專利名稱：一種氣球雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種氣球雷達(dá)系統(tǒng)，有空中和地面兩個組成部分；利用氣 球?qū)⒗走_(dá)升空，使雷達(dá)能夠探測目標(biāo)的可視距離比雷達(dá)在地面設(shè)置時更遠(yuǎn)；利 用地空無線通信來傳送雷達(dá)探測數(shù)據(jù)，簡化雷達(dá)空中單元的組成。
背景技術(shù)：
由于受地面影響和地球曲率的影響，設(shè)置在地面的雷達(dá)系統(tǒng)無法探測到低 空、超低空飛行以及地球曲率遮擋之下的目標(biāo)，造成雷達(dá)探測的盲區(qū)，盡量抬 高雷達(dá)離地面的高度能增大雷達(dá)可探測目標(biāo)的距離?，F(xiàn)在，人們將雷達(dá)安裝在 高山上或飛機(jī)上，其目的就是為了增大雷達(dá)可探測目標(biāo)的距離。將雷達(dá)安裝在 高山上，雷達(dá)站的建設(shè)施工需要花費很多資金；將雷達(dá)安裝在飛機(jī)上可以得到 更遠(yuǎn)的探測距離，但飛機(jī)雷達(dá)的安裝不但有很高的技術(shù)要求，而且雷達(dá)的使用 費用也很高。不論雷達(dá)在地面上還是在飛機(jī)上工作時，為實現(xiàn)對不同方向上的 目標(biāo)進(jìn)行探測，雷達(dá)天線波束需要在方位進(jìn)行掃描。雷達(dá)天線實現(xiàn)方位掃描需 要一種稱為"旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)"的部件，"旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)"能保證發(fā)射機(jī)的射頻能量在天線 轉(zhuǎn)動時饋送到雷達(dá)天線上和將接收的目標(biāo)回波信號饋送到接收機(jī)。"旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)" 增加了雷達(dá)的復(fù)雜性，也使雷達(dá)發(fā)射和接收的射頻功率遭受到一定的損耗。
發(fā)明內(nèi)容
為了提高雷達(dá)的工作高度，減少將雷達(dá)安裝在高山上和安裝在飛機(jī)上的施 工困難和減少雷達(dá)的使用費用、簡化雷達(dá)組成單元、免去雷達(dá)使用"旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)" 帶來的射頻損耗，本實用新型提供了一種氣球雷達(dá)系統(tǒng)，既能使雷達(dá)升到空中， 增大視距，又能簡化雷達(dá)組成單元，免去"旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)"造成的射頻損耗。本實用新型采取的技術(shù)方案是雷達(dá)有空中和地面兩部分，空中部分有氣 球，轉(zhuǎn)動鉸鏈，吊索，和雷達(dá)艙體固定在一起的雷達(dá)天線，在天線兩側(cè)為反轉(zhuǎn) 的、推動天線做水平轉(zhuǎn)動、形成天線波束方位掃描的電動螺旋槳，有指示雷達(dá) 空間位置和天線方位轉(zhuǎn)動角度的方位傳感器，有直接以高頻形式發(fā)送雷達(dá)目標(biāo) 反射信號、雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動和空間位置數(shù)據(jù)的高頻發(fā)射機(jī)。地面部分有接收空中 部分高頻發(fā)射機(jī)發(fā)送的雷達(dá)目標(biāo)反射信號、雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動和空間位置數(shù)據(jù)的高 頻接收機(jī)，有將空中部分坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地面部分三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的變換裝置。
利用一個氣球?qū)⒗走_(dá)升到高空。雷達(dá)高度與目標(biāo)通視的距離可以用下面公 式進(jìn)行計算
L=4.12 X (H,2+ H21/2) (Km) 其中，1^一雷達(dá)到目標(biāo)的通視距離+ Hr"雷達(dá)高度(m) H2—目標(biāo)高度(m)
