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专利名称：一种浮标式高频超视距雷达运动补偿方法
技术领域：
本发明属于无线电物理学和海洋科学技术领域，特别是涉及一种浮标式高频超视距雷达运动补偿方法。
背景技术：
高频超视距雷达是一种可低成本监测海洋专属经济区的有效工具，是二十世纪70年代以来国际上重点发展的海洋监测高新技术。高频超视距雷达利用高频(3 30MHz)电磁波在导电海洋表面绕射传播衰减小的特点，采用垂直极化天线辐射电波，能超视距探测海平面视线以下出现的舰船、飞机和导弹等运动目标。同时，高频超视距雷达利用海洋表面对高频电磁波的一阶散射和二阶散射机制，能从雷达回波中提取风场、浪场、流场等海态信息。
我国海洋面积幅员辽阔，在东海、南海有宝贵的资源，需要开展各种监控手段保障这些海域的主权以及经济利益不受侵害。高频超视距雷达作为一种高性价比工具可以实现对部分海域的有效探测。然而，目前高频超视距雷达基本采用岸基模式，仅能对沿海岸一线进行有效探测，获取近岸200km的海面有效信息，无法辐射到较远的海域，作为一种低成本工具难以应用到较远海域。由于海面对电波的衰减与距离成指数关系，增加岸基雷达的发射功率也难以达到良好的效果，且成本大大提高，依然难以摆脱海岸线的束缚，实现对远海区域的有效的监控。另外岸基高频超视距雷达的天线阵选址问题也限制了其的应用。我国周边海域一般都部有浮标，一些地区还建有海上油气平台。将超视距雷达部署在这些海上平台上，可以对平台周边海域进行有效探测，使高频超视距雷达的突破海岸线的束缚，将探测范围由近岸200km范围扩展到深海区域，大大增加探测范围和雷达站点布设的灵活性。与岸基高频超视距雷达不同，浮标式雷达以浮标为平台，通过锚系系统固定在海面，但平台并不稳定，而随海浪、海风等运动。这将为雷达海面探测带来困难:由于平台的实时运动，放置于浮标平台上的天线阵将变形，由原来的固定阵变为时变阵，并附加的多普勒信息。这些导致岸基超视距雷达的信号处理方向不能简单的移植到浮标式高频超视距雷达。现有的高频超视距雷达列运动补偿方法主要基于舰载雷达，通过在天线底座上安置机械伺服机构，降低船只摇荡对雷达信号的影响。但机械伺服机构结构复杂、机械庞大，难以安装维护，不适用于浮标平台。为了更好的说明本专利，本专利中将以圆阵为例进行说明，该方法也适用于一般任意阵型，下面将对圆形阵列高频超视距雷达信接收信号做简要介绍。雷达发射站(位于岸上)发射高频电磁波信号，经过海面等散射体散射被N元雷达天线阵接收，假设一方位角、俯仰角分别为θ、β的入射信号进入接收机，则接收输出信号可表示为:X(t)=AS(t)
权利要求
1.一种浮标式高频超视距雷达运动补偿方法，其特征在于:包括以下步骤， 步骤1、获取浮标平台的运动状态参量，对参量的坐标进行转换，将浮标坐标系下的运动状态参量映射到大地坐标系下，得到大地坐标系下浮标平台的运动状态参量； 步骤2、计算浮标运动产生的阵列变化量，根据阵列变化量对浮标雷达阵列进行幅度校正和相位补偿，得到经过幅度校正和相位补偿的扫频序列； 步骤3、对步骤2得到的扫频序列进行数字波束形成，得到相位补偿的各波束方向的扫频序列，并根据步骤I中得到的大地坐标系下浮标平台的运动状态参量对雷达接收信号进行多普勒频率补偿，得到多普勒补偿的各波束方向的扫频序列。
2.根据权利要求1所述的一种浮标式高频超视距雷达运动补偿方法，其特征在于:步骤I中所述浮标平台的运动状态参量包括Ψ (t), φ、 ), φ (t), x(t), y (t), z (t), Ψ (t)为浮标的横摇角，P(t)为浮标的纵摇角，Φ⑴为浮标的首摇角，X (t)表示浮标水平横向位移量，y(t)表示浮标水平纵向位移量，z (t)表示浮标的垂直位移量，t为雷达的扫频时间；其中X (t)、y (t)、z (t)是基于浮标坐标系下的运动参量，通过式(I)，将其映射到大地坐标系下:Sf (t) = T(t)Se(t)(I)
3.根据权利要求2所述的一种浮标式高频超视距雷达运动补偿方法，其特征在于:所述步骤2包括以下步骤， 步骤2.1浮标运动产生的阵列变化量包括:浮标的水平运动x(t)、y(t)分别使阵列产生整体的时延
4.根据权利要求3所述的一种浮标式高频超视距雷达运动补偿方法，其特征在于:所述步骤3包括以下步骤， 步骤3、1根据式(6)中的D (t)得到浮标平台运动造成的附加多普勒频移Λ ω⑴,
全文摘要
本发明提供一种浮标式高频超视距雷达运动补偿方法，首先获取浮标平台的运动状态参量，对参量的坐标进行转换，将浮标坐标系下的运动状态参量映射到大地坐标系下，得到大地坐标系下浮标平台的运动状态参量；然后计算浮标运动产生的阵列变化量，根据阵列变化量对浮标雷达阵列进行幅度校正和相位补偿，得到经过幅度校正和相位补偿的扫频序列；最后对步骤2得到的扫频序列进行数字波束形成，得到相位补偿的各波束方向的扫频序列，并根据步骤1中得到的大地坐标系下浮标平台的运动状态参量对雷达接收信号进行多普勒频率补偿，将其从雷达回波信号中补偿掉，得到多普勒补偿的各波束方向的扫频序列，从而降低浮标运动对雷达信号的影响。
文档编号G01S7/02GK103245933SQ201310133770
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者吴雄斌, 徐兴安, 陈骁锋, 李伦, 沈志奔, 马克涛, 王立 申请人:武汉大学