一种雷达目标识别设备的制作方法

本实用新型属于飞行器探测技术领域，具体涉及一种雷达目标识别设备。

背景技术：

探测飞行器是设计雷达的初衷。过去，对于各种飞机、火箭、导弹等飞行器的探测主要依赖无线电雷达，如毫米波和微波雷达。这些雷达的优点很明显，功率大，穿透力强，不受云雾影响，因此探测距离远。然而，随着电磁对抗技术的发展和新材料的研制，无线电雷达越来越受到各种限制，比如主动雷达站很容易暴露自己从而成为被优先攻击的目标，强电磁干扰可能使得雷达屏幕一片雪花噪声而失效。更严重的是，美国等西方国家研制的隐形飞机，如B-2轰炸机，F-35战斗机等，已经将雷达散射截面降到常规飞机的约1％，红外信号降低到常规飞机的约10％，这对我国的雷达系统将是一个严重的挑战。

常规雷达在探测目标时，利用的都是目标自身直接的回波信号。红外探测器可以通过对目标温度与背景的温度差感知目标的存在。针对这些情况，现在的飞行器的隐身方法，主要是利用两点：1.减小雷达散射截面，比如设计特殊的形状减小背向回波信号，在机身涂覆吸收材料，吸收从微波到光波的电磁波；2.减小尾流的红外信号，比如对尾流进行预先降温，把喷气管隐藏在机背上，对发动机喷管隔热等等。然而这些隐身技术也有自身的缺点。

众所周知，喷气式飞行器飞行时发动机将会产生尾流，除非发动机不工作，那么飞行器也就失去了动力。飞行器尾流的特点，除了高温，还有高压、高速的特点，化学组成也与大气相差极大，主要成分是高浓度的二氧化碳和水汽，以及一部分燃烧颗粒物。只要确定了尾流的存在，就能发现飞行器的轨迹，从而进行跟踪、导引甚至击毁目标。本发明的目的就是要探测这种高温、高压、高速的尾流，并通过尾流中强烈的湍流和颗粒物的拉曼散射探测其化学组成，从而确定其存在和空间位置。

关于拉曼散射用于大气探测的技术，已经有很多处理方法被报导，如CN200910237425对于大气温度的探测，CN200710018406关于大气环境探测系统的多功能化设计，CN201310057961对于气溶胶的测量，CN201210322203关于云雾中水汽的测量等等。但是将拉曼散射应用到飞行器探测的设备或系统还没有报导，因此本发明的目的在于提供一种基于拉曼散射原理可对隐形飞行器进行目标识别的激光雷达设备。

技术实现要素：

为了解决现有常规雷达难以对隐形飞行器进行有效探测及识别的问题，本实用新型目的在于提供一种新型的雷达目标识别设备。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种雷达目标识别设备，包括上位机、拉曼光谱仪、激光雷达、支撑架、底座、俯仰驱动机构和水平驱动机构；

所述激光雷达包括壳体以及内置在所述壳体内的激光器、二向色镜、平凹透镜、卡塞格林望远镜、光电传感器和带通滤波器，其中，所述激光器、所述二向色镜、所述平凹透镜和所述卡塞格林望远镜从后至前依次间隔布置，所述二向色镜向前倾斜45度设置，所述平凹透镜位于所述卡塞格林望远镜的主镜中央开孔的正后方且与所述卡塞格林望远镜共焦，所述光电传感器的感光面位于所述二向色镜的正下方，所述带通滤波器的输入端通信连接所述光电传感器的输出端；

所述支撑架和所述底座依次位于所述壳体的正下方，其中，所述支撑架的顶部通过横向贯穿所述壳体中部的水平轴与所述壳体转动连接，所述支撑架的底部通过垂直轴与所述底座转动连接；

所述俯仰驱动机构安装在所述支撑架的内部空腔中，并传动连接所述水平轴，可通过驱动所述水平轴转动方式带动所述壳体在垂直方向上做俯仰运动，所述水平驱动机构安装在所述底座的内部空腔中，并传动连接所述垂直轴，可通过驱动所述垂直轴转动方式带动所述支撑架水平转动；

