一种可展开-收拢的RCS可调反射器

一种可展开-收拢的rcs可调反射器
技术领域
1.本实用新型属于雷达技术领域，具体涉及一种可展开-收拢的rcs可调反射器。


背景技术：

2.随着当前电磁环境越来越复杂，电子对抗发展越来越快，其中反射器的发展逐渐不能跟上需求的步伐。现有反射器产品往往具有固定的尺寸、体积和较大的重量，它们在使用、运输中具有麻烦、笨重等缺点，不能满足便于运输装载和轻质化的要求，而且当尺寸体积固定之后往往不具有rcs调控的能力，不能满足现如今复杂的电磁环境中对于不同散射特性的要求以及对于便捷使用、运输和装载的要求。
3.现有的一些反射器产品多以金属平面或其他材料作为反射面的选材，并将多个反射器单元进行排列，当它们(现有反射器产品)一旦确定结构，便很难再改变，这样一来，整体重量较大，且过大的体积为使用、运输和装载带来了很大的困难。
4.还有少部分反射器产品具有rcs调控的能力，但普遍具有复杂的结构和庞大的体积，且调控的范围很小，其原因在于固定的体积和结构。对于现有反射器产品，当需要实现不同散射特性时，需选取不同的反射器产品，如果仍沿用传统方式，则不能满足对于散射特性的复杂多变要求，从而造成不能及时改变目标散射特性的问题。所以说，现有反射器的不足之处为，产品结构体积固定、无法进行rcs调控或具有很小范围内的rcs调控。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种可展开-收拢的rcs可调反射器，以解决现有技术中产品结构体积固定、无法进行rcs调控或具有很小范围内的rcs调控的问题。
6.本实用新型采用以下技术方案：一种可展开-收拢的rcs可调反射器，包括一层反射器组件，以及与其镜像设置的另一层反射器组件，每个反射器组件包括相互连接的n个反射器单元，n为大于等于6的正整数；
7.其中，每个反射器单元均为三角形三面角反射器，每个反射器单元具有顶部敞口的口径面和装有金属丝网的侧面，每个口径面的三个端点均为边界顶点，每个反射器单元的顶点均为支撑点，相邻边界顶点通过两根上弦杆铰接，相邻的边界顶点和支撑点之间通过支撑杆连接，两根上弦杆由折叠关节连接，形成可折叠的结构；
8.n个反射器单元的连接形式为：以六个反射器单元拼接形成口径面开口朝向相同的正六边形拼接口径面；或，以正六边形拼接口径面为中心，其余反射器单元依次、正反交替的连接在中心正六边形外围的各个边界顶点处，直至使得拼接口径面形成正多边形；
9.两层反射器组件之间通过各层的n个支撑点对应铰接，形成活动的结构；
10.每层反射器组件上设置有展开-收拢机构，展开-收拢机构用于使可展开-收拢的rcs可调反射器整体关于展开-收拢轴线进行展开或收拢，展开-收拢轴线为经过两个拼接口径面中心的连线，通过拼接口径面不同的展开程度以实现调控rcs。
11.进一步的，每一层反射器组件上的展开-收拢机构均包括：
12.多个滚筒关节(10)，其位于拼接口径面最外圈的各个边界顶点处，其包括滚筒结构和活动套筒结构；其中，滚筒结构，包括u形滚筒支座，滚筒支座的开口处平行、间隔设置有销轴和滚筒，销轴和滚筒之间留有穿线间隙；活动套筒结构，其具有多个用于与上弦杆及支撑杆分别铰接的套筒；
13.一细金属绳，其一端固定至任意一个滚筒支座上，另一端依次经过各个滚筒支座的穿线间隙，并最终从细金属绳所固定的滚筒支座中的穿线间隙引出；
14.一步进电机，其与细金属绳的引出端连接，用于通过其外力拖拽细金属绳，以使得拼接口径面收缩。
15.进一步的，上弦杆和支撑杆的尺寸比值为1：1.477，在完全展开状态下，相邻的上弦杆与支撑杆之间的夹角为45
°
