高散热效率，大出风口91共有四个且出风端分别朝向机箱3的对应侧，由此实现对机箱3四个方向进行全覆盖的吹风散热，右小出风口921和左小出风口922分别设置有四个，位于同一侧的右小出风口921和左小出风口922的出风端均朝向同侧的相控阵天线阵面2与四面阵雷达壳体1的相贴处，由此组合实现对四个相贴处的吹风散热，可见，风嘴组件9能够对机箱3、相控阵天线阵面2与四面阵雷达壳体1的四个相贴处都进行全覆盖的散热，更加具有针对性，散热效果更好，散热能源的有效利用率更高，四面阵雷达壳体1的上方设置有上端盖板10，上端盖板10和四面阵雷达壳体1的顶端之间留有缝隙，用作出风口，进而保证四面阵雷达壳体1的内部温度可以有效环流到四面阵雷达壳体1的外面，完成热量交换，及时散热降温。
四面阵雷达壳体1的底部中心处固定设置有下转接板11，下转接板11通过光纤与机箱3相连接，下转接板11用于负责室外设备与室内设备的电讯连接转接，下转接板11上设置有罩体12，罩体12主要起到了固定密封的功能。
四面阵雷达壳体1中设置有整机电源13，一交流输入多种直流输出，每种直流输出采用隔离设计，整机电源13有市电输入且与下转接板11相连接，整机电源13直流输出采用多种连接器设计，整机电源13通过直流多路输出分别与相控阵天线阵面2、机箱3以及风扇8连接。
作为一个优选，相控阵天线阵面2可拆卸地安装在四面阵雷达壳体1的外侧面，每个相控阵天线阵面2均采用单独可拆卸方式，导线电缆连接与射频电缆连接均采用连接器互联，方便单独阵面可拆卸控制。
作为一个优选，四面阵雷达壳体1与相控阵天线阵面2的接触面为镂空设置，便于及时对相控阵天线阵面2进行通风散热。
作为一个优选，机箱3的外壳为镂空设置，便于及时对机箱3进行通风散热。
作为一个优选，风扇8设置有八个，位于同一侧的两个风扇8共用连通于一个风嘴组件9，这样的设置既可以增大风嘴组件9的出风量，提高散热效果，而且同一侧设置有两个风扇8，不仅使得装置更加稳定，而且在长时间使用后，当其中一个风扇8发生损坏时，另一个风扇8仍然可以正常工作，容错性高，可以有效延长装置的使用寿命。
作为一个优选，四面阵雷达壳体1的外侧面固定设置有手柄14，手柄14设置为四个，手柄14在安装时使用，便于拿取和操作。
作为一个优选，上框架4和机箱3之间设置有上密封条15，下盖板5和机箱3之间设置有下密封条16，起到将其中的机箱3进行密封的功能，防止灰尘或者水汽进入后对机箱3造成损坏。
作为一个优选，四面阵雷达壳体1的内侧设置有天线金属壳体散热器17，天线金属壳体散热器17和对应的相控阵天线阵面2之间通过金属层贴合安装。
作为一个优选，四面阵雷达壳体1的内腔中设置有整机电源散热器18，整机电源散热器18贴设在整机电源13上。
作为一个优选，四面阵雷达壳体1的内腔中设置有机箱外表面散热器19，机箱外表面散热器19共设置有四个且分别设置在机箱3接收大出风口91吹风的不同侧面。
本发明的Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达采用数字阵列技术体制，该技术易于实现多种波束形式，进行灵活的空时资源分配，提高雷达资源利用效率，可以更好地适应多种工作模式需求。数字阵列雷达体系结构简单，可扩充、可重构能力强，空间自由度高，抗有源干扰能力强，其体系架构为“全数字有源阵列+光纤传输+高性能一体化运行平台”。
本发明采用软件***的运行平台采用一体化设计，计算处理节点采用高密度的“FPGA+DSP+CPU”通用计算平台，FPGA负责完成多路数字波束形成，DSP负责完成大量重复的规律性运算，CPU负责多任务处理、管理和通信，这样的组合可以大大提高各节点的运算能力，减少***体积。计算节点可以灵活有效的按需扩展，单个计算节点故障不会影响***运行。
工作原理：本发明包括四个相控阵天线阵面2，相控阵天线阵面2均采用仰角倾斜15°安装，每个相控阵天线阵面2的电扫范围均为方位±45°、俯仰±45°，由此实现四个相控阵天线阵面2覆盖360°范围，能有效实现方位全方向覆盖电扫，而且四个阵面采用统一时序，同发同收，同时四个阵面采用异频工作设计，与现有机械扫描两坐标雷达对比，电扫描具有对低空、慢速、小型等目标的快速搜索、捕获、跟踪，无机械转动机构，对复杂气象环境适应能力更好，使用的稳定性可靠性更好。
