本發(fā)明涉及空間目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別和摧毀技術(shù)，同時(shí)也涉及能量傳輸技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)本發(fā)明涉及一種微波偵察、打擊和充電的一體化設(shè)備。

背景技術(shù)：

為保障政治經(jīng)濟(jì)中心、首腦機(jī)關(guān)、軍事要地、工業(yè)基地、交通樞紐和水利大壩等重要設(shè)施在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)免受敵方飛機(jī)和導(dǎo)彈等空中武器攻擊，要地防空一直是國(guó)防軍事領(lǐng)域重要研究課題。

除飛機(jī)和導(dǎo)彈等傳統(tǒng)空中威脅外，無(wú)人機(jī)亦逐漸成為要地防空的重要任務(wù)。目前無(wú)人機(jī)市場(chǎng)正處于爆炸性增長(zhǎng)階段，無(wú)人機(jī)成本低、噪音小、易發(fā)射，是軍事攻擊、恐怖分子和間諜的完美武器。而無(wú)人機(jī)飛行的飛行高度低、速度慢和造價(jià)低廉，防空導(dǎo)彈和高炮既無(wú)能為力，又顯然代價(jià)過(guò)大。因此，如何有效地偵測(cè)和摧毀無(wú)人機(jī)成為了目前亟待解決重大難題。

此外，飛艇和無(wú)人機(jī)等飛行器的能源供給一直是制約飛行器航程和滯空時(shí)間的重大障礙。在不具備飛行器降落場(chǎng)地或需要飛行器長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作的情況下，如果能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)我方飛行器的遠(yuǎn)距離無(wú)線充電方式，可大幅增加飛行器航程和滯空時(shí)間。

微波在軍事上早已廣泛應(yīng)用，雷達(dá)通過(guò)發(fā)射和接收微波能量完成對(duì)空中目標(biāo)的偵察和跟蹤。微波作為武器早已受到世界各國(guó)的高度重視和廣泛研究。例如高功率微波彈，它通過(guò)輻射高功率微波擊穿或燒毀電子設(shè)備中半導(dǎo)體器件，從而造成敵方導(dǎo)彈、衛(wèi)星、通信系統(tǒng)和雷達(dá)裝置等失效。微波無(wú)線能量傳輸是以微波為載體，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離能量無(wú)線傳輸和補(bǔ)給，可以擺脫傳統(tǒng)傳輸電纜的束縛和燃料問(wèn)題對(duì)能量供應(yīng)的限制。微波能量無(wú)線傳輸技術(shù)可以向空中飛行器源源不斷地提供能量，使飛行器可以長(zhǎng)時(shí)間停留在空中，擺脫燃料消耗的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是提供一種微波偵察、打擊和充電一體化系統(tǒng)，采用一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微波偵察、打擊和充電功能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，微波偵察、打擊和充電一體化系統(tǒng)，包括微波功率模塊、微波天線模塊、伺服系統(tǒng)，所述微波功率模塊用于向所述微波天線模塊提供額定功率的微波能量，所述微波天線模塊用于向空間發(fā)射微波和接收目標(biāo)回波，所述伺服系統(tǒng)用于控制微波天線模塊向設(shè)定方向發(fā)射微波，其特征在于，還包括微波功率切換系統(tǒng)，所述微波功率切換系統(tǒng)用于控制微波功率模塊，使其輸出微波功率適用于微波偵察、微波打擊或微波充電。