例如，當(dāng)雷達(dá)的架設(shè)高度和目標(biāo)的飛行高度均為100m時，則雷達(dá)到目標(biāo)的 最大視線距離為82. 4Km;當(dāng)氣球雷達(dá)的高度為20000m和目標(biāo)的飛行高度為100m 時，則雷達(dá)到目標(biāo)的最大視線距離為623. 86Km。
在結(jié)構(gòu)上，雷達(dá)天線與雷達(dá)本體固定安裝連接，雷達(dá)天線與雷達(dá)本體之間 不再使用"旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)"。為了實現(xiàn)雷達(dá)天線的旋轉(zhuǎn)掃描，在天線的左右兩端各裝 有一個由電動機(jī)帶動的螺旋槳，螺旋槳各自以相反方向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相反的推力， 形成轉(zhuǎn)矩，從而使雷達(dá)天線產(chǎn)生圍繞垂直軸的轉(zhuǎn)動，形成雷達(dá)天線波束的方位 掃描。
利用無線通信線路將目標(biāo)反射信號直接以射頻形式向地面?zhèn)魉?，雷達(dá)目標(biāo)信號的下變頻、中頻放大、信號解調(diào)、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、顯示控制終端等常規(guī)雷 達(dá)所必須的信號流程都在地面進(jìn)行。
本實用新型有益效果是，氣球提升了雷達(dá)高度，增大了雷達(dá)的可視探測距
離；反向轉(zhuǎn)動的螺旋槳推動天線陣面轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生波束掃描，省去了 "旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)"， 去除了因"旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)"造成的射頻損失；地空無線數(shù)據(jù)傳輸簡化了雷達(dá)空中單 元的組成。以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。
附

圖1為氣球雷達(dá)系統(tǒng)的組成方框圖，圖中，1-氣球，2-轉(zhuǎn)動鉸鏈，3-吊 索，4-太陽能電池組，5-雷達(dá)天線，6-電動機(jī)，7-螺旋槳，8-衛(wèi)星定位接收機(jī) 天線，9-雷達(dá)艙體，10-雷達(dá)對地數(shù)據(jù)通信天線，11-衛(wèi)星定位接收機(jī)天線，12-地面站對空中雷達(dá)的數(shù)據(jù)通信天線，13-雷達(dá)系統(tǒng)地面站。
附圖2為雷達(dá)系統(tǒng)空中部分原理方框圖，圖中，5-雷達(dá)天線，8-衛(wèi)星定位 接收機(jī)天線，10-對地數(shù)據(jù)通信天線，14-雷達(dá)收發(fā)開關(guān)，15-接收機(jī)，16-變頻 器，17-調(diào)制器，18-放大器，19-衛(wèi)星定位接收機(jī)，20-數(shù)據(jù)綜合處理器，21-雷達(dá)波束方位磁傳感器，22-發(fā)射機(jī)，23-雷達(dá)定時器，24-太陽能電池組及蓄電 池。
附圖3為雷達(dá)系統(tǒng)地面部分原理方框圖，圖中，11-衛(wèi)星定位接收機(jī)天線， 12-對空數(shù)據(jù)通信天線，25-數(shù)據(jù)接收機(jī)，26-變頻器，27-數(shù)據(jù)解調(diào)器，28-雷達(dá) 數(shù)據(jù)處理器，29-雷達(dá)顯示控制終端，30-衛(wèi)星定位接收機(jī)。
具體實施方式
在圖1中，在氣球的浮力與雷達(dá)空中部分的重量相平衡的預(yù)定高度上，電動機(jī)6帶動螺旋槳7旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生推力。兩個螺旋槳的推力方向相反，形成轉(zhuǎn)矩， 使雷達(dá)艙9和雷達(dá)天線5產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的力，雷達(dá)艙和天線圍繞通過重心的垂 直軸進(jìn)行水平轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)天線波束的水平掃描。