一种二次雷达装置和方法
阅读说明：本技术 一种二次雷达装置和方法 (Secondary radar device and method ) 是由 罗海 王世民 王爱国 于 2021-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种二次雷达装置和方法,包括相控阵天线单元；以及与所述相控阵天线单元连接的调度单元；所述调度单元用于调度相控阵天线单元的不同天线阵子组阵,从而改变天线波束指向,能够达到360°方位完全覆盖；本发明不需要转台,不会增加制造成本,能够大大提高二次雷达装置平台适应性等。(The invention discloses a secondary radar device and a method, comprising a phased array antenna unit; and a scheduling unit connected to the phased array antenna unit; the scheduling unit is used for scheduling different antenna array sub-arrays of the phased array antenna unit so as to change the direction of antenna beams and achieve the complete coverage of 360-degree azimuth; the invention does not need a rotary table, does not increase the manufacturing cost, and can greatly improve the platform adaptability of the secondary radar device.)
技术领域
本发明涉及二次雷达领域，更为具体的，涉及一种二次雷达装置和方法。
背景技术
二次雷达(Secondary surveillance radar，简称SSR)系统发射1030MHz询问信号，并通过天线对外辐射；同时，通过天线接收机载应答机的1090MHz应答信号来获取目标的位置、高度、航班号、识别代码等信息。二次雷达作为空中交通管制的重要设备，广泛应用于军民航空中交通管制领域，在空域监视和保障飞行安全方面发挥着不可或缺的作用。
二次雷达天线一般通过伺服转台带动天线旋转的方式来实现360°方位覆盖，通常安装在一次雷达天线顶部，跟随一次雷达天线旋转，或者单独安装在伺服转台上，独立工作。
现有二次雷达天线需要架设在一次雷达天线上或者独立安装天线转台和天线。受到配套平台限制，可能存在没有一次雷达的情况，此时需要独立架设二次雷达设备。面对这种情况，一般有两种解决方案：
1、二次雷达天线采用机械天线，处理主机安装在地面设备舱内，此时因为需要传输和、差、控制三路射频信号，需要独立架设带有旋转关节的转台。这种转台一般售价几十万，国外可靠性高的转台售价更是高达上百万，大大增加了设备制造成本。
2、二次雷达采用相控阵天线，处理主机安装在地面设备舱内。天线呈三角形布局，每个阵面负责120°方位覆盖。由于每个阵面扫描范围较大，扫描到大角度时，天线方向图较差。采用此方案的设备一般选择大阵面的相控阵天线，单个天线机械尺寸达到四、五米，此时整个阵面尺寸较大。很多小平台，受平台尺寸限制，无法安装如此大尺寸天线阵面。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二次雷达装置和方法，需要转台，不会增加制造成本，能够大大提高二次雷达装置平台适应性等。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种二次雷达装置，包括：
相控阵天线单元；
以及与所述相控阵天线单元连接的调度单元；所述调度单元用于调度相控阵天线单元的不同天线阵子组阵，从而改变天线波束指向，能够达到360°方位完全覆盖。
进一步地，包括设备舱，所述相控阵天线单元安装在设备舱的外部，所述调度单元安装在设备舱的内部。
进一步地，所述相控阵天线单元包括圆形相控阵天线。
进一步地，所述调度单元包括处理主机；所述处理主机通过与通过射频电缆与相控阵天线单元连接。
进一步地，所述圆形相控阵天线包括至少两层，且每层均设有多个天线阵子，每层的天线阵子均与调度单元连接。
进一步地，所述处理主机包括T/R组件、波束控制模块、处理模块和电源模块，T/R组件与波束控制模块连接，波束控制模块与处理模块连接，电源模块用于供电。
进一步地，至少有一层的多个天线阵子在调度单元的调度下形成全向的控制通道天线波束，以及至少有一层的多个天线阵子在调度单元的调度下形成Σ、Δ波束。
进一步地，包括功分器；第一层的多个天线阵子通过功分器与控制通道T/R组件连接，用于形成全向的控制通道天线波束；第二层的多个天线阵子通过射频线缆与数字T/R组件连接，通路上2个天线阵子对应1路数字T/R组件，工作时通过数字T/R组件内部的开关选择2个天线阵子中的其中1个接入数字T/R组件中。
一种基于如上任一所述二次雷达装置的方法，包括步骤：