，每两个支撑杆之间的夹角为90
°
。
16.进一步的，相邻的上弦杆与上弦杆连接处、相邻的上弦杆与支撑杆连接处、以及相邻的支撑杆与支撑杆连接处通过铝镁合金材质制成的关节结构铰接。
17.进一步的，当n＝6时，六个反射器单元的边界顶点相互连接，六个口径面拼接成开口朝向相同的正六边形。
18.进一步的，上弦杆和支撑杆为碳纤维空心杆。
19.进一步的，金属丝网为镀金钼丝、镀金铁丝或不锈钢丝，金属丝网的丝径为0.02mm-0.5mm，网孔直径为3mm-10mm。
20.本实用新型的有益效果是：本实用新型以三角形三面角反射器单元为基础，进行特定的结构设计和单元组合形成特定的阵列结构，该反射器能够在不同的展开收拢的状态下，实现目标散射特性根据要求而变化，还能方便地实现展开收拢操作，从而实现rcs调控效果。如图6和7为不同展开收拢程度状态(状态1、2、3、4)下rcs曲线随频率的变化情况，可以看出，rcs可调控范围高达近30db，调控范围大。除此之外，本实用新型依靠展开收拢机构实现传统角反射器无法实现的可变体积操作，这极大地方便了该反射器的装载运输和使用，如当需要运输时，可将反射器完全收拢即可，同时碳纤维空心杆和金属丝网极大地减轻了反射器的重量，不仅便于装载运输，
附图说明
21.图1为本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器的角反射器单元的结构示意图；
22.图2为本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器在n＝6时，其中一层角反射器组件的拼接口径面的结构示意图；
23.图3为本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器在n＝6时，其中一层角反射器组件的结构示意图；
24.图4为本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器两层角反射器组件组合的立体结构示意图；
25.图5为本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器在n＝24时，其中一层角反射器组件的口径面拼接示意图；
26.图6为本实用新型实施例在展开收拢程度为状态1和状态2下rcs随频率的变化图；
27.图7为本实用新型实施例在展开收拢程度为状态3和状态4下rcs随频率的变化图；
28.图8为本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器在拼接口径面视角下的结构示意图；
29.图9为本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器的细金属绳穿过滚筒关节的状态示意图；
30.图10为本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器在完全收拢状态下的状态示意图。
31.其中，1.上弦杆，2.支撑杆，3.边界顶点，4.支撑点，5.折叠关节，6.细金属绳，7.滚筒支座，8.滚筒，9.销轴，10.滚筒关节。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
33.本实用新型提供了一种可展开-收拢的rcs可调反射器，如图4所示，包括一层反射器组件，以及与其镜像设置的另一层反射器组件，如图3所示，每层反射器组件包括相互连接的n个反射器单元，n为大于等于6的正整数。下层组成结构与上层的结构相同，但与第一层为镜面对称的关系。
