高頻地波雷達(dá)海態(tài)矢量場反演算法研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-19 02:45
近年來,高頻地波雷達(dá)因其探測距離遠(yuǎn),覆蓋范圍廣,造價(jià)低,能實(shí)現(xiàn)全天候時(shí)空連續(xù)探測等優(yōu)勢,在海洋環(huán)境監(jiān)測中起到了重要的作用。通過Barrick建立的散射截面方程進(jìn)行回波多普勒譜分析即可獲取海態(tài)參數(shù)。目前,海面流場參數(shù)反演算法已相對(duì)成熟,但風(fēng)浪場參數(shù)的提取方法還在研究階段。本文主要對(duì)海面矢量場參數(shù)反演算法進(jìn)行研究,包括海流流速和海面風(fēng)向兩方面。通過仿真驗(yàn)證、實(shí)測數(shù)據(jù)分析、和預(yù)報(bào)信息比較、誤差統(tǒng)計(jì)等方法對(duì)各算法性能進(jìn)行分析。總結(jié)出一套適應(yīng)不同情況的海態(tài)矢量場反演算法。首先,流場方面。由于反演矢量海流前須先獲取海流的徑向流速,為了獲取更高的角度分辨率,在對(duì)MUSIC算法提取海流徑向流速方位信號(hào)之前先進(jìn)行預(yù)處理,主要包含通道幅度軟件校準(zhǔn)及合成和分離一階譜區(qū)兩部分。而后,深入研究了三種單站矢量海流反演算法:類插值法、最小二乘法及基于流函數(shù)模型反演法。通過仿真驗(yàn)證、實(shí)測數(shù)據(jù)分析、預(yù)報(bào)信息比較、誤差統(tǒng)計(jì)等方法對(duì)算法性能進(jìn)行分析,選出最適合單站的矢量海流提取的算法。最后將流函數(shù)反演矢量海流算法和MUSIC算法提取海流徑向流速方位信號(hào)結(jié)合進(jìn)行實(shí)測數(shù)據(jù)分析,并將反演結(jié)果和預(yù)報(bào)信息相比較,反演效果較好。此外,...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
OSMAR雷達(dá)發(fā)射天線和接收天線
根據(jù)雷達(dá)參體制的不同技術(shù)不同探測范圍不同，雷達(dá)也可以分成不同的種類。根據(jù)接收天線波束的寬度，高頻地波雷達(dá)可以兩類：一類寬波束雷達(dá)。寬波束雷達(dá)主要用于探測海洋表面環(huán)境。SeaSonde 雷達(dá)就是這種雷達(dá)，早期的 SeaSonde 雷達(dá)以探測海流為主，它將大面積的海面分解成多個(gè)點(diǎn)目標(biāo)處理。后期 CODAR 公司為了雷達(dá)的商業(yè)化推廣，以研究小型天線陣列為主，這樣不僅減少接收通道數(shù)量，還易于實(shí)現(xiàn)對(duì)回波信號(hào)的角度分辨。另一種是窄波束雷達(dá)，窄波束雷達(dá)由于發(fā)射能量比較集中，所需功率較大。但所獲的回波信號(hào)處理起來方便快捷，方位分辨較高，探測距離長，目前主要用于目標(biāo)追蹤、國防預(yù)警等方面[32]。根據(jù)雷達(dá)的工作方式，高頻地波雷達(dá)還可以分成單頻高頻地波雷達(dá)和多頻高頻地波雷達(dá)。相比于多頻工作的高頻地波雷達(dá)，單頻雷達(dá)的工作性能則相對(duì)受限[33]，海面狀態(tài)不同，所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)的雷達(dá)工作頻率也不同，故單頻雷達(dá)回波中所含的海態(tài)信息有限，缺乏自校正能力，抗干擾性和穩(wěn)定性較差，容易受各種雜波干擾。近年來，國內(nèi)外各個(gè)國家也一直在探索多頻高頻地波雷達(dá)的研究，但是多頻切換技術(shù)難度較大，少數(shù)工作頻率切換只能改善雷達(dá)探測目標(biāo)的能力，對(duì)海態(tài)信息反演精度的改進(jìn)不大。