高频地波雷达海态矢量场反演算法研究

发布时间：2020-12-19 02:45

　　近年来,高频地波雷达因其探测距离远,覆盖范围广,造价低,能实现全天候时空连续探测等优势,在海洋环境监测中起到了重要的作用。通过Barrick建立的散射截面方程进行回波多普勒谱分析即可获取海态参数。目前,海面流场参数反演算法已相对成熟,但风浪场参数的提取方法还在研究阶段。本文主要对海面矢量场参数反演算法进行研究,包括海流流速和海面风向两方面。通过仿真验证、实测数据分析、和预报信息比较、误差统计等方法对各算法性能进行分析。总结出一套适应不同情况的海态矢量场反演算法。首先,流场方面。由于反演矢量海流前须先获取海流的径向流速,为了获取更高的角度分辨率,在对MUSIC算法提取海流径向流速方位信号之前先进行预处理,主要包含通道幅度软件校准及合成和分离一阶谱区两部分。而后,深入研究了三种单站矢量海流反演算法:类插值法、最小二乘法及基于流函数模型反演法。通过仿真验证、实测数据分析、预报信息比较、误差统计等方法对算法性能进行分析,选出最适合单站的矢量海流提取的算法。最后将流函数反演矢量海流算法和MUSIC算法提取海流径向流速方位信号结合进行实测数据分析,并将反演结果和预报信息相比较,反演效果较好。此外,... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

OSMAR雷达发射天线和接收天线

根据雷达参体制的不同技术不同探测范围不同，雷达也可以分成不同的种类。根据接收天线波束的宽度，高频地波雷达可以两类：一类宽波束雷达。宽波束雷达主要用于探测海洋表面环境。SeaSonde 雷达就是这种雷达，早期的 SeaSonde 雷达以探测海流为主，它将大面积的海面分解成多个点目标处理。后期 CODAR 公司为了雷达的商业化推广，以研究小型天线阵列为主，这样不仅减少接收通道数量，还易于实现对回波信号的角度分辨。另一种是窄波束雷达，窄波束雷达由于发射能量比较集中，所需功率较大。但所获的回波信号处理起来方便快捷，方位分辨较高，探测距离长，目前主要用于目标追踪、国防预警等方面[32]。根据雷达的工作方式，高频地波雷达还可以分成单频高频地波雷达和多频高频地波雷达。相比于多频工作的高频地波雷达，单频雷达的工作性能则相对受限[33]，海面状态不同，所对应的最优的雷达工作频率也不同，故单频雷达回波中所含的海态信息有限，缺乏自校正能力，抗干扰性和稳定性较差，容易受各种杂波干扰。近年来，国内外各个国家也一直在探索多频高频地波雷达的研究，但是多频切换技术难度较大，少数工作频率切换只能改善雷达探测目标的能力，对海态信息反演精度的改进不大。目前只有美国在多频高频地波雷达研究方面的技术相对比较成熟，能够实现 4 个及以上工作频率切换的雷达系统[34]。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文校准因子采用功率加权平均法对天线各个通道的回波谱进行加权，得到各个距离元上平滑后的雷达回波功率谱。经过通道校准及合成前后的回波功率谱对比结果如图 2-1 所示，其中图 a)表示某一通道的多普勒功率谱图，图 b)表示合成的多普勒功率谱图，可以看到合成的功率谱平滑了原始谱线中的部分毛刺，表明该处理过程对随机噪声存在一定的抑制作用，效果较好。


本文编号：2925103