34.每个反射器组件包括相互连接的n个反射器单元，如图1所示，每个反射器单元均为三角形三面角反射器，每个所述反射器单元具有顶部敞口的口径面和装有金属丝网的侧面，每个所述口径面的三个端点均为边界顶点3，每个所述反射器单元的顶点均为支撑点4。具体的，每个反射器单元为具有一敞口底面和三个侧面的三棱锥结构，每个所述侧面上设置有金属丝网；所述底面为口径面，所述口径面的三个端点为边界顶点3，所述反射器单元的顶点为支撑点4。每个角反射器单元以三条长度相同的边组成的面为口径面，除口径面外，其他面均由金属丝网进行均匀贴覆作为轻质反射面。相邻所述边界顶点3通过两根上弦杆1经折叠关节5铰接，也即每两根所述上弦杆1均由折叠关节5进行铰接，形成可折叠的结构。相邻的所述边界顶点3和所述支撑点4之间通过支撑杆2连接。上弦杆1和支撑杆2为反射器阵列的支撑骨架，能够用来作为金属丝网依附的框架，同时加以折叠关节5进行铰接上弦杆1，是用来保证反射器能够实现展开收拢操作的。
35.n个所述反射器单元的连接形式为：以六个反射器单元拼接形成口径面开口朝向相同的正六边形拼接口径面；或，以所述正六边形拼接口径面为中心，其余所述反射器单元依次、正反交替的连接在中心正六边形外围的各个边界顶点3处，直至使得拼接口径面形成正多边形。其中，无论反射器单元的数量n是多少，将每层拼接得到的形成正多边形的各个口径面所在面称为拼接口径面。对于拼接口径面来说，反射器单元的数量n至少为六个，其可以拼接形成正六边形；如果n＞6，则以正六边形的口径面为中心，剩余的反射器单元数量要正好围绕位于中心的口径面形成正多边形的拼接口径面。围绕的圈数m可以是一圈或多圈。
36.为说明当有多个角反射器单元组阵的排列原则，以图5所示的上层阵列的口径面为例，其排列为：以正六边形为中心进行排列，并且按圈数增加，如图5虚线所示，其为增加的第二圈角反射器单元，以此类推，每次增加均为最外圈的角反射器单元。当整个角反射器阵列具有m圈之后，其角反射器单元数目为6m2，由于本实用新型提出的新型角反射器阵列为上下层镜面对称结构，因此，在较多角反射器单元组阵下，整个角反射器阵列的单元数目
为12m2。此时，由驱动电机作用的细金属绳应穿过的位置为口径面最外圈的边界顶点3。
37.两层反射器组件之间通过各层的n个支撑点4对应铰接，形成活动的结构。每层反射器组件上设置有展开-收拢机构，所述展开-收拢机构用于使一种可展开-收拢的rcs可调反射器整体关于展开-收拢轴线进行展开或收拢，所述展开-收拢轴线为经过两个所述拼接口径面中心的连线，通过拼接口径面不同的展开程度以实现调控rcs。收拢的状态如图10所示，展开的最大程度为使得拼接口径面成为一平面的状态。
38.在一些实施例中，如图8所示，所述展开-收拢机构包括多个滚筒关节10、细金属绳6和步进电机。其中，多个滚筒关节10，位于所述拼接口径面最外圈的各个所述边界顶点3处，其包括滚筒结构和活动套筒结构。如图9所示，所述滚筒结构包括u形滚筒支座7，所述滚筒支座7的开口处平行、间隔设置有销轴9和滚筒8，所述销轴9和所述滚筒8之间留有穿线间隙。活动套筒结构，其具有多个用于与所述上弦杆1及所述支撑杆2分别铰接的套筒。细金属绳6的一端固定至任意一个所述滚筒支座7上，另一端依次经过各个滚筒支座7的穿线间隙，并最终从细金属绳6所固定的滚筒支座7中的穿线间隙引出。步进电机，其与所述细金属绳6的引出端连接，用于通过其外力拖拽所述细金属绳6，以使得所述拼接口径面收缩。
