专利名称：具有环形相控阵雷达的航标的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种航标，尤其涉及一种具有环形相控阵雷达的航标。
背景技术：
航标设于通航水域或其近处，以标示航道、锚地、滩险及其他碍航物的位置，表示水深、风情，指挥狭窄水道的交通。现在已有雷达装于航标上，使船只能准确的知道自己周边的情况。目前一般采用旋转扫描雷达对周围船只进行搜索，其机械旋转驱动机构耗电量比较大，并且如果旋转雷达长期处于风浪和摇晃的恶劣环境，旋转机构极易失效，导致雷达扫描损毁；再者旋转扫描雷达只是单体定位，不能对周围环境同时进行全方位扫描，因此存在安全隐患。因此，我们迫切需要一种低能耗、可靠性高的，能对周围同时进行全方位扫描的雷达航标，以保证船只航行的安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低能耗、可靠性高的，能对周围同时进行全方位扫描的雷达航标，以保证船只航行的安全。具有环形相控阵雷达的航标，它包括有航标船，航标船上设有航标灯和航标船，航标灯通过航标塔与航标船连接；它还包括具有多个相控阵天线的相控阵雷达，所述相控阵天线围绕航标塔一周设置在航标塔上，形成环形相控阵天线层。按上述方案，所述相控阵天线的数量为M个。按上述方案，所述的相控阵天线层为圆形，相控阵天线层的上方和/或下方设有圆形金属盘，相控阵天线层和金属盘同轴设置，金属盘的直径大于相控阵天线层的直径。按上述方案，所述的相控阵天线层指向航道的发射功率大于指向岸基的发射功率。按上述方案，所述的相控阵天线层的发射接收单元合成的电磁波组成的波束覆盖 360°，且波束交叉的位置不低于主瓣中心处3dB。相控阵雷达有相当密集的天线阵列，在传统雷达天线面的面积上可安装上千个相控阵天线，任何一个天线都可收发雷达波，而相邻的数个天线即具有一个雷达的功能。扫描时，选定其中一个区块(数个天线单元)或数个区块对单一目标或区域进行扫描，因此整个雷达可同时对许多目标或区域进行扫描或追踪，具有多个雷达的功能。一个雷达可同时针对不同方向进行扫描，扫描方式为电子控制而非机械转动，因此，将相控阵雷达安设在航标上，具有非常大的价值。波形产生器产生相关的中频脉冲，经上变频到工作频段，由1 M功率分配器分配成M路激励信号，提供给方位面上的M列子阵T/R组件。波束控制单元选择相邻8列子阵并控制各子阵移相器，实现步进式电子扫描。移相器的相位控制码由波束控制单元根据各子阵耦合器反馈的相位信息和形成方位波束所需的相位加权关系计算得到。相位加权后的激励信号由各子阵上的固态功率放大模块放大，再通过发射波束形成网络、环行器至偶极振子单元，在空间形成发射波束。为了防止电磁波被水体吸收，在相控阵天线层的下面和/或上面安装一个比相控阵天线层大的金属盘。由于电磁波比较容易被水体吸收，通过金属盘，反射一部分对水面扫描的电磁波，提高环形相控阵天线的增益。本发明的有益效果在于1、提供了一种低能耗和可靠性高的雷达航标，让船只掌握水体周围船只和航道情况，使船只顺利完成航行，保证了安全。2、将相控阵天线层固定在航标灯下，由于采用静态的固定，减少了机械装置和电路旋转磨损，提高了雷达可靠性，降低了雷达的成本。3、在相控阵天线层的上下两面装金属盘，防止电磁波被水体吸收，提高了相控阵天线的增益。4、可以将不需要扫描区域的单元减掉，减少扫描的耗电量。