S1，发射流程，在所述二次雷达装置初始化完成后，根据控制命令进行信号编码，经过调制放大后通过天线对空辐射；
S2，接收流程，通过天线阵子接收到应答信号，经过下变频、中频处理、DBF处理、译码，最后形成点航迹上报。
进一步地，在步骤S1中，包括子步骤：
S11，所述二次雷达装置开机后进行初始化；同时，处理模块将波束形成系数统一下发至波束控制模块，下发后以默认方式进行波束调度，并通过波位设置命令将波控信息下发至波束控制模块，由其完成波束调度；
S12，所述二次雷达装置通过网络接收波束调度命令，完成对波位和转速的设置；
S13，波束控制模块接收到波位设置命令后，进行波位配置，调用相位、幅度加权信息；
S14，所述二次雷达装置接收网络控制命令，由处理模块根据控制命令进行信号编码；
S15，编码信息发送至波束控制模块，由波束控制模块完成信号调制，幅度相位加权处理，并将信号分多路送至T/R组件；
S16，T/R组件对接收到的射频信号进行功率放大，然后经射频电缆至圆形相控阵天线相应的天线阵子对空辐射；
在步骤S2中，包括子步骤：
S21，空中目标的应答信号经圆形相控阵天线阵子接收后，通过射频电缆下发至T/R组件相应的T/R通道中；
S22，相应的多路T/R通道对接收到的应答信号经过限幅、滤波、混频、放大处理，下变频至中频信号，发送至波束控制模块；
S23，波束控制模块对中频信号进行AD采样，将模拟信号转化为数字信号，送入FPGA进行解调、波束合成、鉴相处理，形成Σ、Δ两路结果送至处理模块；
S24，处理模块对接收到的信息进行代码、幅度、距离数据提取，形成DMA数据送交内部处理单元进行OBA查表、点迹凝聚及航迹预处理，形成目标数据。
本发明的有益效果是：
本发明提出的新的二次雷达装置和方法，不需要转台，不会增加制造成本；同时本发明实施例的天线阵面小，不易受安装平台限制，能够大大提高二次雷达装置平台适应性，解决了现有二次雷达装置制造成本高和安装平台受限的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的装置结构框图；
图2为本发明实施例的圆形相控阵天线结构示意图；
图3为本发明实施例的圆形相控阵天线阵子组阵方式示意图；
图4为本发明实施例的方法的发射流程图；
图5为本发明实施例的方法的接收流程图。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
如图1～图2所示，一种二次雷达装置，包括：
相控阵天线单元；
以及与相控阵天线单元连接的调度单元；调度单元用于调度相控阵天线单元的不同天线阵子组阵，从而改变天线波束指向，能够达到360°方位完全覆盖。
在本发明可选的实施方式中，包括设备舱，相控阵天线单元安装在设备舱的外部，调度单元安装在设备舱的内部。
在本发明可选的实施方式中，相控阵天线单元包括圆形相控阵天线。
在本发明可选的实施方式中，调度单元包括处理主机；处理主机通过与通过射频电缆与相控阵天线单元连接。
在本发明可选的实施方式中，圆形相控阵天线包括至少两层，且每层均设有多个天线阵子，每层的天线阵子均与调度单元连接。
在本发明可选的实施方式中，处理主机包括T/R组件、波束控制模块、处理模块和电源模块，T/R组件与波束控制模块连接，波束控制模块与处理模块连接，电源模块用于供电。
在本发明可选的实施方式中，至少有一层的多个天线阵子在调度单元的调度下形成全向的控制通道天线波束，以及至少有一层的多个天线阵子在调度单元的调度下形成Σ、Δ波束。
在本发明可选的实施方式中，包括功分器；第一层的多个天线阵子通过功分器与控制通道T/R组件连接，用于形成全向的控制通道天线波束；第二层的多个天线阵子通过射频线缆与数字T/R组件连接，通路上2个天线阵子对应1路数字T/R组件，工作时通过数字T/R组件内部的开关选择2个天线阵子中的其中1个接入数字T/R组件中。
一种基于如上任一所述二次雷达装置的方法，包括步骤：
S1，发射流程，在二次雷达装置初始化完成后，根据控制命令进行信号编码，经过调制放大后通过天线对空辐射；
S2，接收流程，通过天线阵子接收到应答信号，经过下变频、中频处理、DBF处理、译码，最后形成点航迹上报。
在本发明可选的实施方式中，在步骤S1中，包括子步骤：
S11，二次雷达装置开机后进行初始化；同时，处理模块将波束形成系数统一下发至波束控制模块，下发后以默认方式进行波束调度，并通过波位设置命令将波控信息下发至波束控制模块，由其完成波束调度；
S12，所述二次雷达装置通过网络接收波束调度命令，完成对波位和转速的设置；
S13，波束控制模块接收到波位设置命令后，进行波位配置，调用相位、幅度加权信息；
S14，所述二次雷达装置接收网络控制命令，由处理模块根据控制命令进行信号编码；
S15，编码信息发送至波束控制模块，由波束控制模块完成信号调制，幅度相位加权处理，并将信号分多路送至T/R组件；
S16，T/R组件对接收到的射频信号进行功率放大，然后经射频电缆至圆形相控阵天线相应的天线阵子对空辐射；
在步骤S2中，包括子步骤：
S21，空中目标的应答信号经圆形相控阵天线阵子接收后，通过射频电缆下发至T/R组件相应的T/R通道中；
S22，相应的多路T/R通道对接收到的应答信号经过限幅、滤波、混频、放大处理，下变频至中频信号，发送至波束控制模块；
