一种简化无人机载高功率微波威胁告警模块的制作方法

1.本发明属于高功率微波及电子对抗技术领域，具体涉及一种简化无人机载高功率微波威胁告警模块。


背景技术：

2.随着科学技术快速发展，无人机成为现代战场的一类重要作战平台，不仅可以执行侦察任务，而且具备了远程打击和抵近自杀式袭击能力，无人机作战能力的提升牵引世界各国开展各类反无人机技术研究，高功率微波武器由于不受天气影响，具备光速攻击、瞬间击落和波束打击能力，成为打击无人机集群和蜂群的一种有效手段，为了提高无人机的未来战场生存能力，必须增强态势感知能力，因此能够提前预警或者确认遭受高功率微波袭击将成为无人机战场安全保障体系发展的必需。
3.传统的雷达告警或电磁频谱侦测模块无法适用于上述场景，一方面由于微波武器发射的电磁波峰值电场极高，极易毁伤模块内部的电子单元，导致其无法正常工作，另外一方面，无人机平台携带载荷重量有限，难以搭载重量较大的定量性告警模块，急需一种适用于无人机平台轻量化的可快速识别高功率微波威胁的告警设备。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题
5.高功率微波是近年来快发展的一种反无人机方式，但是现有的无人机平台并不具备识别和告警能力，为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种简化无人机载高功率微波威胁告警模块。
6.技术方案
7.一种简化无人机载高功率微波威胁告警模块，其特征在于包括天线接收阵列、降压限幅保护单元、宽动态检波电路、包络增强维持电路、识别对比单元、阈值调节电路以及主机通讯单元；
8.所述天线接收阵列位于告警模块前端，与宽动态检波电路相连，天线负责完成对进入告警模块的高功率微波电场时域波形进行采集并且耦合至一定的功率水平；
9.所述降压限幅保护单元是告警模块重要防护措施，由经过天线接收后的高功率微波信号功率极高，甚至远远超过后续电路的检测范围，进一步的，为了保证对极高功率的吸收和较低的损耗，所述降压限幅保护单元采用气体放电管和快速二极管多级降压设计；
10.所述宽动态检波电路实现对天线接收耦合后的输入窄脉冲高功率微波波形外轮廓包络进行检测；
11.所述包络增强维持电路用于对检波输出包络电压进行放大和维持，由于高功率微波检波后的脉宽最窄只有数纳秒，无法提供给后级单元进行比较，所以设计放大和维持电路，保证进入识别单元的电压幅值和脉冲宽度满足比较器要求；
12.所述识别对比单元用于比较动态检波电路输出监测信号幅值和给定比较阈值大
小，识别对比单元的比较器在确认测试包络电压超过设定阈值后输出告警脉冲；进一步的，给定比较阈值可以通过阈值调节电路设置，阈值调节电路的设定阈值通过基于已经掌握的高功率微波数据库进行确定；
13.所述主机通讯单元可以将识别对比单元的告警脉冲进行分析，统计告警脉冲幅值以及告警脉冲频率，并将所有的分析数据按照既定的通讯协议发送至无人机主机，无人机主机获知高功率微波来袭威胁，实现告警功能。
14.所述的天线接收阵列采用多波段拼接方式实现。
15.所述检波电路采用快响应功率检波器，其将输入的功率信号转换为电压信号，它利用肖特基二极管非线性对射频信号进行非线性变换，然后提取变换后信号中的直流分量，表征输入信号功率与检测电压值的量化关系。
16.有益效果
17.针对高功率微波偶发性、短脉宽、瞬时高功率等特征，设置专门的降压限幅单元降低天线耦合后的微波峰值功率，防止高功率微波直接损毁告警模块的后续电路，采用宽动态检波电路实时在线检波高功率微波包络，将检波值与阈值调节电路比较，保证识别比对单元可准确识别高功率微波威胁。
18.通过采用本发明后，无人机可在进入高功率微波区域后得到快速告警信号，无人机以及无人机蜂群可采取躲避和返航等方式迅速脱离该区域，战场生存能力得到显著提升。
附图说明
19.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
20.图1一种简化无人机载高功率微波威胁告警模块系统组成框图；
21.图2告警模块实施例s波段告警单元电路原理图。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
23.一种简化无人机载高功率微波威胁告警模块系统组成框图如附图1所示，具体包括天线接收阵列、降压限幅保护单元、宽动态检波电路、包络增强维持电路、识别对比单元、阈值调节电路以及主机通讯单元等。
24.具体地，所述天线接收阵列位于告警模块前端，与宽动态检波电路相连，天线负责完成对进入告警模块的高功率微波电场时域波形进行采集并且耦合至一定的功率水平，由于高功率微波工作频谱范围较宽，工作频段较多，接收天线采用多波段拼接方式实现，因此形成天线接收阵列；
25.具体地，所述降压限幅保护单元是告警模块重要防护措施，由经过天线接收后的高功率微波信号功率极高，甚至远远超过后续电路的检测范围，进一步的，为了保证对极高
功率的吸收和较低的损耗，所述降压限幅保护单元采用气体放电管和快速二极管等多级降压设计；
26.具体地，所述宽动态检波电路实现对天线接收耦合后的输入窄脉冲高功率微波波形外轮廓包络进行检测，所述检波电路采用快响应功率检波器，其将输入的功率信号转换为电压信号，它利用肖特基二极管非线性对射频信号进行非线性变换，然后提取变换后信号中的直流分量，表征输入信号功率与检测电压值的量化关系，
