高頻地波雷達(dá)是一種近十幾年才發(fā)展起來(lái)的岸基海洋環(huán)境動(dòng)力遙感儀器。地波雷達(dá)利用其垂直極化電磁波能夠沿彎曲的地球表面繞射傳播的機(jī)理,來(lái)獲取海面流場(chǎng)、海面浪場(chǎng)和海面風(fēng)場(chǎng)的信息,進(jìn)行反演海氣界面的流場(chǎng)、浪場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng),也可實(shí)現(xiàn)對(duì)“超遠(yuǎn)距”海面艦船和低空飛行目標(biāo)進(jìn)行“超視距”監(jiān)測(cè)。 高頻地波雷達(dá)按照天線波束的寬度可分為窄波束(相控陣式天線)雷達(dá)和寬波束(單元鞭狀天線)雷達(dá)。窄波束雷達(dá)相控陣式天線的特征為多元、陣列長(zhǎng),配置這種天線的地波雷達(dá)具有測(cè)量海洋要素多、測(cè)量精度較高、空間分辨率較高的特點(diǎn),但要使用龐大的相控陣天線和較高的發(fā)射功率,因此具有占地面積較大、移動(dòng)十分困難的不足。寬波束雷達(dá)單元鞭狀天線具有較小的發(fā)射和接收天線,配置這種天線的地波雷達(dá)具有移動(dòng)性好、管理方便等的特點(diǎn)(如SeaSonde系統(tǒng)),但其角度分辨率和測(cè)量精度卻差于窄波束雷達(dá)。 因?yàn)楦哳l地波雷達(dá)是利用發(fā)射和接收雷達(dá)波頻率的變化來(lái)遙感波束方向上的海面的流速,因此,高頻地波雷達(dá)對(duì)海洋表層流速的遙感有單站遙感、雙站遙感和多站遙感之分。單站高頻地波雷達(dá)遙感海洋表層流速只能測(cè)量遙感波束方向上的海面的流速,一般稱之為“徑向流”,經(jīng)過(guò)雙站或多種高頻地波雷達(dá)遙感信息的合成,才能獲得海洋表層二維流場(chǎng)。 高頻地波雷達(dá)相對(duì)于傳統(tǒng)海洋觀測(cè)儀器具有觀測(cè)距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大、觀測(cè)要素多、工作全天候等特點(diǎn);而相對(duì)于海洋衛(wèi)星遙感具有造價(jià)低、測(cè)量精度高、空間分辨率高、采樣頻率高等特點(diǎn)。高頻地波雷達(dá)是一種非常具有發(fā)展前途、使用范圍非常廣泛的新型岸基超視距遙感儀器。 雖然經(jīng)過(guò)了20多年的發(fā)展,高頻地波雷達(dá)無(wú)論是硬件和軟件,還是應(yīng)用都得到了很大的提高,但無(wú)容質(zhì)疑,其成熟度無(wú)論是與傳統(tǒng)海洋測(cè)量,還是衛(wèi)星遙感都有較大的差距。因此,世界各國(guó),特別是海洋大國(guó)和海洋強(qiáng)國(guó),幾乎都把高頻地波雷達(dá)的(硬件、軟件和應(yīng)用)研究放在了非常重要的位置,從而使高頻地波雷達(dá)的發(fā)展達(dá)到了前所未有的程度和水平。 我國(guó)高頻地波雷達(dá)的(硬件、軟件和應(yīng)用)研究在近十年取得了非常大的成就。在“九五”和“十五”期間,國(guó)家海洋863計(jì)劃都安排了項(xiàng)目進(jìn)行高頻地波雷達(dá)的研究,在硬件和軟件方面 本文簡(jiǎn)要回顧了地波雷達(dá)遙感的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史及應(yīng)用研究的現(xiàn)狀,簡(jiǎn)單介紹了高頻地波雷達(dá)的遙感原理及其反演海面流場(chǎng)、浪場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的方法;結(jié)合作者承擔(dān)的3個(gè)國(guó)家863項(xiàng)
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（海洋研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2006
【中圖分類】：P715.7
【部分圖文】：

