一种新体制的高频地波雷达设计与实现

传统高频地波雷达接收机与天线阵列由长电缆连接,存在成本高、架设难、不易维护等问题。本文提出了一种新体制的高频地波雷达系统,该系统将多通道接收机分为多个装配在接收机天线附近的独立的单通道接收单元,接收单元与天线之间采用短电缆连接模式,各个接收单元之间通过GPS/北斗进行时钟同步,通过无线方式进行参数配置和数据传输。在完成单通道接收单元设计与实现后,通过闭环实验和海边现场实验对整个新系统进行了检测,得到了稳定的海洋回波,证明了新体制雷达系统的可行性。     

基于综合脉冲与孔径技术的多基地"无源"定位系统

本文根据综合脉冲／孔径雷达采用多个天线同时向全空域辐射多个载频信号,而在接收端通过信号处理获得发射方向图的特点,提出一种新的多基地“无源”定位雷达系统。该系统既利用在岩上发射,在舰船上接收而构成岩－舰多基地雷达,又由于在接收站不发射信号而相当于无源定位系统,本文介绍该系统的基本组成,工作原理及其与常规地波超视距雷达、双／多基地雷达相比的显著特点,给出计算机模拟结果;最后讨论了该雷达需解决的关键问题。     

基于参数转移的岸-舰双基地波超视距雷达发射阵幅相扰动估计

 岸-舰双基地波超视距雷达采用岸基阵列发射不同载频的信号进行几乎全向辐射,舰载单根天线接收,接收端利用综合脉冲孔径技术得到等效发射方向图.本文结合该雷达系统特点,利用接收到的直达波信号,提出基于参数转移的幅相扰动估计方法.该方法引入新的未知量,通过参数转移,将由接收站方位误差引起的相位扰动估计误差转移到新的未知量中.论文详细推导了基于参数转移的发射阵幅相扰动估计模型以及幅相扰动估计的克拉-美罗界.计算机仿真表明了所提方法的有效性.     

高频地波雷达OSMAR2000通过验收

武汉大学高频地波雷达课题组经过 2年多的艰苦努力 ,自行研制了两台高频地波雷达ＯＳＭＡＲ2 0 0 0 .完成了国家 86 3计划海洋领域的重大项目“高频地波雷达海洋环境监测技术”的研究项目 ,于 2 0 0 0年底通过国家科技部的验收 .该项目研制的高频地波雷达ＯＳＭＡＲ 2 0 0 0采用一发八收相控天线 ,在中国大陆沿海首次实现双站岸基雷达监测海洋表面动力学参数 ,得到了海洋表面矢量流图 .与传统海洋测量仪器的对比验证试验表明 ,ＯＳＭＡＲ2 0 0 0探测海流和海面风向的距离超过2 0 0公里 ,探测浪高的距离达 15 0公里 .其整体性能已达到国外同…     

双/多基地综合脉冲孔径地波雷达的信道化接收技术研究

双/多基地综合脉冲孔径地波雷达在发射站为多载频信号同时辐射,在接收站综合形成发射方向图之前需要对各发射信号分量进行分离.尽管采用数字混频和低通滤波器组可以对各发射分量进行分离,但运算量太大,难以实时实现.为此提出采用多相滤波器组信道化接收技术,设计该雷达的多相滤波器组信道化接收机.这种多相滤波器组信道化接收机与低通滤波器组信道化接收相比,运算量减少N²倍(N为信道数).最后给出了该雷达试验系统的实测数据处理结果,验证了这种多相滤波器组信道化接收技术在该雷达信号处理中的有效性.     

岸-舰双基地地波超视距雷达技术

岸-舰双基地地波超视距雷达是一种在海边利用大型天线阵列发射、在舰船上接收的双基地多输入、单/多输出雷达。该雷达通过多个天线同时发射多个相互正交的信号,在接收端对各路发射信号分离后,利用发射阵列孔径通过信号处理综合形成发射方向图。概述该雷达的工作原理和主要特点,计算其威力覆盖范围,分析需要解决在运动平台上的时频同步、基于直达波的幅相校正、直达波抑制、电离层杂波与射频干扰的抑制等关键技术,介绍该雷达原理性试验系统及其试验结果。     

高频地波雷达近海表面流探测初步研究

针对高频地波雷达的天线阵通常十分庞大,使得其推广应用比较困难这一特点,利用海洋回波进行了接收通道的自校准,研究了一种便携式的交叉环/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.采用不同工作频率观测所测得的海洋表面流的日变化规律与所探测海域的洋流特征相符合;并通过与采用相控阵接收的高频地波雷达OSMAR2000的现场对比验证试验,证明了近海海洋表面流探测可采用便携式的小天线.     

基于数字调幅广播的无源双基地地波雷达

介绍了基于DRM数字调幅广播新体制双基地无源地波雷达的系统组成与工作原理,首先从理论上分析了利用DRM数字调幅广播信号作为双基地雷达探测系统非合作照射源的理论可行性,分析表明该信号具有极好的模糊函数性能,是一种利用价值极高的非合作式照射源;接着讨论了该雷达需要重点解决的直达波干扰问题,给出了具体算例和解决直达波干扰的参考方案;除用于传统目标探测外,最后还简要介绍了该雷达用于环境参数遥感（海洋表面动力学和电离层传播特性）的应用前景。     

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.     

