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.     

海态雷达的一种矢量海流合成方法及其计算机模拟

根据海洋表面流在相邻海域连续的特性和矢量合成原理,提出了一种生成海洋表面矢量流图的算法。该算法只在合成有效区域内才定义网格。这种算法减少了运算量,节省了存储空间,加快了运算速度。并通过计算机模拟显示,其结果能正确反映海流的实时状态。     

OSMAR2000海洋表面径向流场的生成及后处理

为了径向流图的双站合成,在OSMAR2000超分辨率海洋表面流算法提取径后向流后,再经过均匀网格径向流图的生成、多幅径向流图的组合、海流实际探测张角和有效探测距离的截取,以及径向流空缺区域的局域插值,最终生成了所需的单站径向流图,经双站合成,形成海洋表面矢量流图,现场对比验证实验证明,本文的后处理方法是有效的。     

高频地波雷达宽带收发开关

根据共站高频雷达的工作原理和PIN二极管的物理特性,研制了应用于高频地波雷达OSMAR2000的收发开关电路,实现一付相控阵天线收发共用,大大减少占地面积和投资。这种具有宽带特性的收发开关采用双时宽双极性脉冲控制,电路简洁,效率高,脉冲波形好,工作稳定可靠。     

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。     

高频地波雷达宽波束海洋回波空间谱估计的MVM算法

论述了将最小方差法应用于高频无线电海洋探测中的一些处理方法和结果。在数值模拟的基础上,探讨了该方法提取海态参数的能力,对实测数据进行了处理和分析,将结果分别同由美国CODAR公司生产的SeaSonde雷达探测结果以及海洋监测船的现场测量结果进行了对比。验证了回波信噪比随方位角的分布同雷达天线阵有效视角的对应关系。     

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.     

基于流函数模型的矢量海流生成方法

提出了一种基于海洋流函数模型的双站高频地波雷达径向流生成矢量流算法.该算法避免了传统矢量合成法将径向流进行插值带来的误差,而且符合海洋动力学原理,生成的流场更接近实际分布.通过计算机仿真发现,流函数算法的容错、容差能力比矢量合成法更强.在径向流探测标准误差为10 cm.s-1时,新算法反演结果的均方根误差减小了约5 cm.s-1.应用到雷达实测数据中,与海流计实测结果比较表明,新算法比传统算法的平均误差减小了2 cm.s-1.     

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。     

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.     

OSMAR2000超分辨率海流算法中空间信号源数的确定

针对传统方法无法确定一阶海洋回波法Doppler频移信号的空间信号源数的问题,提出了一种OSMAR2000超分辨率海洋表面流算法所需的空间信号源数的确定方法,阐述了该方法的处理过程和实测信号的处理结果。     

OSMAR2000基于MUSIC的超分辨率海洋表面流算法

为了解决OSMAR2000以小天线阵实现中远距离的海洋表面流探测,同时实现高的角分辨率的问题,提出了OSMAR2000基于MUSIC的超分辨率海洋表面流算法。该算法首先通过预处理从海洋回波中分离包含海流信息的一阶回波,然后针对其中可分辨的每一个Doppler频移（对应海洋表面径向流速）上的信号,采用MUSIC算法求其多个存在方位。阐述了MUSIC算法应用于高频地波雷达海洋表面流遥感的理论基础、处理过程和实测信号的处理结果。     

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.