有測(cè)量海洋要素多、測(cè)量精度較高、空間分辨率較高的特點(diǎn)，但要使用龐大的相控陣天線和較高的發(fā)射功率，因此具有占地面積較大、移動(dòng)十分困難的不足。寬波束雷達(dá)單元鞭狀天線具有較小的發(fā)射和接收天線，配置這種天線的地波雷達(dá)具有移動(dòng)性好、管理方便等的特點(diǎn)（如SeaSonde 系統(tǒng)），但其角度分辨率和測(cè)量精度卻差于窄波束雷達(dá)。1991 年，加拿大北方雷達(dá)系統(tǒng)有限公司在紐芬蘭島的開(kāi)普雷斯(Cape Race)建造了一部地波超視距窄波束雷達(dá) HF—GWR，其最大作用距離接近 400km，除了能夠跟蹤艦船、冰山和低空飛機(jī)外，并能完成海洋參數(shù)測(cè)量任務(wù),這是窄波束雷達(dá)的最早凡例。寬波束雷達(dá)的典型代表是美國(guó)的高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)－SeaSonde。2.2 地波雷達(dá)資料反演原理2.2.1 海流測(cè)量原理及反演岸基高頻地波雷達(dá)遙感海流的理論基礎(chǔ)是建立在主動(dòng)電磁波反射時(shí)因表面流速而產(chǎn)生的頻率變化,這也就是所謂的多普勒效應(yīng)。圖 2-1 說(shuō)明了這個(gè)原理。

圖 2-2 歸一化多普勒回波譜單站地波雷達(dá)所測(cè)的海洋表層流僅為雷達(dá)波輻射方向的徑向流，而多站地波雷達(dá)所洋表層流也只是各自雷達(dá)波輻射方向的徑向流。所以只有將雙站或多站方向上的徑向矢量合成，才能獲得海洋表層流場(chǎng)。在單站地波雷達(dá)技術(shù)參數(shù)決定后，雙站地波雷達(dá)合成矢量流場(chǎng)的流元數(shù)量和質(zhì)量分于兩個(gè)地波雷達(dá)站的有效重疊觀測(cè)范圍及其與測(cè)點(diǎn)的夾角：兩個(gè)地波雷達(dá)站的站越小重疊觀測(cè)范圍就越大，雙站地波雷達(dá)合成矢量流場(chǎng)的流元數(shù)量亦多，反之亦然；然而距過(guò)小，則其重疊范圍的測(cè)量值的獨(dú)立性越差，合成后的流元質(zhì)量越差。因此，必須者因素，綜合考慮，一般來(lái)說(shuō)，雙站之間距等于單站最大探測(cè)距離的一半為宜。多普勒回波譜型如圖 2-2。圖中兩個(gè)較高的回波譜高度（B＋和 B-）為一階 Bragg 諧，其他較低的回波譜高度為二階諧振示值。對(duì)表層海流探測(cè)而言，每部雷達(dá)所獲得的觀測(cè)資料僅包含相對(duì)于該雷達(dá)徑向的流速信想獲得觀測(cè)區(qū)域海流矢量場(chǎng)，必須運(yùn)用兩部以上的多部雷達(dá)同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，然后通過(guò)

圖 2-3 地波雷達(dá)流矢量合成示意圖）AV= VCOS(θ θAC）BBV= VCOS(θ θCsincosarctan(ABθθθVVVVBA ＝cos()VVACAθ θ＝、波高、周期測(cè)量原理多呈現(xiàn)不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即海浪的隨機(jī)狀態(tài)。在分在頻域內(nèi)的能量分布特征，引入了海浪譜的概念；為
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 李楊;高頻地波雷達(dá)背景感知與目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

2 沈偉;多狀態(tài)多頻段海洋遙感雷達(dá)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D];武漢大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2867105