轉(zhuǎn)動鉸鏈2使雷達(dá)艙和天線容 易實現(xiàn)與氣球做相對轉(zhuǎn)動。吊索3通過轉(zhuǎn)動鉸鏈2將雷達(dá)與氣球相連，4根吊索 承擔(dān)雷達(dá)的重量。在太陽的照耀下，太陽能電池組4產(chǎn)生電能， 一部分電能提 供給雷達(dá)工作，另一部分電能對蓄電池充電，為雷達(dá)在夜晚沒有太陽照射時的 工作提供電力。雷達(dá)艙體9用于安裝雷達(dá)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、雷達(dá)天線、衛(wèi)星定 位接收機(jī)及天線、蓄電池、雷達(dá)波束方位磁傳感器、數(shù)據(jù)綜合處理器、太陽能 電池組等雷達(dá)組成部分。雷達(dá)天線5用于雷達(dá)探測信號的發(fā)射和目標(biāo)反射信號 的接收，衛(wèi)星定位接收機(jī)天線8接收衛(wèi)星定位信號，然后送到衛(wèi)星定位接收機(jī) 進(jìn)行雷達(dá)三維位置(經(jīng)緯度、高程)的實時解算，雷達(dá)對地數(shù)據(jù)通信天線10將 雷達(dá)目標(biāo)的反射信號，以及雷達(dá)三維位置(經(jīng)緯度、高程)、定時信號、目標(biāo)方 位直接以射頻信號形式發(fā)射到雷達(dá)系統(tǒng)的地面部分。
在圖2中，雷達(dá)天線5用于雷達(dá)探測信號的發(fā)射和目標(biāo)反射信號的接收； 雷達(dá)收發(fā)開關(guān)14在雷達(dá)發(fā)射機(jī)工作時將雷達(dá)天線接到發(fā)射機(jī)，在發(fā)射機(jī)工作結(jié) 束后將天線接到雷達(dá)接收機(jī)；發(fā)射機(jī)22產(chǎn)生雷達(dá)探測所需要的信號形式和必要 的射頻功率；雷達(dá)定時器23為雷達(dá)設(shè)定發(fā)射信號的時間同步，定時器的時間同 步信號將以射頻形式與目標(biāo)反射信號、雷達(dá)三維位置數(shù)據(jù)、目標(biāo)方位數(shù)據(jù)一起 經(jīng)對地數(shù)據(jù)通信天線10發(fā)送到雷達(dá)的地面部分；雷達(dá)接收機(jī)15接收目標(biāo)的反 射信號，并進(jìn)行適當(dāng)放大；然后送到變頻器16進(jìn)行變頻，形成與雷達(dá)發(fā)射頻率 不同的一個數(shù)據(jù)傳輸工作頻率；調(diào)制器17用于將定時器的定時信號、天線波束
掃描時的實際磁方位值和雷達(dá)三維位置數(shù)據(jù)調(diào)制為具有射頻載波的信號；放大 器18將調(diào)制器17的輸出信號進(jìn)行放大，將定時信號、雷達(dá)天線波束指向的磁方位值和雷達(dá)三維位置數(shù)據(jù)連同目標(biāo)反射信號一起，送到對地數(shù)據(jù)通信天線10 發(fā)射到雷達(dá)的地面部分；衛(wèi)星定位接收機(jī)天線8用來接收衛(wèi)星定位信號，定位 衛(wèi)星可以是現(xiàn)在已經(jīng)正常運行的定位衛(wèi)星系統(tǒng)的任意一個或幾個的組合；衛(wèi)星 定位接收機(jī)19將衛(wèi)星定位接收機(jī)天線所接收的定位信號進(jìn)行定位解算，得到雷 達(dá)空中部分的三維位置(經(jīng)緯度、高程)數(shù)據(jù)；雷達(dá)波束方位磁傳感器21用于 指示雷達(dá)波束掃描時的實際磁方位值;數(shù)據(jù)綜合處理器20用于將雷達(dá)定時信號、 定位信號、天線波束掃描時的實際磁方位值和三維位置(經(jīng)緯度、高程)數(shù)據(jù) 進(jìn)行綜合，然后送到調(diào)制器17;太陽能電池組24在陽光照射時產(chǎn)生雷達(dá)工作所 需要的電力及向蓄電池充電的電能，蓄電池為夜間沒有陽光照射時為雷達(dá)提供 電源。