S23，波束控制模块对中频信号进行AD采样，将模拟信号转化为数字信号，送入FPGA进行解调、波束合成、鉴相处理，形成Σ、Δ两路结果送至处理模块；
S24，处理模块对接收到的信息进行代码、幅度、距离数据提取，形成DMA数据送交内部处理单元进行OBA查表、点迹凝聚及航迹预处理，形成目标数据。
在本发明的其他实施方式中，装置通过下述技术方案来实现：由处理主机、圆形相控阵天线、配套电缆等组成。根据设备实际使用环境要求，考虑设备制造成本以及设备可靠性，本发明实施例单独将圆形阵列天线安装在安装平台顶部，其余组成部分安装在设备舱内。考虑到电磁波反射对天线的影响，天线安装位置需要一定架高，同时处于开阔位置，不会有金属反射物存在。
处理主机安装在设备方舱内，通过射频电缆与天线连接。处理主机由电源、信号处理、波束控制和T/R组件等部分组成。处理主机采用模块化设计，每个功能独立，同时预留多种接口，能够满足多种配套平台接口要求，适应性好。处理主机具有完善的机内自检信息，对关键信号、关键部件状态进行实时监测，能够快速定位到故障位置，便于后期维护和排故。
圆形相控阵天线采用半波印刷阵子辐射器，该阵子辐射效率高，通过平衡馈电后具有带宽的特性。直径1440mm的天线采用30个天线阵子环形阵列均匀排布，用于形成天线的Σ、Δ、Ω波束，天线结构示意图如图2所示。
圆形相控阵天线由两层组成，每层30个阵子，上层30个阵子通过功分器与一路控制TR连接，主要用于形成全向的控制通道天线波束，以减少天线的后向散射。下层30个天线阵子用于形成Σ、Δ波束。下层30个阵子通过射频线缆与数字T/R组件相连，通路上2个天线阵子对应1路数字T/R，工作时通过数字T/R组件内部的开关选择2个天线阵子中的其中1个接入数字T/R中。
工作时，圆形相控阵天线只有14个天线阵子参与组阵，通过在30个天线阵子中选择不同的14个阵子来完成天线波束赋形，改变波束指向，以实现在360度角度的完全覆盖，控制通道的30个阵子全时工作，工作时的组阵方式如图3所示。
在本发明的其他实施方式中，方法通过下述技术方案来实现：
步骤4：设备初始化完成后，根据控制命令进行信号编码，经过调制放大后通过天线对空辐射。发射流程如图4所示。步骤4具体包括：
步骤41：设备开机后，设备初始化。同时，处理模块将波束形成系数统一下发至波束控制模块，下发后以默认方式进行波束调度，并通过波位设置命令将波控信息下发至波束控制模块，由其完成波束调度；
步骤41：所述二次雷达装置通过网络接收波束调度命令，完成对波位和转速的设置；
步骤42：波束控制模块接收到波位设置命令后，进行波位配置，调用相位、幅度加权信息；
步骤43：所述二次雷达装置接收网络控制命令，由处理模块根据控制命令进行信号编码；
步骤44：编码信息发送至波束控制模块，由波束控制模块完成信号调制，幅度相位加权处理，并将信号分14路送至T/R组件；
步骤45：T/R组件对接收到的射频信号进行功率放大，然后经射频电缆至圆形相控阵天线相应的天线阵子对空辐射。
步骤5：通过天线阵子接收到应答信号，经过下变频、中频处理、DBF处理、译码，最后形成点航迹上报。接收流程如图5所示。步骤5具体包括：
步骤51：空中目标的应答信号经圆形相控阵天线阵子接收后，通过射频电缆下发至T/R组件相应的TR通道中；
步骤52：相应的14路TR通道对接收到的应答信号经过限幅、滤波、混频、放大等处理，下变频至140MHz中频信号，发送至波束控制模块；
步骤53：波束控制模块对中频信号进行AD采样，将模拟信号转化为数字信号，送入FPGA进行解调、波束合成、鉴相等处理，形成∑、△两路结果送至处理模块；
步骤54：处理模块对接收到的信息进行代码、幅度、距离等数据提取，形成DMA数据送交内部处理单元进行OBA查表、点迹凝聚及航迹预处理等处理，形成目标数据。
本发明实施例选用1440mm圆形相控阵天线采用30个天线阵列圆形布局仅作为一种参考布局方式，还可根据实际平台需求选择不同口径、不同天线阵列数量的阵子布局。
本发明实施例的二次雷达装置利用圆形相控阵天线，通过调度天线阵列中不同的阵子来改变天线波束指向，以达到360°方位完全覆盖。安装时不需要转台，不会增加额外制造成本。同时，圆形相控阵天线通过系统调度不同天线阵子组阵，每一个波位的方向图都是阵面法线方向图，方向图一致且规整，不存在大角度方向图较差需要增加天线口径，从而导致安装受限的缺点。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
本发明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，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中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、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(Random Access Memory，RAM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。