具體的，所述微波功率切換系統(tǒng)，根據(jù)操作指令控制微波功率模塊的輸出功率。

具體的，所述微波功率切換系統(tǒng)，根據(jù)接收目標(biāo)回波進(jìn)行判斷自動(dòng)控制微波功率模塊的輸出功率。

進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)安裝在移動(dòng)裝置上。

具體的，所述移動(dòng)裝置為輪式車(chē)輛或履帶式車(chē)輛。

具體的，所述微波天線模塊采用相控陣天線。

具體的，所述微波天線模塊采用拋物面反射面天線。

優(yōu)選的，所述微波為連續(xù)波。

具體的，所述微波功率模塊采用由N支磁控管構(gòu)成的微波功率模塊，N≥1。

進(jìn)一步的，所述N支磁控管通過(guò)相干功率合成技術(shù)構(gòu)成微波功率模塊。

本發(fā)明的有益效果是，(1)微波受天氣影響小，可全天候工作；(2)探測(cè)、打擊和充電共用一套發(fā)射天線，系統(tǒng)功能全面，察、打、充3種模式轉(zhuǎn)換速度快；(3)采用調(diào)頻連續(xù)波體制，在雜波背景下對(duì)小型目標(biāo)探測(cè)能力強(qiáng)；(4)系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，制造、維護(hù)和操作成本低。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實(shí)施例2微波功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中第1支路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明采用多功能和高度集成設(shè)計(jì)，系統(tǒng)兼具對(duì)空中目標(biāo)的監(jiān)視、坐標(biāo)指示和目標(biāo)類(lèi)型識(shí)別，對(duì)敵方目標(biāo)進(jìn)行威脅告警和高效能微波打擊，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)已方飛行器的微波充電，進(jìn)行能量無(wú)線補(bǔ)給。

本發(fā)明的系統(tǒng)由微波功率模塊、微波天線模塊、伺服系統(tǒng)和微波功率切換系統(tǒng)幾部分組成。在微波功率切換系統(tǒng)控制下，通過(guò)切換微波功率模塊的輸出功率實(shí)現(xiàn)三種工作模式：偵察模式、打擊模式和充電模式，三種模式共用天線系統(tǒng)進(jìn)行微波能量輸出。

偵察模式下，系統(tǒng)處于連續(xù)波雷達(dá)工作狀態(tài)，系統(tǒng)中微波功率模塊輸出較低功率的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)。在伺服系統(tǒng)控制下，微波天線模塊進(jìn)行360°全方位掃描，仰角采用寬波束覆蓋，對(duì)空域內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和跟蹤，并給出目標(biāo)的三維坐標(biāo)、速度等信息。該模式最大輸出功率100W，最大偵察距離≧2km。由于采用了連續(xù)波探測(cè)體制，系統(tǒng)具備較強(qiáng)的空間目標(biāo)，特別是小型目標(biāo)在較強(qiáng)雜波環(huán)境中的探測(cè)能力。

該系統(tǒng)一旦確認(rèn)空中目標(biāo)為敵方目標(biāo)，則轉(zhuǎn)入打擊模式。該模式下，微波天線模塊自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)空中目標(biāo)，微波功率切換系統(tǒng)切換微波功率模塊為大功率輸出狀態(tài)(微波功率大于100kW)。高能微波波束持續(xù)跟蹤和輻照進(jìn)入系統(tǒng)控制區(qū)域的敵方飛機(jī)、導(dǎo)彈、無(wú)人機(jī)等空中目標(biāo)，燒毀目標(biāo)內(nèi)部電子設(shè)備，從而毀傷或擊落敵方空中目標(biāo)，最大打擊距離≧2km。

大功率微波不僅可攻擊常規(guī)飛機(jī)和導(dǎo)彈等飛行器，對(duì)隱身飛機(jī)更有特殊效果。由于隱身飛機(jī)表面隱身涂層吸收而幾乎不反射微波能量，非常有利于高能微波的加熱燒毀。對(duì)攻擊無(wú)人機(jī)更具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，目前無(wú)人機(jī)依賴(lài)無(wú)線信號(hào)遙控和GPS導(dǎo)航，并且飛行慢、高度低和目標(biāo)小，大功率微波能夠較容易地捕捉和對(duì)準(zhǔn)無(wú)人機(jī)，干擾遙控和導(dǎo)航信號(hào)，甚至毀傷遙控和導(dǎo)航電路。

充電模式是針對(duì)裝配有能量接收天線的已方空中目標(biāo)，例如飛艇、無(wú)人機(jī)等。該系統(tǒng)以遠(yuǎn)距離微波無(wú)線能量傳輸?shù)男问?，將大功率微波能量輻射到已方空中目?biāo)，空中目標(biāo)利用裝備的微波接收天線接收微波能量，通過(guò)整流電路轉(zhuǎn)換為直流直流電并存儲(chǔ)到機(jī)載蓄電池中。該狀態(tài)下，最大輸出功率≧10kW，最遠(yuǎn)充電距離≧1km。該無(wú)線充電功能可大幅提高飛艇和無(wú)人機(jī)的滯空時(shí)間和航程，有效減少為充電而返回和降落對(duì)執(zhí)行任務(wù)的干擾。