在圖3中，對空數(shù)據(jù)通信天線12接收雷達(dá)空中部分發(fā)送的數(shù)據(jù)高頻信號； 數(shù)據(jù)接收機(jī)25將所接收的高頻信號進(jìn)行放大；變頻器26將接收的高頻信號進(jìn) 行變頻，成為中頻信號后放大，送數(shù)據(jù)解調(diào)器27;數(shù)據(jù)解調(diào)器27將得到中頻信 號進(jìn)行解調(diào)，得到雷達(dá)空中部分天線波束掃描的方位角度、空中雷達(dá)的三維位 置和雷達(dá)時間同步數(shù)據(jù)、目標(biāo)的視頻信號；雷達(dá)數(shù)據(jù)處理器28用來對所接收的 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)定時同步信號和目標(biāo)視頻信號得到雷達(dá)到目標(biāo)的距離，根 據(jù)方位傳感器的指示得到目標(biāo)相對的磁方位角，根據(jù)空中雷達(dá)的三維位置和地 面部分的三維位置進(jìn)行坐標(biāo)變換，將雷達(dá)空中部分的極坐標(biāo)(雷達(dá)天線掃描方 位角和到目標(biāo)的距離)統(tǒng)一為地面部分的直角坐標(biāo)；雷達(dá)顯示終端29用于對氣 球雷達(dá)系統(tǒng)所探測的目標(biāo)進(jìn)行顯示；衛(wèi)星定位接收機(jī)天線11用來接收定位衛(wèi)星 的定位信號；衛(wèi)星定位接收機(jī)30通過定位衛(wèi)星的定位信號得到雷達(dá)地面部分的 三維位置(經(jīng)緯度、高程)數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1、 一種氣球雷達(dá)系統(tǒng)，其特征是有空中和地面兩部分，空中部分有氣球，轉(zhuǎn)動鉸鏈，吊索，和雷達(dá)艙體固定在一起的雷達(dá)天線，在天線兩側(cè)為反轉(zhuǎn)的、推動天線做水平轉(zhuǎn)動、形成天線波束方位掃描的電動螺旋槳。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述氣球雷達(dá)系統(tǒng)，其特征是空中部分有指示雷達(dá) 空間位置和天線方位轉(zhuǎn)動角度的方位傳感器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述氣球雷達(dá)系統(tǒng)，其特征是空中部分有直接以高頻形式發(fā)送雷達(dá)目標(biāo)反射信號、雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動和空間位置數(shù)據(jù)的高頻 發(fā)射機(jī)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述氣球雷達(dá)系統(tǒng)，其特征是地面部分有接收空中 部分高頻發(fā)射機(jī)發(fā)送的雷達(dá)目標(biāo)反射信號、雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動和空間位置 數(shù)據(jù)的高頻接收機(jī)。
5、 據(jù)權(quán)利要求1所述氣球雷達(dá)系統(tǒng)，其特征是地面部分有將空中部分坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地面部分三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的變換裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種氣球雷達(dá)系統(tǒng)，有空中和地面兩部分。空中部分有氣球，轉(zhuǎn)動鉸鏈，吊索，和雷達(dá)艙體固定在一起的雷達(dá)天線，天線兩側(cè)的電動螺旋槳。利用電動機(jī)帶動螺旋槳做相反方向旋轉(zhuǎn)，從而使天線波束圍饒垂直軸做方位轉(zhuǎn)動，形成波束的方位掃描，省去了常規(guī)雷達(dá)必須有的“旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)”；通過地空無線通信鏈路，直接以射頻來傳送雷達(dá)目標(biāo)反射信號，不用對雷達(dá)目標(biāo)反射信號進(jìn)行變換；利用衛(wèi)星定位接收機(jī)取得空中部分的三維位置、磁方位傳感器取得天線波束的方位指向數(shù)據(jù)與地面部分的三維位置數(shù)據(jù)一起在地面進(jìn)行坐標(biāo)變換，實現(xiàn)所探測目標(biāo)雷達(dá)數(shù)據(jù)在地面處理和顯示。
文檔編號G01S13/00GK201133936SQ20072014157
公開日2008年10月15日 申請日期2007年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月21日
發(fā)明者勃 甘 申請人:勃 甘