所述上位机的输出端分别通信连接所述激光器、所述俯仰驱动机构和所述水平驱动机构的受控端，所述上位机的输入端通信连接所述拉曼光谱仪的输出端，所述拉曼光谱仪的输入端通信连接所述带通滤波器的输出端。

优化的，还包括通信连接所述上位机的显示器。

优化的，所述俯仰驱动机构包括俯仰驱动电机、俯仰减速箱、第一同步带轮、同步带和第二同步带轮，其中，所述俯仰驱动电机的受控端通信连接所述上位机的输出端，所述俯仰驱动电机的转动输出端通过所述俯仰减速箱传动连接所述第一同步带轮，所述第一同步带轮通过所述同步带传动连接所述第二同步带轮，所述第二同步带轮同轴连接所述水平轴。

具体的，所述支撑架由水平支撑部和两条支腿构成，其中，在所述水平支撑部的内部空腔中安装所述俯仰驱动电机和所述俯仰减速箱，在其中一条所述支腿的内部空腔中安装由所述第一同步带轮、所述同步带和所述第二同步带轮构成的同步带传动结构。

优化的，所述水平驱动机构包括水平驱动电机、水平减速箱、第一传动齿轮、第二传动齿轮和垂直轴座，其中，所述水平驱动电机的受控端通信连接所述上位机的输出端，所述水平驱动电机的转动输出端通过所述水平减速箱传动连接所述第一传动齿轮，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合，所述第二传动齿轮同轴连接所述垂直轴，所述垂直轴的底部嵌套安装在所述垂直轴座中。

具体的，所述水平减速箱采用直角减速箱。

具体的，所述激光器为可发射出波长介于1000～1100nm之间的YAG激光器。

具体的，所述卡塞格林望远镜的口径不小于30cm。

本实用新型的有益效果为：

(1)本发明创造提供了一种基于拉曼散射原理可对隐形飞行器进行目标识别的激光雷达系统，即通过激光雷达可向待测空域发射特定波长的脉冲激光，并接收来自待测空域的拉曼散射光线，然后通过光电转换及光谱识别，可以获取反映待测空域化学成分的拉曼光谱，再然后当发现该拉曼光谱中含有强烈的二氧化碳和水汽成分时，可以进一步利用俯仰驱动机构和水平驱动机构驱动激光雷达对疑似目标进行快速扫描和追踪，最后通过常规的速度特点分析来识别疑似目标是否为疑似飞行器，进而可以对现有雷达系统提供一种辅助设备，从原理上突破现有隐形飞机的隐身机制，促进国防事业的发展；

(2)所述雷达目标识别设备还具有结构简单、集成化和自动化程度高等优点，便于实际应用和推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的雷达目标识别设备的系统结构示意图。

图2是本实用新型提供的激光雷达的内部结构示意图。

图3是本实用新型提供的激光雷达、支撑架及底座的组装结构示意图。

上述附图中：1-上位机；2-拉曼光谱仪；3-激光雷达；301-壳体；302-激光器；303-二向色镜；304-平凹透镜；305-卡塞格林望远镜；306-光电传感器；307-带通滤波器；308-水平轴；4-支撑架；401-水平支撑部；402-支腿；5-底座；6-俯仰驱动机构；601-俯仰驱动电机；602-俯仰减速箱；603-第一同步带轮；604-同步带；605-第二同步带轮；7-水平驱动机构；701-水平驱动电机；702-水平减速箱；703-第一传动齿轮；704-第二传动齿轮；705-垂直轴座。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