在使用过程中，风扇8可打开至处于工作状态，位于同一侧的两个风扇8共用连通于一个风嘴组件9，风扇8产生的气流最终由风嘴组件9上的大出风口91、右小出风口921和左小出风口922吹出，大出风口91共有四个且出风端分别朝向机箱3的对应侧，由此实现对机箱3四个方向进行全覆盖的吹风散热，右小出风口921和左小出风口922分别设置有四个，位于同一侧的右小出风口921和左小出风口922的出风端均朝向同侧的相控阵天线阵面2与四面阵雷达壳体1的相贴处，由此组合实现对四个相贴处的吹风散热，可见，风嘴组件9能够对机箱3、相控阵天线阵面2与四面阵雷达壳体1的四个相贴处都进行全覆盖的散热，更加具有针对性，散热效果更好，散热能源的利用有效率更高，风扇8的底部设置有进风口，四面阵雷达壳体1的上方设置有上端盖板10，上端盖板10和四面阵雷达壳体1的顶端之间留有缝隙，用作出风口，进而保证四面阵雷达壳体1的内部温度可以有效环流到四面阵雷达壳体1的外面，由此完成热量交换，此外，天线金属壳体散热器17通过金属层对相应的相控阵天线阵面2进行散热，整机电源散热器18对整机电源13进行散热，机箱外表面散热器19对机箱3接收大出风口91吹风的不同侧面进行散热，实现全覆盖、针对化、高效性的散热降温，确保装置在高温环境下的长期稳定运行。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，包括四面阵雷达壳体(1)，其特征在于：所述四面阵雷达壳体(1)的外侧面设置有四个相控阵天线阵面(2)，所述相控阵天线阵面(2)均采用仰角倾斜15°安装，四个所述相控阵天线阵面(2)覆盖360°范围，所述相控阵天线阵面(2)分别通过高温导线电缆和射频电缆与机箱(3)连接，形成控制与数据传输链路；
所述四面阵雷达壳体(1)中固定设置有上框架(4)、下盖板(5)和侧盖板(6)，所述上框架(4)、下盖板(5)和侧盖板(6)之间设置有机箱(3)，所述机箱(3)的底部固定设置有盲插板(7)；
所述四面阵雷达壳体(1)的外周底部设置有风扇(8)，所述风扇(8)的底部设置有进风口，所述风扇(8)上连通设置有风嘴组件(9)，所述风嘴组件(9)共设置有四个，每个所述风嘴组件(9)上均连通设置有大出风口(91)、右小出风口(921)和左小出风口(922)，所述大出风口(91)共有四个且出风端分别朝向机箱(3)的对应侧，所述右小出风口(921)和左小出风口(922)分别设置有四个，位于同一侧的所述右小出风口(921)和左小出风口(922)的出风端均朝向同侧的相控阵天线阵面(2)与四面阵雷达壳体(1)的相贴处，所述四面阵雷达壳体(1)的上方设置有上端盖板(10)，所述上端盖板(10)和四面阵雷达壳体(1)的顶端之间留有缝隙，用作出风口；
所述四面阵雷达壳体(1)的底部中心处固定设置有下转接板(11)，所述下转接板(11)通过光纤与机箱(3)相连接，所述下转接板(11)上设置有罩体(12)；
所述四面阵雷达壳体(1)中设置有整机电源(13)，所述整机电源(13)有市电输入且与下转接板(11)相连接，所述整机电源(13)通过直流多路输出分别与相控阵天线阵面(2)、机箱(3)以及风扇(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，其特征在于：所述相控阵天线阵面(2)可拆卸地安装在四面阵雷达壳体(1)的外侧面。
3.根据权利要求1所述的一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，其特征在于：所述四面阵雷达壳体(1)与相控阵天线阵面(2)的接触面为镂空设置。
4.根据权利要求1所述的一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，其特征在于：所述机箱(3)的外壳为镂空设置。
5.根据权利要求1所述的一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，其特征在于：所述风扇(8)设置有八个，位于同一侧的两个所述风扇(8)共用连通于一个风嘴组件(9)。
6.根据权利要求1所述的一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，其特征在于：所述四面阵雷达壳体(1)的外侧面固定设置有手柄(14)，所述手柄(14)设置为四个。
7.根据权利要求1所述的一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，其特征在于：所述上框架(4)和机箱(3)之间设置有上密封条(15)，所述下盖板(5)和机箱(3)之间设置有下密封条(16)。
8.根据权利要求1所述的一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，其特征在于：所述四面阵雷达壳体(1)的内侧设置有天线金属壳体散热器(17)，所述天线金属壳体散热器(17)和对应的相控阵天线阵面(2)之间通过金属层贴合安装。
9.根据权利要求1所述的一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，其特征在于：所述四面阵雷达壳体(1)的内腔中设置有整机电源散热器(18)，所述整机电源散热器(18)贴设在整机电源(13)上。
10.根据权利要求1所述的一种Ku波段四面阵两维数字阵列低空预警雷达，其特征在于：所述四面阵雷达壳体(1)的内腔中设置有机箱外表面散热器(19)，所述机箱外表面散热器(19)共设置有四个且分别设置在机箱(3)接收大出风口(91)吹风的不同侧面。
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