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.     

基于短时傅立叶变换的高频地波雷达射频干扰抑制

提出了一种适合于高频地波雷达射频干扰滤除的方法,该方法基于短时傅立叶变换(STFT)的基本原理,针对单一频率的射频干扰在线性调频雷达中的特点,利用STFT在时频面上检测出射频干扰,通过时域滤波和建立AR模型产生预测数据滤除射频干扰的影响．经过实测数据的检验,信噪比提高了将近10dB,表明该方法能有效地解决线性调频雷达中射频干扰的抑制问题．     

高频地波雷达频谱监测系统的前端电路设计

利用超外差式接收和直接数字合成(DDS)技术设计了高频地波雷达频谱监测系统的前端电路．该电路能够根据雷达探测距离的远近选择相对应的噪声信号接收频段,为后续的数据采集与处理提供噪声电平数据．实验证明：本系统的跳频本振信号信噪比(SNR)优于60dB;对输入信号具有60dB左右的增益和1μV的灵敏度,满足了武汉大学研制的下一代高频地波海态监测雷达对频谱监测的需要．     

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.     

多通道多频高频地波雷达DDS数字信号源的设计

采用直接数字频率合成技术(DDS)产生多频高频地波雷达信号波形,使用现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)设计多通道多频高频地波雷达DDS数字信号源,提出了运用FPGA芯片实现该信号源的一种方案.该方案的系统组成包括PC机软件、LXI接口电路、控制模块、多通道DDS系统和加法器.该信号源输出为四通道单频信号及四通道信号加权叠加合成的多频信号.系统输出频率为3～30 MHz,输出信号无杂散动态范围(SFDR)优于62 dB,输出信号相位噪声优于132 dB/Hz,实验结果可满足多频高频地波雷达发射和接收系统的要求.     

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.