地波雷达遥感资料的反演及应用研究
发布时间：2020-11-02 13:24
高频地波雷达是一种近十几年才发展起来的岸基海洋环境动力遥感仪器。地波雷达利用其垂直极化电磁波能够沿弯曲的地球表面绕射传播的机理,来获取海面流场、海面浪场和海面风场的信息,进行反演海气界面的流场、浪场和风场,也可实现对“超远距”海面舰船和低空飞行目标进行“超视距”监测。 高频地波雷达按照天线波束的宽度可分为窄波束(相控阵式天线)雷达和宽波束(单元鞭状天线)雷达。窄波束雷达相控阵式天线的特征为多元、阵列长,配置这种天线的地波雷达具有测量海洋要素多、测量精度较高、空间分辨率较高的特点,但要使用庞大的相控阵天线和较高的发射功率,因此具有占地面积较大、移动十分困难的不足。宽波束雷达单元鞭状天线具有较小的发射和接收天线,配置这种天线的地波雷达具有移动性好、管理方便等的特点(如SeaSonde系统),但其角度分辨率和测量精度却差于窄波束雷达。 因为高频地波雷达是利用发射和接收雷达波频率的变化来遥感波束方向上的海面的流速,因此,高频地波雷达对海洋表层流速的遥感有单站遥感、双站遥感和多站遥感之分。单站高频地波雷达遥感海洋表层流速只能测量遥感波束方向上的海面的流速,一般称之为“径向流”,经过双站或多种高频地波雷达遥感信息的合成,才能获得海洋表层二维流场。 高频地波雷达相对于传统海洋观测仪器具有观测距离远、覆盖面积大、观测要素多、工作全天候等特点;而相对于海洋卫星遥感具有造价低、测量精度高、空间分辨率高、采样频率高等特点。高频地波雷达是一种非常具有发展前途、使用范围非常广泛的新型岸基超视距遥感仪器。 虽然经过了20多年的发展,高频地波雷达无论是硬件和软件,还是应用都得到了很大的提高,但无容质疑,其成熟度无论是与传统海洋测量,还是卫星遥感都有较大的差距。因此,世界各国,特别是海洋大国和海洋强国,几乎都把高频地波雷达的(硬件、软件和应用)研究放在了非常重要的位置,从而使高频地波雷达的发展达到了前所未有的程度和水平。 我国高频地波雷达的(硬件、软件和应用)研究在近十年取得了非常大的成就。在“九五”和“十五”期间,国家海洋863计划都安排了项目进行高频地波雷达的研究,在硬件和软件方面 本文简要回顾了地波雷达遥感的国内外发展历史及应用研究的现状,简单介绍了高频地波雷达的遥感原理及其反演海面流场、浪场和风场的方法;结合作者承担的3个国家863项
【学位单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位年份】：2006
【中图分类】：P715.7
【部分图文】：
有测量海洋要素多、测量精度较高、空间分辨率较高的特点，但要使用庞大的相控阵天线和较高的发射功率，因此具有占地面积较大、移动十分困难的不足。宽波束雷达单元鞭状天线具有较小的发射和接收天线，配置这种天线的地波雷达具有移动性好、管理方便等的特点（如SeaSonde 系统），但其角度分辨率和测量精度却差于窄波束雷达。1991 年，加拿大北方雷达系统有限公司在纽芬兰岛的开普雷斯(Cape Race)建造了一部地波超视距窄波束雷达 HF—GWR，其最大作用距离接近 400km，除了能够跟踪舰船、冰山和低空飞机外，并能完成海洋参数测量任务,这是窄波束雷达的最早凡例。宽波束雷达的典型代表是美国的高频地波雷达系统－SeaSonde。2.2 地波雷达资料反演原理2.2.1 海流测量原理及反演岸基高频地波雷达遥感海流的理论基础是建立在主动电磁波反射时因表面流速而产生的频率变化,这也就是所谓的多普勒效应。图 2-1 说明了这个原理。
