高频地波雷达数据检验及在台风监测中的应用

通过地波雷达探测数据获取率、可用性和结果标准差及相关性等计算,分析了地波雷达对海流、海浪、海风反演测量的总体性能和适用条件。结果表明:高频地波雷达在台风期间较好地反映了风、浪、流场的空间分布及变化特征,其探测精度可满足业务需求,验证了高频地波雷达在复杂海况条件下具有较好的探测能力;地波雷达可以在不同海况下探测获取高精度可信的海流参数信息,但海浪和海风参数的探测精度和可信度受当时海况影响,当海面浪高小于1 m时或风速小于4.7 m/s,海浪和海风的探测精度较差,可信度较低。     

高频地波雷达风速直接反演的经验模型

利用风浪经验模型从高频地波雷达(HFSWR)的回波谱数据中反演风速需要有效波高等先验信息,因此风速的反演受有效波高反演精度的影响。该文基于风浪经验模型,利用风速和高频地波雷达海面回波二阶谱与一阶谱能量之比的关系,发展了无需波高信息的风速直接反演的经验模型。将风速反演经验模型应用到高频地波雷达风速的反演中,对两部不同频率的雷达在不同海域获得的数据进行了比较分析,结果表明,该文中采用的经验模型能够有效地对风速进行反演,其中三参数模型的结果略好于双参数模型。     

基于高频雷达二阶海洋回波的风速反演算法研究与应用

基于高频电磁波与海洋表面的散射机制,以雷达二阶散射截面方程为理论依据。首先,进行了从高频雷达二阶海洋 回波谱中反演饱和风速的算法理论近似,讨论算法运用的前提条件;其次进行了饱和风速与二阶谱峰频率的关系式推导;然后,利用高频地波雷达模拟海洋回波谱数据对算法进行了可行性验证,证明该算法特定风速范围内有较好的反演结果; 最后,将算法应用于实测高频地波雷达海洋回波多普勒谱进行了饱和风速反演,并进行了反演结果分析与误差分析。 结果分析表明:该算法在满足理论近似条件的前提下能有效提取海面饱和风速信息。     

高频天/地波雷达海面风向、洋流反演试验研究

高频天/地波雷达是近年来提出的一种新的雷达探测体制, 其海杂波包含丰富的海态信息.为研究该体制雷达在海态探测中的应用, 在海面风向、洋流反演方法研究基础上, 利用高频天/地波探测试验系统开展海态反演试验研究,依据接收到的海杂波信息, 获得海面风向和径向洋流信息, 并与海上实测资料进行对比.对比试验结果表明两者具有较好的一致性,高频天/地波雷达用于海洋状态观测具有一定的可行性.     

基于高频地波雷达的海水电导率反演

温度、压力和电导率是表征海水性能最主要的三个物理量,研究海水电导率的分布与变化,有助于人们深入研究海水电磁特性及化学组成.文中建立了一种基于高频地波雷达的海水电导率反演机制,利用高频电磁波的海面衰减特性,通过分析高频地波雷达在海面不同雷达观测元间的附加衰减数据,结合区域验证过的电波衰减方程,建立海面电导率和地波Norton衰减因子之间的单调对应关系模型,进而获得沿岸海洋表面电导率的分布信息.实验结果表明:利用高频地波雷达遥感海面电导率具有可行性.     

舰载高频地波雷达(OTHR)平台运动对回波信号调制机理的研究

 本文基于高频地波舰载OTH(Over-The-Horizon)雷达后向散射回波信号的物理模型,在理论上分析并导出了揭示雷达平台运动、雷达系统参数、目标物理属性以及目标运动特性之间内在联系的舰载高频地波OTH雷达回波信号在Doppler域里的频谱展宽方程;深入分析了高频地波舰载OTH雷达平台运动对雷达回波信号高频相位的调制机理及平台运动对回波信号Doppler频谱结构的影响;推导了雷达平台运动与不同物理尺寸目标及不同运动状态目标相互作用的动态几何关系;给出了在雷达平台运动条件下静止面目标、静止点目标及运动面目标和运动点目标的回波信号频谱展宽表达式.这些基本关系式构成了在高频地波舰载OTH雷达系统中对海浪杂波特性和目标特性进行分析和研究及在展宽的一阶Bragg海浪谱中实现舰船目标分辨与检测的重要理论基础.文章最后通过对实测数据的分析与测量,证明了所得出的数学关系式的正确性.     

