高频地波雷达信号波形分析

根据雷达设计的一般原理,综合研究了雷达波形分析的一般概念、处理技术和主要结果;尤其对国家863计划海洋领域重大课题要求研制的高频地波雷达的特殊需要,深入研究了线性调频中断连续波（FMICW）的基本理论、波形参数和处理方法,使之成为高频地波雷达OSMAR2000信号波形设计的基础。     

高频地波雷达波形参数设计

根据线性调频中断连续波（FMICW）雷达原理,针对高频地波雷达探测海洋表面动力学要素的要求,给出了雷达信号数据采集与处理过程;分析了被压地波脉冲中断的雷达回波信号可以进行连续采样的原理;设计了无距离混迭和Doppler频率混迭的OSMAR2000雷达工作参数。该雷达主要技术指标为：距离分辨率2.5km,最大探测距离270km,时间分辨率13min,雷达工作比0.44,测量分辨率2－3cm/s。现场实验表明,雷达波形参数设计是正确的。     

高频地波雷达接收机研制

论述了调频中断连续波（FMICW）信号解调原理,分析了用于海洋环境监测、采用FMICW体制接收机的特点,给出了相控阵高频地波雷达多通道接收机的技术要求及设计要点,对工作在干扰和噪声特别大环境中的短波低频段接收机提出了应采取的抗干扰措施。现场实验表明,该多通道接收机在选择性、灵敏度和抗干扰性能方面达到了设计技术指标要求。     

高频地波雷达天线阵方向图的近场聚焦技术

详细分析了“聚集法”测量天线阵列方向图的理论依据和测量原理,提出利用“聚焦法”测量OSMAR2000天线阵列方向图的技术方案。理论计算和实测结果表明文中设计方案是可行性的。     

高频地波雷达总体方案及工程实施中的几个主要问题

从线性调频中断连续波(FMICW)基本原理出发,结合雷达方程和相控阵技术,阐述了在OSMAR2000总体设计和研制过程中遇到的几个主要问题,如雷达探测性能估计、雷达波形设计、雷达参数的选择、相控阵形式、I/Q形成方式、数据采集与Doppler提取、距离混迭与Doppler频率混迭、零频干扰等.东海现场实验表明,采用120m八元相控天线阵,"一发八收”、收发共用天线工作模式,平均发射功率100W,可实现200km,120°扇面海流探测和100km风浪探测.     

高频地波雷达接收天线效率对回波信噪比的影响

针对高频地波雷达天线小型化过程中，天线效率降低使接收回波信噪比减小缺乏定量描述的问题。通过对高频频段外部大气噪声以及天线、传输线和接收机引入的内部噪声的分析，推导出了高频地波雷达接收天线效率与接收系统输出信噪比的关系式，并利用此关系式计算出了一定参数下不会降低雷达探测指标的效率范围．经过在以上效率范围内，使用低效率小型化接收天线实测的海洋回波谱，证实了其效率不影响雷达的探测指标．说明了本文得到的关系式的实用性，为高频地波雷达接收天线的小型化设计提供了理论依据．     

高频地波雷达海洋表面流测量误差分析

针对高频地波海态雷达测量精度问题,结合2005年8月浙江省东海海域得到的高频地波海洋表面状态监测雷达OSMAR2003的遥感测量数据,以及多普勒流速剖面测量仪的现场测量数据,通过误差分析理论对高频地波雷达海洋表面流测量精度以及误差来源做了分析.分析过程综合考虑了海流的运动特性,结果表明剖面流场的不均匀性分布及流场剖面结构的时间变化率是影响高频地波雷达径向流速测量误差的两个重要因素,通过去除其影响能有效提高测量精度.     

高频地波雷达海洋表面矢量流合成

针对高频地波雷达双站系统利用两幅径向海流图合成矢量流前必须进行径向流插值的问题,提出了一种在极坐标系下的自然三次样条插值得到公共网格上径向流并合成矢量流的方法.该方法成功应用于高频地波雷达OSMAR2000,并在国内首次进行东海表面流实时监测,将合成矢量流结果与传统海流计作对比,二者十分吻合,流向的标准差<20°,流速的标准差＜10cm/s.     

高频地波雷达的东海试验

“高频地波雷达海洋环境监测技术”是由武汉大学主持的国家“863”计划海洋领域的重大课题,本课题组研制了两套高频地波雷达OSMAR2000,并于1999年底,在浙江省舟山市朱家尖和宁波市象山分别建立了两个雷达实验站,进行了一年的现场自检试验和与传统海洋测量仪器的对比验证试验.试验结果表明,雷达探测海流和海风的距离达到200km,探测浪高的距离达到120km,系统整体性能达到国外同类雷达20世纪90年代后期先进水平.     

