[发明专利]基于锥状天线的空中目标电荷遥测系统及方法

权利要求书

1.一种基于锥状天线的空中目标电荷遥测系统，其特征在于，包括：静电场传感器单元(1)、屏蔽电缆(2)、数字信号处理单元(3)；

所述静电场传感器单元(1)包括至少3个锥状天线(11)和前端信号调理电路(12)；每个所述锥状天线(11)感应获取空中飞行目标(5)的静电场变化特征信息；所述前端信号调理电路(12)分别与所述锥状天线(11)连接，将电荷变化特征信号转化为电压特征幅值信号；

所述屏蔽电缆(2)一端与静电场传感器单元(1)的前端信号调理电路(12)连接，另一端与数字信号处理单元(3)连接，用于传输所述静电场传感器单元(1)的前端信号调理电路(12)转化的电压特征幅值信号；

所述数字信号处理单元(3)对电压特征幅值信号进行硬件滤波、数字采样和数字滤波处理。

2.如权利要求1所述的基于锥状天线的空中目标电荷遥测系统，其特征在于，所述锥状天线(11)为轴对称静电场感应电极，每个所述锥状天线(11)的总电荷包括球形部分(111)的电荷和圆锥部分(112)的电荷。

3.如权利要求1所述的基于锥状天线的空中目标电荷遥测系统，其特征在于，还包括上位机(4)，其与所述数字信号处理单元(3)连接，接收数字信号处理单元(3)传输的处理后的电压幅值特征信号，基于目标电荷计算数学模型，根据空中飞行目标(5)实际飞行参数，计算空中飞行目标(5)的电荷量，通过上位机(4)的界面显示。

4.一种基于锥状天线的空中目标电荷遥测方法，其特征在于，包括：

步骤S1、通过静电场传感器单元(1)获取最大电压特征幅值；

步骤S2、计算锥状天线(11)与空中飞行目标(5)上电荷转换系数K；

步骤S3、根据目标电荷量计算公式，获得空中飞行目标(5)的电荷量。

5.如权利要求4所述的基于锥状天线的空中目标电荷遥测方法，其特征在于，步骤S2所述的电荷转换系数K＝K_d×K_u，K_d为锥状天线(11)与外部电场E之间的第一转换系数，K_u为静电场传感器单元(1)与数字信号处理单元(3)之间的第二转换系数。

6.如权利要求5所述的基于锥状天线的空中目标电荷遥测方法，其特征在于，锥状天线(11)在外部电场E的作用下，锥状天线(11)的流动总电荷Q与外部电场E之间的所述第一转换系数K_d的计算公式，如式(1)所示：

其中，锥状天线(11)获得的总电荷由圆锥型部分(112)的电荷Q_S和球形部分(111)的电荷Q_K组成，其计算公式如式(9)所示：

Q＝Q_S+Q_K(9)

其中，Qs＝q_N，q_N为第N个等效电荷的电荷量值；

其中，N为锥状天线(11)的圆锥部分(112)电极轴上的等效电荷的数量，计算公式如式(2)所示：

其中，L1＝L-2·R-dm，L为天线总长度，R为球形部分半径，dm锥状天线顶部直径，dM为锥状天线底部直径。

7.所述第二转换系数K_u由静电场传感器单元(1)中的反馈电容器C_i的值确定，计算公式如式(10)所示：

K_u＝1/C_i(10)。

8.如权利要求5所述的基于锥状天线的空中目标电荷遥测方法，其特征在于，根据步骤S1中静电场传感器单元(1)探测获取每个锥状天线(11)的最大电压幅值，计算获取每个锥状天线(11)对应的估计电荷量，计算公式如式(12)所示：

其中，U_im为空中飞行目标(5)与锥状天线(11)交会过程中的最大电压幅值，K为电荷转换系数；n0为单位法相向量；ri(ti)为最大电压幅值对应的时间ti时刻。