專利名稱：一種浮標(biāo)式高頻超視距雷達(dá)運(yùn)動補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線電物理學(xué)和海洋科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種浮標(biāo)式高頻超視距雷達(dá)運(yùn)動補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
高頻超視距雷達(dá)是一種可低成本監(jiān)測海洋專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)的有效工具，是二十世紀(jì)70年代以來國際上重點(diǎn)發(fā)展的海洋監(jiān)測高新技術(shù)。高頻超視距雷達(dá)利用高頻(3 30MHz)電磁波在導(dǎo)電海洋表面繞射傳播衰減小的特點(diǎn)，采用垂直極化天線輻射電波，能超視距探測海平面視線以下出現(xiàn)的艦船、飛機(jī)和導(dǎo)彈等運(yùn)動目標(biāo)。同時，高頻超視距雷達(dá)利用海洋表面對高頻電磁波的一階散射和二階散射機(jī)制，能從雷達(dá)回波中提取風(fēng)場、浪場、流場等海態(tài)信息。
我國海洋面積幅員遼闊，在東海、南海有寶貴的資源，需要開展各種監(jiān)控手段保障這些海域的主權(quán)以及經(jīng)濟(jì)利益不受侵害。高頻超視距雷達(dá)作為一種高性價比工具可以實(shí)現(xiàn)對部分海域的有效探測。然而，目前高頻超視距雷達(dá)基本采用岸基模式，僅能對沿海岸一線進(jìn)行有效探測，獲取近岸200km的海面有效信息，無法輻射到較遠(yuǎn)的海域，作為一種低成本工具難以應(yīng)用到較遠(yuǎn)海域。由于海面對電波的衰減與距離成指數(shù)關(guān)系，增加岸基雷達(dá)的發(fā)射功率也難以達(dá)到良好的效果，且成本大大提高，依然難以擺脫海岸線的束縛，實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)海區(qū)域的有效的監(jiān)控。另外岸基高頻超視距雷達(dá)的天線陣選址問題也限制了其的應(yīng)用。我國周邊海域一般都部有浮標(biāo)，一些地區(qū)還建有海上油氣平臺。將超視距雷達(dá)部署在這些海上平臺上，可以對平臺周邊海域進(jìn)行有效探測，使高頻超視距雷達(dá)的突破海岸線的束縛，將探測范圍由近岸200km范圍擴(kuò)展到深海區(qū)域，大大增加探測范圍和雷達(dá)站點(diǎn)布設(shè)的靈活性。與岸基高頻超視距雷達(dá)不同，浮標(biāo)式雷達(dá)以浮標(biāo)為平臺，通過錨系系統(tǒng)固定在海面，但平臺并不穩(wěn)定，而隨海浪、海風(fēng)等運(yùn)動。這將為雷達(dá)海面探測帶來困難:由于平臺的實(shí)時運(yùn)動，放置于浮標(biāo)平臺上的天線陣將變形，由原來的固定陣變?yōu)闀r變陣，并附加的多普勒信息。這些導(dǎo)致岸基超視距雷達(dá)的信號處理方向不能簡單的移植到浮標(biāo)式高頻超視距雷達(dá)?，F(xiàn)有的高頻超視距雷達(dá)列運(yùn)動補(bǔ)償方法主要基于艦載雷達(dá)，通過在天線底座上安置機(jī)械伺服機(jī)構(gòu)，降低船只搖蕩對雷達(dá)信號的影響。但機(jī)械伺服機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械龐大，難以安裝維護(hù)，不適用于浮標(biāo)平臺。為了更好的說明本專利，本專利中將以圓陣為例進(jìn)行說明，該方法也適用于一般任意陣型，下面將對圓形陣列高頻超視距雷達(dá)信接收信號做簡要介紹。雷達(dá)發(fā)射站(位于岸上)發(fā)射高頻電磁波信號，經(jīng)過海面等散射體散射被N元雷達(dá)天線陣接收，假設(shè)一方位角、俯仰角分別為θ、β的入射信號進(jìn)入接收機(jī)，則接收輸出信號可表示為:X(t)=AS(t)
權(quán)利要求
