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浮標式高頻地波雷達的制作方法
【專利摘要】浮標式高頻地波雷達，包括浮標平臺，浮標平臺上安裝地波雷達，浮標平臺上安裝有低功耗計算機和姿態傳感模塊，低功耗計算機連接地波雷達和姿態傳感模塊，低功耗計算機連接運行控制模塊，運行控制模塊連接智能電源控制模塊；所述運行控制模塊連接風速風向儀和氣體傳感器；所述低功耗計算機連接無線通信模塊、光電成像模塊和GPS定位模塊。本發明一種浮標式高頻地波雷達，突破傳統地波雷達需要在海岸邊安裝的缺陷，解決了在浮標平臺上集成高頻地波雷達對海洋動力學參數進行監測提取、智能化工作、遠程數據傳輸等關鍵技術，能在深遠海海域安裝具備對安裝點周邊50～100km海域的海洋動力學參數進行實時監測的能力。
【專利說明】浮標式高頻地波雷達
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高頻地波雷達，特別是一種浮標式高頻地波雷達。
【背景技術】
[0002]傳統的高頻地波雷達，僅能沿海岸線布設，探測范圍有限。而且由于是工作在近海區，工作頻率段比較擁擠，容易受到干擾。且傳統的高頻地波雷達只能工作于地波模式，只能接收自身的發射信號產生的回波，采集的數據量有限。

【發明內容】

[0003]本發明提供一種浮標式高頻地波雷達，突波傳統地波雷達只能在海岸邊安裝的缺陷，解決了在浮標平臺上集成高頻地波雷達對海洋動力學參數進行監測提取、全套系統自供電智能化工作、遠程數據傳輸等技術問題。該高頻地波雷達能在深遠海域，具備對安裝點周邊50?IOOkm海域的海洋動力學參數進行實時監測的能力。
[0004]本發明采取的技術方案為:浮標式高頻地波雷達，包括浮標平臺，浮標平臺上安裝地波雷達，浮標平臺上安裝有低功耗計算機和姿態傳感模塊，低功耗計算機連接地波雷達和姿態傳感模塊，低功耗計算機連接運行控制模塊，運行控制模塊連接智能電源控制模塊；
所述運行控制模塊連接風速風向儀和氣體傳感器。
[0005]所述低功耗計算機連接無線通信模塊、光電成像模塊和GPS定位模塊。
[0006]所述地波雷達包括:接收天線、寬帶發射天線，接收天線連接接收機，寬帶發射天線連接發射機，接收機連接低功耗計算機。
[0007]所述低功耗計算機連接AIS通信模塊。
[0008]所述低功耗計算機連接無線報警模塊。
[0009]所述電源控制模塊連接蓄電池組件、太陽能光伏組件。
[0010]所述地波雷達包括方形的天線陣列，寬帶發射天線位于方形陣列的正中心，任意兩根天線間的距離都相等。
[0011]所述發射機為多頻雙通道全固態數字控制發射機，包括天波、地波兩種工作模式。
[0012]一種浮標式高頻地波雷達，該高頻地波雷達在其安裝點周邊50?IOOkm海域的海洋動力學參數監測的應用。
[0013]一種浮標式高頻地波雷達，采用太陽能電池和可充鋰離子電池聯合供電。
[0014]一種浮標式高頻地波雷達，浮標平臺設有電池艙和儀器艙。
[0015]本發明一種浮標式高頻地波雷達，技術效果如下:
本發明一種浮標式高頻地波雷達，能夠突破傳統地波雷達僅能沿海岸線布設的局限，通過接收天波/地波混合路徑回波，將探測范圍擴展至遠海區域。大大增強雷達系統部署的靈活性。同時，該系統具有可拓展性，具備進一步接收雷達天波節點的潛力，為多樣性的應用提供了可能。[0016]本發明一種浮標式高頻地波雷達，突破傳統地波雷達需要在海岸邊安裝的缺陷，解決了在浮標平臺上集成高頻地波雷達對海洋動力學參數進行監測提取、智能化工作、遠程數據傳輸等關鍵技術，能在深遠海海域安裝具備對安裝點周邊50?IOOkm海域的海洋動力學參數進行實時監測的能力。
[0017]本發明一種浮標式高頻地波雷達，通過綜合研究海洋對無線電波的后向散射和非后向散射模型以及多源相關信息綜合方法，通過仿真和試驗對不同信噪比和探測條件下波高譜參數模型在反演過程中的介入程度進行嚴格分析，找到相應的自適應準則，應用MUSIC算法，進一步從理論和算法上突破風、浪、流參數準確探測的瓶頸，創新地研究開發了一種信號補償技術有效去除浮標式地波雷達天線晃動對信號接收產生的影響，通過對后向散射和非后向散射形成的海洋回波信號進行建模分析，提取海洋動力學參數。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發明主視結構示意圖；