FMICW高频地波海况监测雷达海洋回波信号仿真模拟检验系统

该文给出一种调频中断连续波(FMICW)高频地波海况监测雷达的仿真模拟检验系统。该系统基于FMICW高频地波雷达的工作机理,以及一阶和二阶Bragg-Doppler谱的反演原理,利用直接数字合成的技术仿真出海洋雷达回波的模拟信号,以供雷达的校准与定标之用.该系统已与FMICW高频地波雷达测海系统进行了联机测试,得到了预期的效果。     

高频地波舰载超视距雷达的双零点波束测角方法

在高频地波舰载超视距雷达中,雷达平台的运动导致了一阶海浪谱(Bragg谱线)的展宽.提取和检测落入此展宽区的目标是舰载条件下面临的主要困难.本文分析了Bragg谱线展宽的原因,提出了用单零点波束提取目标并用分裂的双零点波束测角的具体方法.在文章中用计算机对该种方法进行了仿真,仿真结果证明该方法作为高频地波舰载超视距雷达目标检测方法是有效的.     

高频地波雷达技术及其发展趋势

介绍了高频地波雷达的功能、系统组成和工作机理,分析了国内外高频地波雷达的发展状况,并介绍了国内民用高频地波雷达的应用情况,最后给出了高频地波雷达的发展趋势。     

OS081H高频地波雷达系统海面风向反演实验研究

基于风向多波束法的思想,该文提出了一种新的多波束法实现方式最小二乘多波束法,解决了传统实现方式可能存在的波束没有交点的问题。 将此方法应用到高频地波雷达OS081H的风向反演中,并与实测数据进行了对比,表明该方法可有效地消除风向模糊。同时,通过与最大似然法的结果进行比较分析,并考虑了风速对风向反演的影响,结果发现,风速越大风向反演结果的相关性和精度越好。     

HF radar wave and wind measurement over the Eastern China Sea

High-frequency (HF) radar can be employed to measure sea surface state parameters such as waveheight, wind field, and surface current velocity. This paper describes the application of the HF ground wave radar in remote sensing the surface conditions over the Eastern China Sea in October 2000. The radar, referred to as the OSMAR2000, was developed by Wuhan University. Preliminary wave spectra, waveheights, and wind fields estimated from the collected data are presented and compared with ship-recorded measurements where such are available. The range for wind direction sensing is up to 200 km. Wave information and wind speed can be provided up to a range of 120 km. The mean difference between radar- and ship-measured significant waveheight is 0.323 m; wind direction is measured within 20/spl deg/; and wind speed to within 0.6 m/s. With such agreement being fairly reasonable, the feasibility of the inversion algorithm and the ocean state real-time sensing capability of OSMAR2000 are demonstrated.     

粗糙海面短波地波通信链路分析与计算

为评估沿粗糙海面传播的短波地波通信性能,研究了不同海况下的地波传播衰减因子。将短波地波传播模型与天线仿真技术相结合,在地波场强的计算中充分考虑实际舰载鞭天线的增益、方向图和辐射效率等参数;并介绍了大气噪声,对粗糙海面短波通信接收点处的信噪比进行计算;最后,给出了临海四地短波通信测试结果。无线信道试验表明,海面短波地波传播理论计算与外场试验结果基本一致。     