實(shí)施例1

如圖1所示，本例微波偵察、打擊和充電一體化系統(tǒng)，包括置于輪式車(chē)輛20上的微波功率模塊10、微波功率切換系統(tǒng)11、微波天線模塊12和伺服系統(tǒng)13。微波功率模塊采用由N支磁控管通過(guò)相干功率合成技術(shù)構(gòu)成微波功率模塊，根據(jù)采用的磁控管數(shù)量，能夠輸出功率超過(guò)100kW的連續(xù)波，可以向微波天線模塊12提供額定功率的微波能量，使其滿(mǎn)足微波偵察、微波打擊或微波充電的要求。本例微波天線模塊12采用相控陣天線，工作在上述三種模式下時(shí)，其向空間發(fā)射微波功率各不相同，同時(shí)本例微波天線模塊12工作在微波偵察模式下時(shí)，還擔(dān)負(fù)著接收目標(biāo)回波的任務(wù)。由于采用相控陣天線，伺服系統(tǒng)的主要作用是控制微波天線模塊起豎并指向設(shè)定方向發(fā)射微波。本例微波功率切換系統(tǒng)，具有自動(dòng)工作模式和手動(dòng)工作模式，可以根據(jù)微波天線模塊偵察到的敵方目標(biāo)自動(dòng)切換到打擊模式，控制微波功率模塊輸出大功率微波，對(duì)敵方目標(biāo)進(jìn)行摧毀。也可以根據(jù)操作界面輸入指令控制微波功率模塊的輸出功率，使其適用于微波偵察、微波打擊或微波充電三種不同工作模式的要求。

實(shí)施例2

本發(fā)明的微波偵察、打擊和充電一體化系統(tǒng)，最重要的就是微波功率模塊，需要適應(yīng)大跨度功率切換和大功率微波輸出。根據(jù)微波偵察、打擊和充電一體化系統(tǒng)的特殊要求，本例微波功率模塊采用由N支磁控管構(gòu)成的微波功率模塊，如圖2所示。磁控管的數(shù)量N可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，通常采用高功率磁控管，當(dāng)N≥5時(shí)，就可以輸出≥100kW的微波功率。

本微波功率模塊，可以看成是有N條支路并聯(lián)構(gòu)成，如圖2所示。每條支路結(jié)構(gòu)相同，包括獨(dú)立信號(hào)源1、功率放大器12、環(huán)行器2、耦合器3、磁控管4、混頻器5和濾波器7(圖3中虛線上面部分)，其中微波功率切換系統(tǒng)6(圖3中虛線下面部分)為系統(tǒng)共有，用于對(duì)N個(gè)獨(dú)立信號(hào)源進(jìn)行頻率和相位控制，并輸出磁控管開(kāi)關(guān)信號(hào)，開(kāi)啟或關(guān)閉磁控管，切換微波功率模塊的輸出功率，使其滿(mǎn)足微波偵察、打擊和充電三種工作模式的要求。

下面以工作在C波段，頻率為5.799GHz的磁控管微波功率源為例，描述本例采用的微波功率模塊的結(jié)構(gòu)。相應(yīng)的，注入信號(hào)頻率＝5.799GHz，磁控管中心頻率＝5.800GHz，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率＝100kHz。