外辐射源天地波雷达定位方法及精度分析

天地波组合传播模式高频外辐射源雷达受电离层和海洋表面环境、短波段电磁环境及收发配置等诸多因素的影响.针对该新体制外辐射源雷达的定位问题,研究了天地波组合传播模式下的目标定位模型,提出了一种基于直达波到达仰角的定位新方法,并分别从测量误差理论和几何精度因子(Geometric Dilution Of Precision,GDOP)两方面分析了定位精度与目标方位的关系.仿真结果表明,在简化定位模型的情况下,利用该方法的定位结果在一定区域内仍然具有较高的定位精度,根据研究结果有针对性地提供了改善定位精度的工程方案.     

天发舰收高频雷达一阶海杂波电磁散射特性分析

天发舰收高频雷达是对传统固定平台条件下天地波雷达系统的延伸,由于舰载平台运动和传播信道中电离层的影响,使得一阶海杂波谱呈现出更多特点.本文根据Walsh模型中一阶电场方程,推导得到了天发舰收传播模式下一阶海面散射截面积的解析表达式.然后,根据表达式对不同因素对一阶谱的影响进行仿真分析.仿真结果表明雷达工作频率、舰载平台运动和电离层水平漂移运动是引起一阶海杂波谱多普勒展宽的主要原因,风向主要影响一阶海杂波谱的形态变化,而这一特点为根据一阶海杂波谱进行海洋遥感提供了可能.     

高频超视距混合天地波雷达海杂波特点分析

采用天波发射、地波接收混合体制模式的高频超视距雷达,由于收发站分置,使得其一阶海杂波谱与单一模式下相比呈现出不同的特点。该文简单介绍了这种混合体制雷达的系统构成和工作原理,针对这种体制特有的几何结构推导了其定位原理,结合这种雷达的电磁波传播路径和收发分置的工作模式,推导了一阶海杂波多普勒频率的理论计算公式,分析了一阶海杂波随不同方位而变化的现象,并通过实测数据对理论分析结果进行了验证。     

高频地波雷达相位补偿系统

OSMAR2000采用的是“一发八收,收发共用”模式的相控阵高频地波雷达.为了扩大其探测的范围,在新的雷达系统中将采用多发多收的模式,从而导致当信号通过通道后,信号的相位会因受到通道的调制而发生改变,使得雷达无法正常工作,因此需要对通道的相位进行实时监控和补偿.在参考了低频段的相位测量原理和射频段的相移电路的设计理论的基础上,该文提出了基于差分放大器、容阻和容感器件的高频地波雷达收发通道的相位控制系统.     

天发船收高频雷达海面目标回波建模

天发船收高频雷达系统中,由于电离层随机扰动和接收船六维摆动运动影响,目标回波空时谱发生展宽和形变,严重影响雷达探测性能。本文对天发船收高频雷达海面目标回波建模问题开展研究,首先分析了动态空间几何关系变化下目标回波的多普勒频移特性,建立了理想条件下的空时目标回波模型;在此基础上,引入电离层不规则体和六维摆动空时相位扰动影响,分别构建电离层随机扰动相位仿真器和六维摆动扰动相位模型,进而建立了天发船收高频雷达扰动目标空时回波模型,实验数据验证了模型的有效性。      

天地一体化超视距雷达的激励源设计

针对单通道天地一体化超视距雷达不能多站组网的问题,设计了一种新型的激励源系统。系统利用现场可编程门阵列（FPGA）和通用串行总线（USB）实现多路发射通道控制,并通过直接数字式频率合成器（DDS）产生初始相位周期变化的线性调频波。理论分析表明,回波信号经过两次频谱变换能产生特定的多普勒频移,从而在多普勒频谱上被展开,实现信号多发一收。实验结果验证了激励源设计的可行性,可用于多站同步观测。     

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。     

毫米波段连续波雷达天线隔离度设计

收发系统间信号隔离度是连续波雷达天线设计的关键指标,它主导着连续波雷达系统的性能。针对本连续波雷达收发天线间具体的信号耦合通道,本文在收发天线间加装扼流槽,铺设微波吸波材料以及安装具有滤波功能的微波光子晶体结构等隔离措施,提高了收发天线间的隔离度。     

多频连续波雷达与角度-距离联合估计方法

频控阵（frequency diverse array）雷达存在角度和距离定位模糊的问题,基于频控阵与早期的多频连续波（multi-frequency continuous wave）雷达相同的测距原理,提出了改进的多频连续波雷达模型,通过采用相控阵接收的方式,克服了传统频控阵角度和距离定位模糊的问题.根据收发阵元数的不同,推导了四种配置下的信号模型,分析了多频连续波雷达相比传统频控阵可解耦角度与距离定位模糊的原因.新的多频连续波雷达实现定位的本质为三维多频估计问题,为此提出了一种基于迭代插值傅里叶系数（iterative interpolation Fourier coefficients））的角度-距离联合估计方法,理论分析了算法的性能.仿真结果验证了所提方案与算法的有效性.