高频地波雷达海洋回波数据采集及其处理

根据线性调频雷达技术雷达和Donald E.Barrick提出FM／CW雷达信号的处理方法,研究雷达数据采集系统的组成和领带处理板（TMS320C50和ADSP2181 DSP）的结构、工作原理,以及程序编写。同时分析了提取海洋表面距离的FFT（Cooley-Tukey)算法、数据结构。数据采集系统采用流水线工作方式,由DSP硬件和PC微机组成,应用C／C＋＋高级语言和汇编语言混合编程,实现了数据的实时采集及处理,满足了雷达系统工作要求。     

高频地波雷达天线阵列的自校正

针对高频地波雷达回波信号是一维信号的特点，构造了任意形状的三角形阵列，将理想情况下用于二维到达角估计的空时DOA矩阵法进行了推广，使其能适用于存在幅相误差的阵列．利用将推广的空时DOA矩阵法用于一维到达角估计时产生的冗余信息，构造方程组．通过解方程组得到天线阵列间幅度和相位误差，从而实现高频地波雷达通道的幅相自校正．对模拟数据与实测数据的处理结果均证实了本方法的有效性.     

采用便携式天线的近海海洋表面流探测

针对高频地波雷达天线阵通常十分庞大的问题，根据海洋回波理论，利用单个到达角海洋回波进行雷达通道幅度相位的自校准，应用适合便携式天线系统的信源估计方法，采用MUSIC(MUltiple Slgnal C1assification)算法反演海流信息，研究了交叉环／单极子天线在高频地波雷达近海海洋表面流探测中的应用，将探测结果与采用相控阵接收的高频地波雷达OSMAR2000的探测结果进行对比，径向流速平均偏差为1．3cm／s,说明近海海洋表面流探测采用便携式的小天线可取得与传统相控阵相同的效果.     

高频地波雷达下的多目标跟踪数据处理

根据高频地波雷达监测海上低速移动目标的要求及该类雷达的特点,提出了一种与高频地波雷达目标跟踪相适应的多目标跟踪数据处理方案。在该方案中对BTC(bayes tracking confirm)方法与BTT(bayes tracking termination)方法进行了改进,解决了上述两种方法在高频地波雷达实际应用中存在的问题。提出了贝叶斯准则与次数判定相结合的跟踪起始和终结方法。模拟结果表明,该方案能够稳定、有效地实现高频地波雷达密集回波下的多目标跟踪。     

宽波束高频地波雷达海面回波谱的数值模拟

根据高频无线电波海洋回波谱理论,结合高频地波雷达单站探测的实际应用,建立了一个适合于研究高频地波雷达信号处理的海面回波多普勒谱的数值模型,模型包含一阶峰、海流、二阶谱、硬目标回波、地形阻挡和噪声等成分,模型输出具备实测多普勒谱的典型特征,可用于检验高分辨率空间谱估计算法和海态参数的反演算法。     

高频地波雷达频谱监测模块的硬件实现

给出了一种基于软件无线电技术的在线短波频谱监测模件的软硬件设计方案．采用窄带中频数字化接收机结构，一次变频、高中频带通欠采样方式，结合直接数字合成器(DDS)、高本振输入的混频和VXI总线等技术，实现了与雷达分时工作的在线频谱监测和独立频谱监测两种工作模式．描述了模件硬件的工作原理、主要信号的时序关系及具体的实现方法．试验表明，该模件运行可靠，为雷达工作频率的选取提供了依据．     

高频地波雷达可编程同步控制器的FPGA实现

采用FPGA器件对高频地波雷达中的可编程同步控制器进行了设计，在FPGA器件中使用可实时进行雷达波形参数读写的内部存储器，通过对存储的雷达波形参数进行处理后得到了所需的雷达波形，从而实现了同步控制器的可编程性。     

高频地波雷达OSMAR2000同步控制器

根据高频地波雷达（OSMAR2000）的时序要求,给出了利用可编程序间隔定时器82C54产生各种控制信号和同步信号的方法。同步控制器采用可编程器件,所有信号的时间关系均由软件设定,以计数方式产生,不但电路简单,调试修改方便,更重要的是使各信号间的时序关系准确、稳定、可靠。减少了雷达系统的相位误差。