图1是本发明的相控阵天线层采用相控电子扫描体制分配发射接收端子的流程图。图2是相控阵天线层和金属盘的结构示意图。图3是相控阵天线层的内部天线布局图。图4是BDF结构示意图。图5是本发明具有环形相控阵雷达的航标的结构示意图。图6是航标灯、相控阵天线层和金属盘的结构示意图。图7是航道上的环形相控阵雷达区域示意图。图8是具有环形相控阵雷达的航标定位信息传输过程示意图。图9是具有环形相控阵雷达的航标信号传输过程的框图。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的实施例。参见图3和图5，一种具有环形相控阵雷达的航标6，包括有航标船7，航标船7上依次设有航标塔、相控阵天线层2和航标灯5 ；所述的相控阵天线层2由M个相控阵天线4 组成，24个相控阵天线4围绕航标塔一周设置在航标塔上，即安设在航标灯5的下方；所述的相控阵天线层的发射接收单元合成的电磁波组成的波束覆盖360°，且波束交叉的位置不低于主瓣中心处3dB。为了避免不必要的资源浪费，所述的相控阵天线层2指向航道的发射功率是指向岸基的发射功率的2倍至10倍。本实施例中所述的相控阵天线层2指向航道的每个发射端子功率为2-lOw，而指向岸基的每个发射端子功率lw。为了让周围的船只了解航标灯5的周围信息，将扫描采集到的信息进行信息融合，生成周围的地理信息和船只信息向周围的船舶发布。参见图2和图6，所述的相控阵天线层2为圆形，为了防止电磁波被水体吸收，在相控阵天线层2的上方和/或下方设有圆形金属盘1、3，相控阵天线层2和金属盘1、3同轴设置，金属盘1、3的直径大于相控阵天线层2的直径，一般的来说金属盘直径是相控阵天线层直径的1. 2到1. 5倍。本实施例中金属盘直径是0. 6m，而相控阵天线层直径比金属盘的要略小，一般是0.5m。由于电磁波比较容易被水体吸收，通过金属盘1、3，反射一部分对水面扫描的电磁波，提高环形天线的增益。为了减少扫描的耗电量，可以将有些不需要扫描区域的单元减掉，将扫描角度相控阵天线的η个发射/接收单元部分去掉04 > η)。在此基础上还可以对扫描定位的船舶进行航迹分析，如果出现偏航，可以采用无线通信通道报警，告知船东和管理部门。将碍航建筑物和航道信息储存到对扫描定位的船只进行航迹信息融合分析，如果船舶接近碍航物，可以采用AIS无线通信通道报警。为了提高环形阵列雷达的防水防腐，所有的单元都密封在有机材料内。为了提高环形阵列雷达的定位精度，可以采用两个环形阵列雷达联合定位的方式，通过两个环形阵列雷达定位信息的整合来给出一个高精度数据。参见图1，本航标具有环形相控阵雷达，环形相控阵雷达采用相控电子扫描体制， 相控电子扫描体制在电池供电情况下使用，环形天线阵在某个时刻相邻> m)列天线发射和接收信号，形成1个高增益的发射波束和1对和/差接收波束，一帧处理时间后，发射接收的8列天线整体向左或右转移1列，形成波束扫描，依此类推，可实现方位波束360° 的相控电子扫描，然后通过嵌入式计算机计算的阵列数字信号处理，并与电子罗盘测得航标灯的方向角，以及航标船接收的GPS定位信息计算检测区域的船舶地理位置，并将路过的船舶地理位置通过Cdma\gprs\3G等无线通信系统发射到监控中心。本航标具有环形相控阵雷达，环形相控阵雷达采用全时空多波束体制，全时空多波束在供电功耗不受限的情况下使用，环形天线阵所用列天线同时发射和接收信号，发射天线阵方位无方向性，形成360°等增益照射，接收数字波束形成技术(DBF)形成M个波束覆盖360°空间，这样使得方位上在任何时间和空间都在同时探测，故称之为全时空多波束探测，参见图4。全时空多波束体制可以通过长时间积累补偿天线无方向性的损失。由于全时空多波束体制每个T/R单元都发射，发射功率比相控电子扫描体制的发射功率大，因此作用距离远。