1.一種浮標(biāo)式高頻超視距雷達(dá)運(yùn)動補(bǔ)償方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟1、獲取浮標(biāo)平臺的運(yùn)動狀態(tài)參量，對參量的坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將浮標(biāo)坐標(biāo)系下的運(yùn)動狀態(tài)參量映射到大地坐標(biāo)系下，得到大地坐標(biāo)系下浮標(biāo)平臺的運(yùn)動狀態(tài)參量； 步驟2、計(jì)算浮標(biāo)運(yùn)動產(chǎn)生的陣列變化量，根據(jù)陣列變化量對浮標(biāo)雷達(dá)陣列進(jìn)行幅度校正和相位補(bǔ)償，得到經(jīng)過幅度校正和相位補(bǔ)償?shù)膾哳l序列； 步驟3、對步驟2得到的掃頻序列進(jìn)行數(shù)字波束形成，得到相位補(bǔ)償?shù)母鞑ㄊ较虻膾哳l序列，并根據(jù)步驟I中得到的大地坐標(biāo)系下浮標(biāo)平臺的運(yùn)動狀態(tài)參量對雷達(dá)接收信號進(jìn)行多普勒頻率補(bǔ)償，得到多普勒補(bǔ)償?shù)母鞑ㄊ较虻膾哳l序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浮標(biāo)式高頻超視距雷達(dá)運(yùn)動補(bǔ)償方法，其特征在于:步驟I中所述浮標(biāo)平臺的運(yùn)動狀態(tài)參量包括Ψ (t), φ、 ), φ (t), x(t), y (t), z (t), Ψ (t)為浮標(biāo)的橫搖角，P(t)為浮標(biāo)的縱搖角，Φ⑴為浮標(biāo)的首搖角，X (t)表示浮標(biāo)水平橫向位移量，y(t)表示浮標(biāo)水平縱向位移量，z (t)表示浮標(biāo)的垂直位移量，t為雷達(dá)的掃頻時間；其中X (t)、y (t)、z (t)是基于浮標(biāo)坐標(biāo)系下的運(yùn)動參量，通過式(I)，將其映射到大地坐標(biāo)系下:Sf (t) = T(t)Se(t)(I)
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種浮標(biāo)式高頻超視距雷達(dá)運(yùn)動補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步驟2包括以下步驟， 步驟2.1浮標(biāo)運(yùn)動產(chǎn)生的陣列變化量包括:浮標(biāo)的水平運(yùn)動x(t)、y(t)分別使陣列產(chǎn)生整體的時延
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種浮標(biāo)式高頻超視距雷達(dá)運(yùn)動補(bǔ)償方法，其特征在于:所述步驟3包括以下步驟， 步驟3、1根據(jù)式(6)中的D (t)得到浮標(biāo)平臺運(yùn)動造成的附加多普勒頻移Λ ω⑴,
全文摘要
本發(fā)明提供一種浮標(biāo)式高頻超視距雷達(dá)運(yùn)動補(bǔ)償方法，首先獲取浮標(biāo)平臺的運(yùn)動狀態(tài)參量，對參量的坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將浮標(biāo)坐標(biāo)系下的運(yùn)動狀態(tài)參量映射到大地坐標(biāo)系下，得到大地坐標(biāo)系下浮標(biāo)平臺的運(yùn)動狀態(tài)參量；然后計(jì)算浮標(biāo)運(yùn)動產(chǎn)生的陣列變化量，根據(jù)陣列變化量對浮標(biāo)雷達(dá)陣列進(jìn)行幅度校正和相位補(bǔ)償，得到經(jīng)過幅度校正和相位補(bǔ)償?shù)膾哳l序列；最后對步驟2得到的掃頻序列進(jìn)行數(shù)字波束形成，得到相位補(bǔ)償?shù)母鞑ㄊ较虻膾哳l序列，并根據(jù)步驟1中得到的大地坐標(biāo)系下浮標(biāo)平臺的運(yùn)動狀態(tài)參量對雷達(dá)接收信號進(jìn)行多普勒頻率補(bǔ)償，將其從雷達(dá)回波信號中補(bǔ)償?shù)?，得到多普勒補(bǔ)償?shù)母鞑ㄊ较虻膾哳l序列，從而降低浮標(biāo)運(yùn)動對雷達(dá)信號的影響。
文檔編號G01S7/02GK103245933SQ201310133770
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者吳雄斌, 徐興安, 陳驍鋒, 李倫, 沈志奔, 馬克濤, 王立 申請人:武漢大學(xué)