39.滚筒关节10的滚筒8与销轴9之间穿有细金属绳6，从拼接口径面外围的任意一个边界顶点3穿入细金属绳6，沿着拼接口径面外围依次穿入每个滚筒关节10的滚筒8与销轴9之间，当细金属绳6围绕一圈之后，将细金属绳6另一端固定在最开始的边界顶点3上。与该层反射器组件成镜面对称的下层反射器组件上的细金属绳6也是按相同的方法布置，两层反射器组件上固定细金属绳6的起点边界顶点3应同样也为镜面对称，通过对两个细金属绳6的同时拉伸实现收拢形态。所述细金属绳6与驱动电机相连，依靠驱动电机实现细金属绳6的拉伸；所述活动套筒结构的套筒铰接在边界顶点3，套筒一端与上弦杆1或支撑杆2连接，另一端铰接在边界顶点3，使套筒连接的上弦杆1或支撑杆2能够随着反射器的收拢而活动，从而实现展开收拢的操作。
40.在一些实施例中，边界顶点3和支撑点4之间通过支撑杆2连接，所述上弦杆1和支撑杆2的尺寸比值为1：1.447，在完全展开状态下，相邻所述上弦杆1与所述支撑杆2之间的夹角为45
°
，每两个所述支撑杆之间的夹角为90
°
。本实用新型提出的可展开-收拢的rcs可调反射器不受其尺寸的限制，可以同比放大或缩小，可放大或缩小的比例：上弦杆和支撑杆尺寸比值为1：1.447，在等比放大或缩小之后，本实用新型仍具有良好的由展开-收拢而实现的rcs调控成效和轻质化的特点。
41.在一些实施例中，相邻上弦杆1与上弦杆1连接处、相邻上弦杆1与支撑杆2连接处、以及相邻支撑杆2与支撑杆2连接处通过铝镁合金材质制成的关节结构铰接。各个关节结构中均包括主体和设置在其上的套筒，套筒与主体部分为铰接结构，即套筒能够0
°‑
90
°
内活动，套筒用于与各个上弦杆1和/或支撑杆2连接，通过套筒的转动实现铰接，该可活动的铰接结构保证了反射器整体结构的展开-收拢的顺利进行。
42.在一些实施例中，如图2所示，当n＝6时，六个所述反射器单元的边界顶点3通过上弦杆1经折叠关节5相互连接，六个所述口径面位于同一平面、且拼接成开口朝向相同的正六边形。因为组合形成的口径面为正六边形，在各个口径面方向形成的电磁波接收能力相当。本实用新型包含、但不限于12个角反射器单元，其中的一个或多个单元都可以拿出来使用，在本实用新型12个单元组成的阵列实施例的基础上，其仍可以按图5方式增加同样的角
反射器单元，仍为两层镜像结构，同样能够实现反射器轻质化和通过反射器的展开-收拢实现rcs调控成效，对于其中的一个或几个单元，所述技术仍然适用。
43.在一些实施例中，上弦杆1和支撑杆2为碳纤维空心杆，在保证高结构强度下有效地减小了角反射器阵列的重量，使反射器阵列达到轻质化，有利于装载运输和使用。
44.在一些实施例中，金属丝网为镀金钼丝、镀金铁丝或不锈钢丝，所述金属丝网的丝径为0.02mm-0.5mm，网孔直径为3mm-10mm。金属丝网的重量要远小于传统金属反射面。本实用新型工作在2-20ghz频率下的电磁波，通过实验测试，所得结果能够证明金属丝网具有反射效果。
45.本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器的调控方法为：
46.收拢过程：通过驱动电机对细金属绳6的拉伸，使得穿过所述滚筒关节10上的细金属绳6拉紧之后，各个所述反射器单元以展开-收拢轴线为中心进行收拢，金属丝网也随之收拢，反射器口径面减小；
47.展开过程：驱动电机不对细金属绳6施加外力，各个反射器单元在折叠关节5反作用下而展开，金属丝网也随之展开形成反射面，反射器口径面增大。
48.通过驱动电机控制细金属绳的拉伸程度，以此控制拼接口径面的展开收拢程度，从而有不同程度展开收拢的拼接口径面，而对应得到不同的rcs，根据拼接口径面和rcs的对应关系即可实现rcs的调控。