天线收发组件称为子阵，子阵由偶极振子线阵、T/R组件组成。图7是航道上的环形相控阵雷达区域示意图，图中有河岸9、雷达扫描覆盖区域8、 船只Cl、C2、C3、C4，具有环形相控阵雷达的航标Li、L2、L3、L4、L5，由图7可知船只C2处于具有环形相控阵雷达的航标L2和L3共同作用的区域内，信息中心通过具有环形相控阵雷达的航标L2和L3收集到的船只C2的信息确定船只C2的具体方位。图8是具有环形相控阵雷达的航标定位信息传输过程示意图，图中有AIS基站10、 监控中心11、船只(1、02、03、(4，具有环形相控阵雷达的航标1^1、1^2、1^3、1^4、1^5，由图8可知具有环形相控阵雷达的航标Ll——L5收集到的信息通过GPRS基站发送到监控中心11 进行信息融合，融合后传输到AIS基站10，最后由AIS基站10将精确的定位信息发给各个船只，这样不仅船只清楚本船的定位信息，而且清楚其他船只的定位信息。图9是具有环形相控阵雷达的航标信号传输过程的框图。图中发射/接收单元环形阵列天线4、环形器13，有微波发射机发射微波信号后，由功率分配控制器发给功率发射控制环，同时环形相控阵雷达的发射/接收单元相控阵天线4接收的信号通过环形器13也到达功率发射控制环；经过功率发射控制环处理后该信号通过信号前置处理发送到阵列数字信号装置进行处理，最终和电子罗盘的方位信息与卫星定位系统的卫星定位信息三者融合成目标定位数据。数据的传输是通过无线射频发射系统分别发给船只接受系统和岸基监控中心，让船只和监控中心得到实时和准确的船只定位数据。
权利要求
1.具有环形相控阵雷达的航标，它包括有航标船，航标船上设有航标灯和航标船，航标灯通过航标塔与航标船连接，其特征在于它还包括具有多个相控阵天线的相控阵雷达，所述相控阵天线围绕航标塔一周设置在航标塔上，形成环形相控阵天线层。
2.根据权利要求1所述的具有环形相控阵雷达的航标，其特征在于所述相控阵天线的数量为M个。
3.根据权利要求1或2所述的具有环形相控阵雷达的航标，其特征在于所述的相控阵天线层为圆形，相控阵天线层的上方和/或下方设有圆形金属盘，相控阵天线层和金属盘同轴设置，金属盘的直径大于相控阵天线层的直径。
4.根据权利要求3所述的具有环形相控阵雷达的航标，其特征在于所述的相控阵天线层指向航道的发射功率大于指向岸基的发射功率。
5.根据权利要求4所述的具有环形相控阵雷达的航标，其特征在于所述的相控阵天线层的发射接收单元合成的电磁波组成的波束覆盖360°，且波束交叉的位置不低于主瓣中心处3dB。
全文摘要
本发明涉及一种具有环形相控阵雷达的航标，它包括有航标船，航标船上设有航标灯和航标船，航标灯通过航标塔与航标船连接；它还包括具有多个相控阵天线的相控阵雷达，所述相控阵天线围绕航标塔一周设置在航标塔上，形成环形相控阵天线层。本发明的有益效果在于1、提供了一种低能耗和可靠性高的雷达航标，让船只掌握水体周围船只和航道情况，使船只顺利完成航行，保证了安全。2、将相控阵天线层固定在航标灯下，由于采用静态的固定，减少了机械装置和电路旋转磨损，提高了雷达可靠性，降低了雷达的成本。3、在相控阵天线层的上下两面装金属盘，防止电磁波被水体吸收，提高了相控阵天线的增益。
文档编号G01S7/28GK102514694SQ201110420178
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者付姗姗, 倪琳轩, 刘湘, 吕植勇, 彭小玓, 易俊威, 汪国兴, 郑燕, 陈琳, 马定国 申请人:武汉理工大学