圖2為圖1的A處放大視圖；
圖3為圖1的B處放大視圖；
圖4為圖1的C處放大視圖；
圖5為圖1的D處放大視圖；
圖6為本發明儀器艙內結構示意圖；
圖7為本發明模塊連接框圖。
[0019]圖8為本發明浮標平臺平移運動坐標圖。
[0020]圖9為本發明浮標平臺旋轉運動坐標圖；
圖10為浮標式超視距雷達運動補償流程圖。
圖11為利用非同步站間直達波幅度誤差校準表圖。
圖12為利用同步站間直達波幅相校準表圖。
【具體實施方式】
[0021]浮標式高頻地波雷達，包括浮標平臺，浮標平臺設有主浮體1，主浮體I安裝有錨泊回收裝置3。浮標平臺上安裝地波雷達，浮標平臺上安裝有低功耗計算機8和姿態傳感模塊2，低功耗計算機8連接地波雷達和姿態傳感模塊2，低功耗計算機8連接運行控制模塊10，運行控制模塊10連接智能電源控制模塊9。所述運行控制模塊10連接風速風向儀14和氣體傳感器13。所述低功耗計算機8連接無線通信模塊11、光電成像模塊12和GPS定位模塊17。
[0022]姿態傳感模塊2用于測量浮標平臺的姿態，包括:俯仰角、方位角、旋轉角，經過解算得到大地坐標系中浮標平臺的姿態角，給浮標式地波雷達測量系統提供修正補償參數。
[0023]所述地波雷達包括:接收天線4、寬帶發射天線5,接收天線4連接接收機6,寬帶發射天線5連接發射機7，接收機6連接低功耗計算機8。采用寬頻帶天線技術，使接收天線4和發射天線滿足工作頻率為12?22MHz范圍內正常工作的要求。所述發射機7為多頻雙通道全固態數字控制發射機，包括天波、地波兩種工作模式。所述地波雷達包括方形的天線陣列，寬帶發射天線5位于方形陣列的正中心，任意兩根天線間的距離都相等。[0024]所述低功耗計算機8連接AIS通信模塊15。所述低功耗計算機8連接無線報警模塊16，無線報警模塊16為基于北斗系統的無線報警模塊。
[0025]無線通信模塊11包括:CDMA天線、CDMA終端模塊。低功耗計算機8包括數據處理顯示中心。數據處理顯示中心提供傳感器數據、無線報警模塊16數據的實時處理以及顯示，并提供友好的界面，方便完成對浮標式高頻地波雷達進行設置。
[0026]同步組網系統18由GPS天線和同步組網模塊組成。同步組網系統18用于給接收機6提供統一的時統信號，這樣使得接收機6能生成在信號脈寬、重復頻率、起始相位、初始頻率、調制斜率、重復方式等參數均與對應的已知岸基雷達發射信號參數完成相同的合成頻率信號，使得浮標式地波雷達能夠同步有效接收處理岸基雷達的非后向散射信號和由天波發射雷達的后向散射信號。
[0027]所述電源控制模塊9連接蓄電池組件9.1、太陽能光伏組件9.2。本發明浮標式高頻地波雷達，采用太陽能電池和可充鋰離子電池聯合供電。合理利用多種電源，有效節約電力資源，保障系統運行時間，滿足系統長期可靠運行的電力供給要求。浮標平臺設有電池艙和儀器艙，所述電源控制模塊9、蓄電池組件9.1、太陽能光伏組件9.2密封安裝在電池艙內。
[0028]氣體傳感器13為可控電位電解式傳感器，是通過測量電解時流過的電流來探測氣體的體積分數，需要由外界施加特定電壓，可以用于測量CO、NO、NO2, SO2等有毒氣體。
[0029]本發明一種浮標式高頻地波雷達工作原理:
號補償算法:
針對浮標式高頻地波雷達浮標運動對雷達信號的影響，提出了一種信號補償方法，通過浮標平臺上常用的定位設備和三維陀螺儀獲取實時的浮標運動狀態，將其轉化為浮標天線陣的相位誤差、接收信號的附加多普勒頻率，然后將其從雷達回波信號中補償掉，從而降低浮標運動對雷達信號的影響。該方法主要包括以下步驟:如圖8、圖9所示。
[0030]步驟1、獲取浮標平臺的運動狀態參量,對參量的坐標進行轉換,將浮標坐標系下的運動狀態參量映射到大地坐標系下，得到大地坐標系下浮標平臺的運動狀態參量；
