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。     

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…     

高频地波舰载超视距雷达研究

本文介绍了国外高频地波舰连超视距雷达发展的情况,着重分析了舰载超视距雷达需解决的主要关键技术,并对该雷达的最大作用距离进行了估算。     

高频地波雷达交叉环/单极子天线幅度相位校准

针对小口径高频地波海态监测雷达广泛采用的交叉环/单极子天线阵列,理论分析了接收通道幅度和相位误差对其到达角估计精度的影响.由于常规线性拟合估计增益误差的方法常常失效,为此提出了更实用的校正方法:在单极子上预选出大信噪比谱点作为候选校正谱点,再根据天线共相位中心约束条件作进一步筛选,由单极子和交叉环上各谱点的互协方差估计出相位误差,并由归一化谱功率比估计出幅度误差.该方法在便携式高频地波雷达OSMAR-S中运行良好.现场比测实验结果证明了该方法的有效性.     

高频地波雷达发射机监控系统设计

针对高频地波海态雷达的特点以及雷达远程监控的需求，提出了一种基于DSP和CPID技术的雷达发射机监控系统设计方案，详细介绍了发射机监控系统的软硬件设计。该监控系统用于实时监测高频地波雷达发射机的运行状态和发射波形，对发射机实施自动故障检测与远程控制。本设计中利用DSP完成高速数据采集与处理，利用CPLD完成高速串行数据通信；采用了间断采集、连续传输的方法对发射机进行监测，降低了串行通信传输的数据量，进而保证监测与控制操作的实时性。     

高频地波雷达中电离层杂波的自适应抑制

首先分析了高频地波雷达中电离层杂波的类型，并给出了电离层杂波的仿真结果。在此基础上，给出了利用相参旁瓣对消滤波器对电离层杂波进行自适应抑制的方法。利用辅助天线输出中的干扰成分，自适应的调整其加权系数，最大程度的估计出主天线输出中的干扰。然后在主天线的输出中减去这个估计出的干扰。最后，对现有的相参旁瓣对消滤波器进行改进，并且给出了改进的相参旁瓣对消滤波器的抑制结果。     

高频地波超视距雷达的超分辨处理

由于工作在高频段，高频地波超视距雷达的角分辨力较差，尤其是当阵长受限时。本文从实际出发，提出了一种利用最小方差信号无畸变响应波束形成实现超分辨的方法，单目标实测数据及部分仿真目标数据的处理结果表明了其有效性。     

高频地波雷达多干扰的极化抑制

天波电台干扰是高频地波雷达所面临的主要干扰,虽然采用频率捷变技术可以躲避干扰,但是当短波电台十分密集时很难找到合适工作频段的,而且当存在与雷达回波同方向入射的干扰时,空间滤波技术也无能为力。利用极化技术可以较好地解决以下问题,但目前高频地波雷达中的极化滤波还只限于对单干扰的抑制,为了进一步拓宽雷达的工作频段,本文研究了多干扰的极化抑制问题,给出了一种在频域同时提取多干扰极化特征的方法,并根据这一方法构造了一种频域极化滤波器,使得频带互不重叠的多个干扰可以被有效滤除,而不受极化度的限制,从而克服了以往极化滤波器只能处理极化度较高的干扰的特点。理论和仿真实验证明了算法的有效性。     

高频地波超视距雷达特点及应用研究

通过对高频地波超视距雷达本身固有特点结合应用进行了分析,针对一些实际问题,提出了在当前技术条件下,如何通过技术改进或调整使用方法来提高雷达的效能,缓解应用中遇到的困难,并对当前地波雷达的先进技术进行了相关介绍.     

基于海洋回波的高频地波雷达阵列幅相误差校准

针对现有无源校准方法在高频地波雷达中失效的问题,该文提出了一种基于海洋回波的高频地波雷达阵列幅相误差校准算法。该算法利用相控阵中相邻天线对同一海流面元回波之间满足的关系,建立多组幅相误差方程并联立求解。通过对模拟的海洋回波的数据进行处理,分析算法的幅相误差校准值的估计偏差。将此算法应用在实测数据处理中,验证了其有效性及可靠性。     

虚拟跳频抑制高频地波雷达角闪烁

本文基于高频地波雷达的实现原理,和目标角闪烁的基本原理,对雷达回波信号采用虚拟跳频的处理方式来抑制目标角闪烁.由模拟和实测数据实验证明,该处理方式既不影响点目标的回波信息,又对复杂散射目标有明显的角闪烁抑制,并且该处理方式的计算量开销小,完全可以用于实际工程.     