49.将一种可展开-收拢的rcs可调反射器整体关于展开-收拢轴线进行展开或收拢操作，展开-收拢轴线为经过两个所述拼接口径面中心的连线。不同的展开程度决定了其电磁散射特性的不同，即依靠不同的展开收拢状态实现调控rcs。一种可展开-收拢的rcs可调反射器整体收拢的实现是依靠步进电机驱动细金属绳6拉伸实现的，展开的实现是依靠折叠关节5里的弹簧作用实现的，通常步进电机连接细金属绳6，而细金属绳6依次穿过最外圈的所有边界顶点3(此所有边界顶点3为上下两层所有口径面的边界顶点3)。调控时，以两个拼接口径面为主要散射面，收拢过程中，步进电机工作，带动细金属绳6拉伸，使多个反射器单元在各关节铰接机构下收拢；展开过程中，步进电机停止工作，细金属绳6自然松弛，多个反射器单元在折叠关节5里的弹簧作用下实现展开。多个反射器单元通过展开-收拢过程而实现对rcs的调控，具体的目标调控效果应根据使用目的和电磁环境而决定。
50.实施例
51.本实用新型的一种可展开-收拢的rcs可调反射器包括12个角反射器单元，其中每个单元的上弦杆1和支撑杆2长度尺寸分别为213.38mm、308.84mm，外径均为5mm，关节结构中铰接所用的套筒外径为7mm、内径5mm。反射器支撑骨架由碳纤维空心杆制成的上弦杆1和支撑杆2、以及各个关节铰接结构组成，反射面由金属丝网通过专用粘结剂固定在各支撑杆2上。
52.由于上弦杆1和支撑杆2均为碳纤维空心杆，各个铰接的关节结构为铝镁合金材质制成，金属丝网反射面保证了本实用新型整体装置的轻质高结构强度的特性。通常的角反射器阵列因反射面为金属，其重量多在几千克以上甚至几十千克级别，且尺寸多在几米甚至更大。而本实用新型实施例下的基本参数如表1所示，铺设金属丝网之后的总重量仅为1.325kg，收拢体积仅有0.004m3，说明一种可展开-收拢的rcs可调反射器在完全收拢之后的体积很小，展开体积为0.325m3，收纳率达到了81.25％，从表1中可以看出本实用新型的
一种可展开-收拢的rcs可调反射器具有轻质化的优点、很小的收拢体积、较大的展开体积和较高的收纳率。
53.表1实施例的反射器基本参数
[0054][0055][0056]
通过对该实施例的实验测试，根据实验结果可以得知，该反射器能够通过不同的展开收拢程度(不同状态)实现对电磁波的不同散射特性，即实现了对rcs的调控。
[0057]
基于上述实施例对本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器的四种状态进行了实验分析，得到了四种展开收拢状态下rcs(雷达散射截面积)与入射波频率之间的关系，如图6和7中rcs曲线所示。当所需要实现的rcs调控效果确定时，可以参照不同状态下的rcs随频率的变化曲线，根据所需要的rcs来调整反射器口径面的展开程度。当反射器被用来干扰雷达探测时，其原理为反射器频繁无规律地进行展开收拢操作，即不断改变自身的rcs，使雷达探测到无规律变化的rcs，从而干扰其探测。
[0058]
其中，以每个反射器单元口径面上经折叠关节5铰接的两根上弦杆1组成的角度为依据，设该角为θ，则一种可展开-收拢的rcs可调反射器的四种展开收拢状态分别为：θ＝180
°
时，为状态1；θ＝135
°
时，为状态2；θ＝90
°
时，为状态3；θ＝45
°
时，为状态4。给出对该一种可展开-收拢的rcs可调反射器实施例的实验结果，频率范围为2-20ghz，经过实验测试，分别得到四种展开收拢程度(状态1、2、3、4)下的rcs随频率的变化曲线，为使曲线清晰地呈现，故分别将状态1和2、状态3和4放在一起进行对比。图6为状态1和状态2下反射器rcs随频率变化的曲线，可以看出，该反射器在不同频率下都具有对应的rcs值，多数rcs值大于