如图1～3所示，本实施例提供的所述雷达目标识别设备，包括上位机1、拉曼光谱仪2、激光雷达3、支撑架4、底座5、俯仰驱动机构6和水平驱动机构7；所述激光雷达3包括壳体301以及内置在所述壳体301内的激光器302、二向色镜303、平凹透镜304、卡塞格林望远镜305、光电传感器306和带通滤波器307，其中，所述激光器302、所述二向色镜303、所述平凹透镜304和所述卡塞格林望远镜305从后至前依次间隔布置，所述二向色镜303向前倾斜45度设置，所述平凹透镜304位于所述卡塞格林望远镜305的主镜中央开孔的正后方且与所述卡塞格林望远镜305共焦，所述光电传感器306的感光面位于所述二向色镜303的正下方，所述带通滤波器307的输入端通信连接所述光电传感器306的输出端。

所述支撑架4和所述底座5依次位于所述壳体301的正下方，其中，所述支撑架4的顶部通过横向贯穿所述壳体301中部的水平轴308与所述壳体301转动连接，所述支撑架4的底部通过垂直轴与所述底座5转动连接；所述俯仰驱动机构6安装在所述支撑架4的内部空腔中，并传动连接所述水平轴308，可通过驱动所述水平轴308转动方式带动所述壳体301在垂直方向上做俯仰运动，所述水平驱动机构7安装在所述底座5的内部空腔中，并传动连接所述垂直轴，可通过驱动所述垂直轴转动方式带动所述支撑架4水平转动；所述上位机1的输出端分别通信连接所述激光器302、所述俯仰驱动机构6和所述水平驱动机构7的受控端，所述上位机1的输入端通信连接所述拉曼光谱仪2的输出端，所述拉曼光谱仪2的输入端通信连接所述带通滤波器307的输出端。

如图1～3所示，在所述雷达目标识别设备的具体结构中，所述激光雷达3用于在所述上位机1的控制下向待测空域发射出特定波长的脉冲激光，并接收来自待测空域的拉曼散射光线，最后通过光电转换及带通滤波，可得到能够用于拉曼光谱分析的探测电信号。所述拉曼光谱仪2为现有光谱分析设备，用于依据现有分析程序对滤波后的探测电信号进行光谱识别，获取可以反映待测空域化学成分的拉曼光谱，并将该拉曼光谱传送至所述上位机1。所述上位机1用于依据常规识别方法(例如数据对比方式等)判断所述拉曼光谱中是否含有强烈的二氧化碳和水汽成分，若是则控制所述俯仰驱动机构6和所述水平驱动机构7，驱动所述激光雷达3进行俯仰角和方位角的调节，以便对疑似目标进行快速扫描和追踪，并通过常规的速度特点分析来识别疑似目标是否为疑似飞行器(前述上位机1的工作方式为现有雷达设备的常规工作方式，其涉及到的软件程序可参照现有相关程序进行常规性设计得到)。所述支撑架4和所述底座5用于支撑所述激光雷达3，其中，在所述支撑架4中内置用于驱动所述激光雷达3进行俯仰角调节的俯仰驱动机构6，在所述底座5中内置用于驱动所述激光雷达3进行方位角调节的水平驱动机构7。

在所述激光雷达3的具体结构中，所述壳体301用于隔离保护内部的电子器件或光学器件。所述激光器302用于在所述上位机1的控制下发射出特定波长的脉冲激光(其控制程序可参照现有程序进行常规性设计得到)，其优选为可发射出波长介于1000～1100nm之间的YAG激光器(即Nd.YAG激光器，源自Neodymium-doped Yttrium Aluminium Garnet；Nd:Y3Al5O12，或中文称之为钇铝石榴石晶体，采用钇铝石榴石晶体为其激活物质，晶体内的Nd原子含量为0.6～1.1％，属固体激光，可激发脉冲激光或连续式激光，发射的激光为红外线波长1.064um)。所述二向色镜303一方面用于透射特定波长的脉冲激光，另一方面用于将回射的拉曼散射光线反射至所述光电传感器306的感光面上(由于因水汽、二氧化碳及其它尾流物质而引起的拉曼散射光线的频率相对于入射激光会有一个频率移动，因此可以几乎全部反射)。所述平凹透镜304用于发散脉冲激光和汇聚拉曼散射光线。所述卡塞格林望远镜305用于瞄准待测空域并将脉冲激光准直发射出去，以及汇聚接收返回的拉曼散射光线，其口径最好不小于30cm。所述光电传感器306用于在拉曼散射光线照射到其感光面上时，生成对应的探测电信号。所述带通滤波器307用于对所述探测电信号进行滤波，进一步滤除因其它背景光而生成的电信号。