GPS在双（多）基地高频地波雷达中的应用

针对双(多)基地高频地波雷达高精度同步问题，给出了一种利用GPS模块进行校频的时间同步方法。该方法采用FPGA器件，外同步源来自GPS接收信号，通过对FPGA内部设计的数字鉴相器输出的相差进行处理，并通过时间步长由小增大的方式调整恒温晶振的调谐电压，结果获得很高的频率同步精度。输出各信号的时间关系由软件设定，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问的时序关系准确、稳定、可靠，减少了雷达的相位误差。考虑到GPS接收机不能正常接收到信号的情况，FPGA内部的波形产生逻辑模块还进行了冗余设计，在GPS接收机不能正确接收到信号时，产生精度由时钟保证的同步信号，确保时间同步信号的连续性。文中还给出了利用ModelSim进行仿真的结果。理论分析和仿真结果说明了该文设计方案的可行性。     

高频地波雷达发射机保护电路的设计

用于近程海洋探测的高频地波雷达发射机设计输出功率为200w，因为是大功率器件，而且需要全天候不间断正常工作，所以要设计相应的保护电路。包括对极端情况下的过流、过压、过激励保护和过温保护。对前面几种情况下的保护主要采用负反馈的思想，过温保护利用温度开关及散热装置来实现。     

高频地波雷达空时自适应目标检测

针对高频地波雷达接收到的海杂波数据在落入Bragg峰区域时目标会被海杂波所遮盖的特点,通过对海杂波的空时耦合特性的分析,将空时自适应信号处理运用到超视距雷达中,提出抑制海杂波的同时检测被海杂波所遮盖的舰船的新方法.实测数据的处理结果证明了所提出利用空时自适应处理抑制海杂波的有效性和实用性.     

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。     

高频地波雷达浪高参数提取的一种新算法

从Howell深水无表面流情况下的二阶窄波束雷达截面方程出发,提出了一种变换积分对象、不等分积分区间构成稀疏矩阵方程来反演无向浪高谱的新算法.在不同信噪比和不同海况条件下进行数值仿真,当信噪比高于35dB时,该算法有较高的反演精度.并将该方法应用于"高频地波雷达现场对比验证试验",反演结果与观测船输出结果比较,有效浪高的平均绝对误差为0.32m,并与Barrick法和Howell法进行了比较.模拟结果和实测结果都表明该反演算法的正确性和可行性.     

基于双AR模型的高频地波雷达信号分离算法

高频地波雷达回波信号的频谱主要由一阶峰与二阶谱构成,而这些频谱中蕴含着丰富的海况信息,因此分离其频谱具有重要的理论和现实意义。利用高频地波雷达信号的一阶峰与二阶谱信号的独立性,分别建立不同阶次的自回归(AR)模型。为了估计对应于一阶峰和二阶谱的AR 模型阶数和参数,首先利用自适应原子分裂算法对回波谱进行稀疏估计,得到一阶峰与二阶谱的混合特征根及其由特征根构成的自相关函数的系数;然后,利用特征根的组合构成两个自回归模型,分别计算对应模型的由特征根表示的自相关函数的系数,并将所得到特征根表示的自相关系数逐一进行对比,当所有的特征根表示的自相关系数都近似相等时,则实现对一阶峰和二阶谱的分离;最后,模拟数据及真实的高频地波雷达回波谱信号分离计算验证了该方法的可行性。     

相控阵雷达中相位误差分析及补偿方法

无论在有源还是无源相控阵雷达中,微波在传输路径上,以及通过移相器和衰减器的量化控制过程中都存在一定的幅度和相位的误差。大部分误差可以通过多次迭代配相配幅的方法得到消除,但由于温度变化、移相器的线性误差和量化精度等带来的误差无法在配相和配幅中解决,该误差对波束指向精度、旁瓣、波束赋形等相控阵的关键指标存在较大影响。因此对机载相控阵雷达研究中获得的扫描和控制数据进行分析,找出误差来源并提出了有效的解决方法。