10db，具有明显的反射效果，在两种状态下，反射器rcs多数频点均大于10db，这说明了该反射器具有最基本的工作能力，即能够将电磁波反射出去。对比两种状态下反射器rcs的曲线可以看出，两种状态下rcs差值在一些频点处高达25db，接近于30db，说明该一种可展开-收拢的rcs可调反射器能够通过切换状态而调整rcs，即步进电机驱动细金属绳使该反射器呈现不同的展开程度而展示出rcs调控的效果。图7为状态3和状态4下反射器rcs随频率的变化曲线，可以看出，在这两种状态下，一些频段下的rcs差值更加明显，即说明其调控是有效的。通过上述四种状态下的rcs曲线对比，这也验证了该一种可展开-收拢的rcs可调反射器通过调整自身拼接口径面的展开程度而实现对rcs调控的可实施性。
[0059]
根据上述实施例的实验数据可以看出，一种可展开-收拢的rcs可调反射器的调控效果表现为：当需要一种可展开-收拢的rcs可调反射器呈现大rcs时，通过所述方式调整整体到对应的状态中去，即得到所需要的散射特性；当需要一种可展开-收拢的rcs可调反射器呈现小rcs时，通过所述方式调整整体到对应的状态中去即可。除此之外，当一种可展开-收拢的rcs可调反射器用作雷达探测的无缘干扰时，可通过一种可展开-收拢的rcs可调反射器在不同状态下的无规律切换而实现无规律变化的rcs，以此干扰雷达探测，由实施例的实验数据可知，不同状态下无规律切换具有实现rcs无规律变化的功能。
[0060]
本实用新型提出使用具有轻质高结构强度的碳纤维空心杆作为反射器阵列的支撑骨架，各关节铰接结构采用镁铝合金，保证了足够的强度，以编织而成的金属丝网作为反射面，其所具有的弹性保证了一种可展开-收拢的rcs可调反射器展开收拢过程中的电磁波反射效果。这些结构也都在重量上体现出了极大的优势，远小于现有反射器产品的重量。其中，实施例中金属丝网的网孔直径为5mm，本实用新型的实验测试频段为2-20ghz，一种可展开-收拢的rcs可调反射器在该频段下均具有反射器效果。
[0061]
本实用新型以三角形三面角反射器单元为基础，角反射器单元具有增强反射的作用，为使角反射器阵列口径面最大程度地接收到来波，即尽可能地使该角反射器阵列口径面分布均匀，因此，本实用新型设计将角反射器单元拼接口径面按正多边形排布，形成在口径面各个方向具有相当的电磁波接收能力。经过设计之后，本实用新型经过了实验测试，从测试结果数据可以看出，该一种可展开-收拢的rcs可调反射器可以根据所需要的不同电磁散射特性而选择展开的程度，即不同的状态，从而以对应的状态实现对rcs的调控；也可以通过调整一种可展开-收拢的rcs可调反射器的展开程度而实现对雷达探测的干扰，如一种可展开-收拢的rcs可调反射器无规律变化的展开收拢。
[0062]
本实用新型的一种可展开-收拢的rcs可调反射器通过采用口径面的展开收拢策略，通过将拼接口径面对准来波，在复杂电磁环境下实现根据所需要的散射特性而调整拼接口径面展开程度，从而实现对rcs的调控的目的。
[0063]
本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器在实现rcs可调操作外，根据结构和材料等特性，选取了轻质高结构强度的材料，上弦杆1和支撑杆2均采用碳纤维空心杆，关节铰接结构采用镁铝合金材质，反射面采用由不锈钢丝编制而成的金属丝网，除轻质的优点外，金属丝网特有的柔软、高弹性和高拉伸率的特点在本实用新型中的展开收拢操作中仍能保证很好的反射效果。同时，本实用新型一种可展开-收拢的rcs可调反射器所具有的收拢特性能够在运输携带方面体现出极大的体积优势。