本發(fā)明涉及空間目標探測、識別和摧毀技術(shù)，同時也涉及能量傳輸技術(shù)，具體來說本發(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)濟中心、首腦機關(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)爭時免受敵方飛機和導彈等空中武器攻擊，要地防空一直是國防軍事領(lǐng)域重要研究課題。

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

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

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，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)接收目標回波進行判斷自動控制微波功率模塊的輸出功率。

進一步的，所述系統(tǒng)安裝在移動裝置上。

具體的，所述移動裝置為輪式車輛或履帶式車輛。

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。

進一步的，所述N支磁控管通過相干功率合成技術(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、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，在雜波背景下對小型目標探測能力強；(4)系統(tǒng)采用一體化設(shè)計，制造、維護和操作成本低。

附圖說明

圖1是實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實施例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。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施方式，詳細描述本發(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，系統(tǒng)兼具對空中目標的監(jiān)視、坐標指示和目標類型識別，對敵方目標進行威脅告警和高效能微波打擊，還可實現(xiàn)對已方飛行器的微波充電，進行能量無線補給。

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，通過切換微波功率模塊的輸出功率實現(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)進行微波能量輸出。

偵察模式下，系統(tǒng)處于連續(xù)波雷達工作狀態(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。在伺服系統(tǒng)控制下，微波天線模塊進行360°全方位掃描，仰角采用寬波束覆蓋，對空域內(nèi)目標進行探測和跟蹤，并給出目標的三維坐標、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)波探測體制，系統(tǒng)具備較強的空間目標，特別是小型目標在較強雜波環(huán)境中的探測能力。

該系統(tǒng)一旦確認空中目標為敵方目標，則轉(zhuǎn)入打擊模式。該模式下，微波天線模塊自動對準空中目標，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)跟蹤和輻照進入系統(tǒng)控制區(qū)域的敵方飛機、導彈、無人機等空中目標，燒毀目標內(nèi)部電子設(shè)備，從而毀傷或擊落敵方空中目標，最大打擊距離≧2km。

大功率微波不僅可攻擊常規(guī)飛機和導彈等飛行器，對隱身飛機更有特殊效果。由于隱身飛機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。對攻擊無人機更具有獨特優(yōu)勢，目前無人機依賴無線信號遙控和GPS導航，并且飛行慢、高度低和目標小，大功率微波能夠較容易地捕捉和對準無人機，干擾遙控和導航信號，甚至毀傷遙控和導航電路。

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

實施例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，其向空間發(fā)射微波功率各不相同，同時本例微波天線模塊12工作在微波偵察模式下時，還擔負著接收目標回波的任務(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)，具有自動工作模式和手動工作模式，可以根據(jù)微波天線模塊偵察到的敵方目標自動切換到打擊模式，控制微波功率模塊輸出大功率微波，對敵方目標進行摧毀。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)需要進行選擇，通常采用高功率磁控管，當N≥5時，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，包括獨立信號源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N個獨立信號源進行頻率和相位控制，并輸出磁控管開關(guān)信號，開啟或關(guān)閉磁控管，切換微波功率模塊的輸出功率，使其滿足微波偵察、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，注入信號頻率＝5.799GHz，磁控管中心頻率＝5.800GHz，標準信號頻率＝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。信號源1功率大小約為0dBm，輸出的注入信號頻率設(shè)定為5.799GHz。功率放大器12增益為40dB，輸出功率約為10W。信號源1輸出的注入信號通過環(huán)行器2注入磁控管4，調(diào)整磁控管4輸出的功率信號頻率，使其鎖定到5.799GHz。磁控管4輸出的功率信號通過環(huán)行器2進入耦合器3，其大部分作為微波功率輸出，耦合器3輸出的一部分信號經(jīng)過混頻器5、濾波器7進入微波功率切換系統(tǒng)6?；祛l器5將功率信號進行混頻處理，產(chǎn)生一個頻率為100kHz的混頻信號，該混頻信號經(jīng)過濾波器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的混頻信號與標準信號(100kHz)進行比較，產(chǎn)生一個控制信號輸出到獨立信號源1，控制獨立信號源1輸出的注入信號頻率和相位。100kHz標準信號，可由一個信號發(fā)生器(圖中未示出)提供，該信號發(fā)生器同時為N個信號源提供基準頻率信號，并接受微波功率切換系統(tǒng)6的控制。通過反復調(diào)整，最終使磁控管4的輸出頻率鎖定到5.799GHz，相位與獨立信號源1輸出的注入信號同步。其他各支路的工作過程與上述過程相同，當N個獨立信號源在微波功率切換系統(tǒng)6的控制下，將N個磁控管4頻率鎖定到同一頻率5.799GHz時，N條支路輸出頻率和相位達到同步，系統(tǒng)就達到了相干微波功率合成的要求，N個磁控管輸出的微波可以進行相干合成。

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)中常見的鎖相環(huán)路(PLL)作用相當。微波功率切換系統(tǒng)6基于人工智能的學習算法，產(chǎn)生一個控制信號輸出到獨立信號源1，控制獨立信號源1輸出的注入信號頻率和相位。

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磁控管工作特性的不良影響，進一步提高鎖頻調(diào)相的精度。磁控管4在注入信號作用下起到一個放大器的作用，通過環(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°，相位移動步進1°，滿足用于實現(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)，對于N條支路構(gòu)成的系統(tǒng)，當N足夠大時，同樣可以實現(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算機系統(tǒng)構(gòu)成，可編程邏輯控制器的輸入端分別連接N個濾波器及信號發(fā)生器，可編程邏輯控制器輸出端與計算機系統(tǒng)連接，計算機系統(tǒng)的輸出端分別連接N個獨立信號源及信號發(fā)生器，對其輸出信號頻率和相位進行獨立控制，并且可以非常方便的實現(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)個獨立信號源進行分別控制，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)個磁控管進行獨立控制，通過開啟或關(guān)閉磁控管進行微波功率切換。既可以關(guān)閉或開啟單只磁控管，也可以對磁控管進行分組，按組開啟或關(guān)閉磁控管。比如，對于五只磁控管(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，第一組磁控管開啟，其他磁控管關(guān)閉。微波打擊模式下，三組磁控管全部開啟。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)用場合。