图 2-2 归一化多普勒回波谱单站地波雷达所测的海洋表层流仅为雷达波辐射方向的径向流，而多站地波雷达所洋表层流也只是各自雷达波辐射方向的径向流。所以只有将双站或多站方向上的径向矢量合成，才能获得海洋表层流场。在单站地波雷达技术参数决定后，双站地波雷达合成矢量流场的流元数量和质量分于两个地波雷达站的有效重叠观测范围及其与测点的夹角：两个地波雷达站的站越小重叠观测范围就越大，双站地波雷达合成矢量流场的流元数量亦多，反之亦然；然而距过小，则其重叠范围的测量值的独立性越差，合成后的流元质量越差。因此，必须者因素，综合考虑，一般来说，双站之间距等于单站最大探测距离的一半为宜。多普勒回波谱型如图 2-2。图中两个较高的回波谱高度（B＋和 B-）为一阶 Bragg 谐，其他较低的回波谱高度为二阶谐振示值。对表层海流探测而言，每部雷达所获得的观测资料仅包含相对于该雷达径向的流速信想获得观测区域海流矢量场，必须运用两部以上的多部雷达同时进行观测，然后通过
图 2-3 地波雷达流矢量合成示意图）AV= VCOS(θ θAC）BBV= VCOS(θ θCsincosarctan(ABθθθVVVVBA ＝cos()VVACAθ θ＝、波高、周期测量原理多呈现不规则的运动状态，即海浪的随机状态。在分在频域内的能量分布特征，引入了海浪谱的概念；为
【引证文献】
本文编号：2867105
【学位单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位年份】：2006
【中图分类】：P715.7
【部分图文】：
有测量海洋要素多、测量精度较高、空间分辨率较高的特点，但要使用庞大的相控阵天线和较高的发射功率，因此具有占地面积较大、移动十分困难的不足。宽波束雷达单元鞭状天线具有较小的发射和接收天线，配置这种天线的地波雷达具有移动性好、管理方便等的特点（如SeaSonde 系统），但其角度分辨率和测量精度却差于窄波束雷达。1991 年，加拿大北方雷达系统有限公司在纽芬兰岛的开普雷斯(Cape Race)建造了一部地波超视距窄波束雷达 HF—GWR，其最大作用距离接近 400km，除了能够跟踪舰船、冰山和低空飞机外，并能完成海洋参数测量任务,这是窄波束雷达的最早凡例。宽波束雷达的典型代表是美国的高频地波雷达系统－SeaSonde。2.2 地波雷达资料反演原理2.2.1 海流测量原理及反演岸基高频地波雷达遥感海流的理论基础是建立在主动电磁波反射时因表面流速而产生的频率变化,这也就是所谓的多普勒效应。图 2-1 说明了这个原理。
图 2-2 归一化多普勒回波谱单站地波雷达所测的海洋表层流仅为雷达波辐射方向的径向流，而多站地波雷达所洋表层流也只是各自雷达波辐射方向的径向流。所以只有将双站或多站方向上的径向矢量合成，才能获得海洋表层流场。在单站地波雷达技术参数决定后，双站地波雷达合成矢量流场的流元数量和质量分于两个地波雷达站的有效重叠观测范围及其与测点的夹角：两个地波雷达站的站越小重叠观测范围就越大，双站地波雷达合成矢量流场的流元数量亦多，反之亦然；然而距过小，则其重叠范围的测量值的独立性越差，合成后的流元质量越差。因此，必须者因素，综合考虑，一般来说，双站之间距等于单站最大探测距离的一半为宜。多普勒回波谱型如图 2-2。图中两个较高的回波谱高度（B＋和 B-）为一阶 Bragg 谐，其他较低的回波谱高度为二阶谐振示值。对表层海流探测而言，每部雷达所获得的观测资料仅包含相对于该雷达径向的流速信想获得观测区域海流矢量场，必须运用两部以上的多部雷达同时进行观测，然后通过
图 2-3 地波雷达流矢量合成示意图）AV= VCOS(θ θAC）BBV= VCOS(θ θCsincosarctan(ABθθθVVVVBA ＝cos()VVACAθ θ＝、波高、周期测量原理多呈现不规则的运动状态，即海浪的随机状态。在分在频域内的能量分布特征，引入了海浪谱的概念；为
【引证文献】
相关博士学位论文 前2条
1 李杨;高频地波雷达背景感知与目标检测技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 沈伟;多状态多频段海洋遥感雷达系统研究与实现[D];武汉大学;2009年
本文编号：2867105
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