本例微波功率模塊由N條支路并聯(lián)構(gòu)成，如圖2所示，每條支路結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括信號(hào)源1、功率放大器12、環(huán)行器2、耦合器3、磁控管4、混頻器5、濾波器7和微波功率切換系統(tǒng)6。信號(hào)源1功率大小約為0dBm，輸出的注入信號(hào)頻率設(shè)定為5.799GHz。功率放大器12增益為40dB，輸出功率約為10W。信號(hào)源1輸出的注入信號(hào)通過(guò)環(huán)行器2注入磁控管4，調(diào)整磁控管4輸出的功率信號(hào)頻率，使其鎖定到5.799GHz。磁控管4輸出的功率信號(hào)通過(guò)環(huán)行器2進(jìn)入耦合器3，其大部分作為微波功率輸出，耦合器3輸出的一部分信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻器5、濾波器7進(jìn)入微波功率切換系統(tǒng)6?；祛l器5將功率信號(hào)進(jìn)行混頻處理，產(chǎn)生一個(gè)頻率為100kHz的混頻信號(hào)，該混頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器7濾除帶外雜波后輸入微波功率切換系統(tǒng)6。微波功率切換系統(tǒng)6將100kHz的混頻信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(100kHz)進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)輸出到獨(dú)立信號(hào)源1，控制獨(dú)立信號(hào)源1輸出的注入信號(hào)頻率和相位。100kHz標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，可由一個(gè)信號(hào)發(fā)生器(圖中未示出)提供，該信號(hào)發(fā)生器同時(shí)為N個(gè)信號(hào)源提供基準(zhǔn)頻率信號(hào)，并接受微波功率切換系統(tǒng)6的控制。通過(guò)反復(fù)調(diào)整，最終使磁控管4的輸出頻率鎖定到5.799GHz，相位與獨(dú)立信號(hào)源1輸出的注入信號(hào)同步。其他各支路的工作過(guò)程與上述過(guò)程相同，當(dāng)N個(gè)獨(dú)立信號(hào)源在微波功率切換系統(tǒng)6的控制下，將N個(gè)磁控管4頻率鎖定到同一頻率5.799GHz時(shí)，N條支路輸出頻率和相位達(dá)到同步，系統(tǒng)就達(dá)到了相干微波功率合成的要求，N個(gè)磁控管輸出的微波可以進(jìn)行相干合成。

本例微波功率切換系統(tǒng)6的微波頻率控制作用與通信技術(shù)中常見(jiàn)的鎖相環(huán)路(PLL)作用相當(dāng)。微波功率切換系統(tǒng)6基于人工智能的學(xué)習(xí)算法，產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)輸出到獨(dú)立信號(hào)源1，控制獨(dú)立信號(hào)源1輸出的注入信號(hào)頻率和相位。

本例中，磁控管4的高壓直流電源為紋波小于1％的4200V直流高壓電源。低紋波的直流高壓電源，能夠降低電源本身噪聲對(duì)磁控管工作特性的不良影響，進(jìn)一步提高鎖頻調(diào)相的精度。磁控管4在注入信號(hào)作用下起到一個(gè)放大器的作用，通過(guò)環(huán)行器2將微波功率輸出到耦合器3中，最終該微波功率通過(guò)微波天線模塊射出。

本例微波功率模塊，每一支路微波頻率穩(wěn)定度達(dá)到10^-8，相位穩(wěn)定度優(yōu)于±3°，輸出功率約655W，相位可調(diào)范圍±180°，相位移動(dòng)步進(jìn)1°，滿(mǎn)足用于實(shí)現(xiàn)相干功率合成的要求。非常適合用于空間微波能量傳輸和微波能武器系統(tǒng)，對(duì)于N條支路構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)N足夠大時(shí)，同樣可以實(shí)現(xiàn)幾十上百千瓦的大功率微波輸出。

本例微波功率切換系統(tǒng)6由可編程邏輯控制器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，可編程邏輯控制器的輸入端分別連接N個(gè)濾波器及信號(hào)發(fā)生器，可編程邏輯控制器輸出端與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸出端分別連接N個(gè)獨(dú)立信號(hào)源及信號(hào)發(fā)生器，對(duì)其輸出信號(hào)頻率和相位進(jìn)行獨(dú)立控制，并且可以非常方便的實(shí)現(xiàn)微波頻率調(diào)制。

本發(fā)明的微波功率切換系統(tǒng)能夠?qū)個(gè)獨(dú)立信號(hào)源進(jìn)行分別控制，互不影響，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。微波功率切換系統(tǒng)能夠?qū)個(gè)磁控管進(jìn)行獨(dú)立控制，通過(guò)開(kāi)啟或關(guān)閉磁控管進(jìn)行微波功率切換。既可以關(guān)閉或開(kāi)啟單只磁控管，也可以對(duì)磁控管進(jìn)行分組，按組開(kāi)啟或關(guān)閉磁控管。比如，對(duì)于五只磁控管(N＝5，五條支路)組成的微波功率模塊，可以將磁控管分成3組，第一組包括1只磁控管，第二組和第三組都是2只磁控管。微波偵察模式下，第一組磁控管開(kāi)啟，其他磁控管關(guān)閉。微波打擊模式下，三組磁控管全部開(kāi)啟。微波充電模式下，第一組磁控管和第二組磁控管(或第三組磁控管)開(kāi)啟。這種分組控制方式，非常適合微波偵察、打擊和充電一體化系統(tǒng)這種需要大跨度功率切換和大功率微波輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。