Estimating wind speed from HF skywave radar sea backscatter

Linear expressions relating ocean surface wind speed to a theoretical estimate of the - 10 dB width of the high frequency (HF) sea echo Doppler spectrum (0.078 Hz Doppler shift frequency resolution) are derived for different radar frequencies. The -10 dB width, determined from theoretical model estimates of the Doppler spectrum as a function of radar frequency for a wide range of ocean wave conditions, changes in a complex way with the continuum of second-order echoes surrounding the stronger first-order echo. Because the amplitude of the second-order echoes is directly related to changes in the directional ocean wave spectrum, the wind speed estimates derived from these expressions are highly dependent on the wave field (both the total energy and its distribution with direction); significant differences in these expressions are also found, for example, between fetch-limited and fully developed seas, and for wind seas and swell. These expressions are extremely difficult to use experimentally to obtain reliable estimates of wind speed because a priori knowledge of the wave field is required to apply the correct expression, and yet this knowledge cannot be determined from the unresolved second-order structure at this spectral resolution. Several Doppler spectra recorded under known ocean wind and wave conditions illustrate the difficulty in applying these theoretical expressions to estimate wind speed. We conclude that the -10 dB width is not a good estimator of wind speed. Wind speed estimates are better obtained from HF radar spectra by first estimating the directional wind-wave spectrum from the second-order echoes (0.01 Hz Doppler shift frequency resolution) and then computing wind speed from a wind-wave prediction model.     

天波雷达舰船目标探测能力仿真分析

为定量地评估海杂波背景下天波雷达的探测能力,基于信号检测理论和雷达方程,建立了天波雷达舰船目标探测能力仿真模型。基于Barrick高频雷达海洋回波截面方程,考虑电离层和洋流影响,构建了海浪散射系数仿真模型并给出了仿真方法。最后,仿真分析了各种参数对天波雷达探测能力的影响。结果表明,探测距离越远、风速越高、风向角越大、工作频率越大,电离层污染越严重探测能力越差,而洋流速度变化时探测能力基本不变。     

高频地波雷达多目标跟踪系统

为实现高频地波雷达中的多目标跟踪,有效利用多普勒量测改善系统性能,采用多假设数据关联算法的多目标跟踪系统,提出了多普勒速度优先的二重波门设置和基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的多假设算法。基于EKF的多假设算法,直接利用EKF过程中得到的参数更新观测向量方差,计算假设的概率,实现多假设数据关联。建立仿真场景,验证了二重波门设置能有效减少杂波干扰,并将基于EKF的多假设算法与独立假设下引入多普勒速度的关联算法比较,结果表明基于EKF的多假设算法在高频地波雷达这种较高杂波密度条件下效率更高,捕捉航迹和滤除虚假点迹的能力更强。     

L波段小擦地角海杂波幅度均值与风速关系建模

在对比分析国际上现有模型中风速对海杂波幅度均值的影响基础上, 提出了一种新的两分量高斯模型建立海杂波幅度均值与风速的关系.结合我国黄海L波段VV极化小擦地角海杂波实测数据, 对该模型进行了验证与精度分析, 并研究了该模型参数随擦地角的变化关系, 给出了模型拟合参数.从数据分析的结果来看, 该模型较好地捕获了海杂波幅度随风速的变化趋势, 可为雷达系统设计和雷达海杂波预测提供技术支撑.       

多功能HF雷达海洋回波谱模拟软件

介绍了一种多功能的ＨＦ雷达海洋回波谱模拟软件，该软件是基于Ｂａｒｒｉｃｋ一阶，二阶ＨＦ雷达海洋散射截面方程并考虑了影响海洋因波Ｄｏｐｐｌｅｒ谱的多个因素编制而成的。     

色噪声下估计信源数的方法及性能分析

分析了雷达谱估计信号源数的方法.在高频地波雷达中,当各阵元噪声功率非平稳时,提出了一种基于盖氏圆半径和Kullback对称散度的信号源数目估计方法.通过实验证明,该方法能够有效解决在小快拍数、阵元噪声功率不相等情况下信号源数目估计的问题,实现色噪声环境下信源数的估计.