步驟2、計算浮標運動產生的陣列變化量，根據陣列變化量對浮標雷達陣列進行幅度校正和相位補償，得到經過幅度校正和相位補償的掃頻序列；
步驟3、對步驟2得到的掃頻序列進行數字波束形成，得到相位補償的各波束方向的掃頻序列，并根據步驟I中得到的大地坐標系下浮標平臺的運動狀態參量對雷達接收信號進行多普勒頻率補償，得 到多普勒補償的各波束方向的掃頻序列。
[0031]后向和非后向散射模型形成的海洋回波研究是基于站間直達波的通道校正算法研究基礎上的。
[0032]由于浮標式高頻地波雷達可以接收到岸上發射的多路合作信號，這些信號為雷達陣列提供了穩定的、高質量的校準源，因此可以利用這些直達波信號進行浮標雷達陣列的幅相校準。
[0033]設陣列陣元數為M，站間直達波的空間方位為烏，功率為當陣列僅存在陣列
幅相誤差時，可以通過一個空間方位已知的站間直達波干擾來對陣列幅相誤差矩陣gamma進行估計。
[0034]由接收信號的模型可得:
【權利要求】
1.浮標式高頻地波雷達，包括浮標平臺，浮標平臺上安裝地波雷達，其特征在于，浮標平臺上安裝有低功耗計算機(8 )和姿態傳感模塊(2 )，低功耗計算機(8 )連接地波雷達和姿態傳感模塊(2 )，低功耗計算機(8 )連接運行控制模塊(10 )，運行控制模塊(10 )連接智能電源控制模塊(9);所述運行控制模塊(10)連接風速風向儀(14)和氣體傳感器(13);所述低功耗計算機(8)連接無線通信模塊(11)、光電成像模塊(12)和GPS定位模塊(17)。
2.根據權利要求1所述浮標式高頻地波雷達，其特征在于，所述地波雷達包括:接收天線(4)、寬帶發射天線(5),接收天線(4)連接接收機(6),寬帶發射天線(5)連接發射機(7)，接收機(6)連接低功耗計算機(8)。
3.根據權利要求1或2所述浮標式高頻地波雷達，其特征在于，所述低功耗計算機(8)連接AIS通信模塊(15)。
4.根據權利要求1或2所述浮標式高頻地波雷達，其特征在于，所述低功耗計算機(8)連接無線報警模塊(16)。
5.根據權利要求1所述浮標式高頻地波雷達，其特征在于，所述電源控制模塊(9)連接蓄電池組件、太陽能光伏組件。
6.根據權利要求2所述浮標式高頻地波雷達，其特征在于，所述地波雷達包括方形的天線陣列，寬帶發射天線(5)位于方形陣列的正中心，任意兩根天線間的距離都相等。
7.根據權利要求2所述浮標式高頻地波雷達，其特征在于，所述發射機(7)為多頻雙通道全固態數字控制發射機，包括天波、地波兩種工作模式。
8.一種浮標式高頻地波雷達，該高頻地波雷達在其安裝點周邊50?IOOkm海域的海洋動力學參數監測的應用。
9.根據如權利要求f8任意一項浮標式高頻地波雷達的信號補償方法，其特征在于，通過浮標平臺上常用的定位設備和三維陀螺儀獲取實時的浮標運動狀態，將其轉化為浮標天線陣的相位誤差、接收信號的附加多普勒頻率，然后將其從雷達回波信號中補償掉，從而降低浮標運動對雷達信號的影響。
10.根據權利要求9所述一種信號補償方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1、獲取浮標平臺的運動狀態參量，對參量的坐標進行轉換，將浮標坐標系下的運動狀態參量映射到大地坐標系下，得到大地坐標系下浮標平臺的運動狀態參量； 步驟2、計算浮標運動產生的陣列變化量，根據陣列變化量對浮標雷達陣列進行幅度校正和相位補償，得到經過幅度校正和相位補償的掃頻序列； 步驟3、對步驟2得到的掃頻序列進行數字波束形成，得到相位補償的各波束方向的掃頻序列，并根據步驟I中得到的大地坐標系下浮標平臺的運動狀態參量對雷達接收信號進行多普勒頻率補償，得到多普勒補償的各波束方向的掃頻序列。
【文檔編號】G01S13/02GK103760552SQ201410037297
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】許家勤, 陳智會, 曹俊, 邱克勇, 陳媛媛, 吳雄斌, 宋國勝, 李秀, 王鵬, 李 杰, 譚堯培 申請人:湖北中南鵬力海洋探測系統工程有限公司