27.具体地，所述包络增强维持电路用于对检波输出包络电压进行放大和维持，由于高功率微波检波后的脉宽最窄只有数纳秒，无法提供给后级单元进行比较，所以设计放大和维持电路，保证进入识别单元的电压幅值和脉冲宽度满足比较器要求；
28.具体地，所述识别对比单元用于比较动态检波电路输出监测信号幅值和给定比较阈值大小，识别对比单元的比较器在确认测试包络电压超过设定阈值后输出告警脉冲。进一步的，给定比较阈值可以通过阈值调节电路设置，阈值调节电路的设定阈值通过基于已经掌握的高功率微波数据库进行确定；
29.具体地，所述主机通讯单元可以将识别对比单元的告警脉冲进行分析，统计告警脉冲幅值以及告警脉冲频率，并将所有的分析数据按照既定的通讯协议发送至无人机主机，无人机主机获知高功率微波来袭威胁，实现告警功能。
30.高功率微波威胁覆盖频段较多，但是对于告警模块，每个频段的电路设计原理是相同的，为了简化说明，本实施例选取s波段高功率微波告警电路设计为例说明本发明特征。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已，并不用于限定本发明。
31.典型的，本发明一种简化无人机载高功率微波告警模块实例s波段告警单元电路原理图如图2所示，主要包括接收天线及耦合波导1、降压限幅保护单元2、宽动态检波电路3、包络增强维持电路4、识别对比单元和阈值调节电路5等；
32.典型的，本发明实例接收天线及耦合波导1工作在s波段，频率范围2-4ghz，天线采用微带平板天线形式，天线输入功率进入耦合波导，设计耦合器衰减系数不小于60db；
33.典型的，本发明实例降压限幅保护单元2分别采用高功率气体放电管、半导体放电管以及快响应tvs管的三级限幅电路设计，陶瓷气体放电管功率容量大，可对持续一定脉宽的高功率微波实施钳位，第二级防护采用半导体放电管，其反应速度较气体放电管快，第三级防护采用低电容tvs管起到精确保护的目的，tvs管反应速度最快，残压低；
34.典型的，本发明实例宽动态检波电路3用于表征输入信号功率与检测电压值的量化关系，采用快响应对数检波视频放大器作为测量装置检波环节，瞬时动态范围可达60db，有效解决接收高功率微波辐射强弱剧烈变化条件下正常捕获信号难度大的问题；
35.典型的，本发明实例包络增强维持电路4采用功率放大电路和多级rc网络实现，最终可将输入电压20mv-100mv左右、输入脉宽为纳秒级的脉冲放大至电压2-10v,脉宽达到毫秒量级的电压脉冲；
36.典型的，本发明实例识别对比单元和阈值调节电路5完成高功率微波信号检测识别，主要通过电压幅度和脉冲宽度参数比对实现，比较所需的基准阈值电压可基于高功率微波数据库进行任意调节。
37.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种简化无人机载高功率微波威胁告警模块，其特征在于包括天线接收阵列、降压限幅保护单元、宽动态检波电路、包络增强维持电路、识别对比单元、阈值调节电路以及主机通讯单元；所述天线接收阵列位于告警模块前端，与宽动态检波电路相连，天线负责完成对进入告警模块的高功率微波电场时域波形进行采集并且耦合至一定的功率水平；所述降压限幅保护单元是告警模块重要防护措施，由经过天线接收后的高功率微波信号功率极高，甚至远远超过后续电路的检测范围，进一步的，为了保证对极高功率的吸收和较低的损耗，所述降压限幅保护单元采用气体放电管和快速二极管多级降压设计；所述宽动态检波电路实现对天线接收耦合后的输入窄脉冲高功率微波波形外轮廓包络进行检测；所述包络增强维持电路用于对检波输出包络电压进行放大和维持，由于高功率微波检波后的脉宽最窄只有数纳秒，无法提供给后级单元进行比较，所以设计放大和维持电路，保证进入识别单元的电压幅值和脉冲宽度满足比较器要求；所述识别对比单元用于比较动态检波电路输出监测信号幅值和给定比较阈值大小，识别对比单元的比较器在确认测试包络电压超过设定阈值后输出告警脉冲；进一步的，给定比较阈值可以通过阈值调节电路设置，阈值调节电路的设定阈值通过基于已经掌握的高功率微波数据库进行确定；所述主机通讯单元可以将识别对比单元的告警脉冲进行分析，统计告警脉冲幅值以及告警脉冲频率，并将所有的分析数据按照既定的通讯协议发送至无人机主机，无人机主机获知高功率微波来袭威胁，实现告警功能。2.根据权利要求1所述的一种简化无人机载高功率微波威胁告警模块，其特征在于：所述的天线接收阵列采用多波段拼接方式实现。3.根据权利要求1所述的一种简化无人机载高功率微波威胁告警模块，其特征在于：所述检波电路采用快响应功率检波器，其将输入的功率信号转换为电压信号，它利用肖特基二极管非线性对射频信号进行非线性变换，然后提取变换后信号中的直流分量，表征输入信号功率与检测电压值的量化关系。

技术总结
本发明涉及一种简化无人机载高功率微波威胁告警模块，针对高功率微波偶发性、短脉宽、瞬时高功率等特征，设置专门的降压限幅单元降低天线耦合后的微波峰值功率，防止高功率微波直接损毁告警模块的后续电路，采用宽动态检波电路实时在线检波高功率微波包络，将检波值与阈值调节电路比较，保证识别比对单元可准确识别高功率微波威胁。通过采用本发明后，无人机可在进入高功率微波区域后得到快速告警信号，无人机以及无人机蜂群可采取躲避和返航等方式迅速脱离该区域，战场生存能力得到显著提升。升。升。


技术研发人员：张帆 毛永艳 杨海粟 张毅 解江远 田川 谢军 蒋丹 赵程光
受保护的技术使用者：西安电子工程研究所
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/5/24