由此通过前述雷达目标识别设备的详细描述，可以通过激光雷达3向待测空域发射特定波长的脉冲激光，并接收来自待测空域的拉曼散射光线，然后通过光电转换及光谱识别，可以获取反映待测空域化学成分的拉曼光谱，再然后当发现该拉曼光谱中含有强烈的二氧化碳和水汽成分时，可以进一步利用俯仰驱动机构6和水平驱动机构7驱动激光雷达3进行俯仰角和方位角的调节，以便对疑似目标进行快速扫描和追踪，最后通过常规的速度特点分析来识别疑似目标是否为疑似飞行器，进而可以从原理上突破现有隐形飞机的隐身机制，为现有雷达系统提供一种辅助设备，促进国防事业的发展。

优化的，还包括通信连接所述上位机1的显示器8。如图1和2所示，所述显示器8用于输出显示即时探测识别结果，方便人机交互。

优化的，所述俯仰驱动机构6包括俯仰驱动电机601、俯仰减速箱602、第一同步带轮603、同步带604和第二同步带轮605，其中，所述俯仰驱动电机601的受控端通信连接所述上位机1的输出端，所述俯仰驱动电机601的转动输出端通过所述俯仰减速箱602传动连接所述第一同步带轮603，所述第一同步带轮603通过所述同步带604传动连接所述第二同步带轮605，所述第二同步带轮605同轴连接所述水平轴308。如图1所示，通过前述俯仰驱动机构，可以驱动所述激光雷达3进行俯仰角度的调节，其实际调节范围可在-10～30度之间。具体的，如图1和3所示，所述支撑架4由水平支撑部401和两条支腿402构成，其中，在所述水平支撑部401的内部空腔中安装所述俯仰驱动电机601和所述俯仰减速箱602，在其中一条所述支腿402的内部空腔中安装由所述第一同步带轮603、所述同步带604和所述第二同步带轮605构成的同步带传动结构。

优化的，所述水平驱动机构7包括水平驱动电机701、水平减速箱702、第一传动齿轮703、第二传动齿轮704和垂直轴座705，其中，所述水平驱动电机701的受控端通信连接所述上位机1的输出端，所述水平驱动电机701的转动输出端通过所述水平减速箱702传动连接所述第一传动齿轮703，所述第一传动齿轮703与所述第二传动齿轮704啮合，所述第二传动齿轮704同轴连接所述垂直轴，所述垂直轴的底部嵌套安装在所述垂直轴座705中。如图1所示，通过前述水平驱动机构，可以驱动所述激光雷达3进行方位角360度的可调，满足全方位的空域追踪需求。具体的，所述水平减速箱702优选采用直角减速箱，可以利于在所述底座5中进行紧凑布置所述水平驱动机构7。

综上，采用本实施例所提供的雷达目标识别设备，具有如下技术效果：

(1)本实施例提供了一种基于拉曼散射原理可对隐形飞行器进行目标识别的激光雷达系统，即通过激光雷达可向待测空域发射特定波长的脉冲激光，并接收来自待测空域的拉曼散射光线，然后通过光电转换及光谱识别，可以获取反映待测空域化学成分的拉曼光谱，再然后当发现该拉曼光谱中含有强烈的二氧化碳和水汽成分时，可以进一步利用俯仰驱动机构和水平驱动机构驱动激光雷达进行俯仰角和方位角的调节，以便对疑似目标进行快速扫描和追踪，最后通过常规的速度特点分析来识别疑似目标是否为疑似飞行器，进而可以从原理上突破现有隐形飞机的隐身机制，为现有雷达系统提供一种辅助设备，促进国防事业的发展；

(2)所述雷达目标识别设备还具有结构简单、集成化和自动化程度高等优点，便于实际应用和推广。

本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。