目前只有美國在多頻高頻地波雷達(dá)研究方面的技術(shù)相對(duì)比較成熟，能夠?qū)崿F(xiàn) 4 個(gè)及以上工作頻率切換的雷達(dá)系統(tǒng)[34]。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文校準(zhǔn)因子采用功率加權(quán)平均法對(duì)天線各個(gè)通道的回波譜進(jìn)行加權(quán)，得到各個(gè)距離元上平滑后的雷達(dá)回波功率譜。經(jīng)過通道校準(zhǔn)及合成前后的回波功率譜對(duì)比結(jié)果如圖 2-1 所示，其中圖 a)表示某一通道的多普勒功率譜圖，圖 b)表示合成的多普勒功率譜圖，可以看到合成的功率譜平滑了原始譜線中的部分毛刺，表明該處理過程對(duì)隨機(jī)噪聲存在一定的抑制作用，效果較好。
本文編號(hào)：2925103
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
OSMAR雷達(dá)發(fā)射天線和接收天線
根據(jù)雷達(dá)參體制的不同技術(shù)不同探測范圍不同，雷達(dá)也可以分成不同的種類。根據(jù)接收天線波束的寬度，高頻地波雷達(dá)可以兩類：一類寬波束雷達(dá)。寬波束雷達(dá)主要用于探測海洋表面環(huán)境。SeaSonde 雷達(dá)就是這種雷達(dá)，早期的 SeaSonde 雷達(dá)以探測海流為主，它將大面積的海面分解成多個(gè)點(diǎn)目標(biāo)處理。后期 CODAR 公司為了雷達(dá)的商業(yè)化推廣，以研究小型天線陣列為主，這樣不僅減少接收通道數(shù)量，還易于實(shí)現(xiàn)對(duì)回波信號(hào)的角度分辨。另一種是窄波束雷達(dá)，窄波束雷達(dá)由于發(fā)射能量比較集中，所需功率較大。但所獲的回波信號(hào)處理起來方便快捷，方位分辨較高，探測距離長，目前主要用于目標(biāo)追蹤、國防預(yù)警等方面[32]。根據(jù)雷達(dá)的工作方式，高頻地波雷達(dá)還可以分成單頻高頻地波雷達(dá)和多頻高頻地波雷達(dá)。相比于多頻工作的高頻地波雷達(dá)，單頻雷達(dá)的工作性能則相對(duì)受限[33]，海面狀態(tài)不同，所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)的雷達(dá)工作頻率也不同，故單頻雷達(dá)回波中所含的海態(tài)信息有限，缺乏自校正能力，抗干擾性和穩(wěn)定性較差，容易受各種雜波干擾。近年來，國內(nèi)外各個(gè)國家也一直在探索多頻高頻地波雷達(dá)的研究，但是多頻切換技術(shù)難度較大，少數(shù)工作頻率切換只能改善雷達(dá)探測目標(biāo)的能力，對(duì)海態(tài)信息反演精度的改進(jìn)不大。目前只有美國在多頻高頻地波雷達(dá)研究方面的技術(shù)相對(duì)比較成熟，能夠?qū)崿F(xiàn) 4 個(gè)及以上工作頻率切換的雷達(dá)系統(tǒng)[34]。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文校準(zhǔn)因子采用功率加權(quán)平均法對(duì)天線各個(gè)通道的回波譜進(jìn)行加權(quán)，得到各個(gè)距離元上平滑后的雷達(dá)回波功率譜。經(jīng)過通道校準(zhǔn)及合成前后的回波功率譜對(duì)比結(jié)果如圖 2-1 所示，其中圖 a)表示某一通道的多普勒功率譜圖，圖 b)表示合成的多普勒功率譜圖，可以看到合成的功率譜平滑了原始譜線中的部分毛刺，表明該處理過程對(duì)隨機(jī)噪聲存在一定的抑制作用，效果較好。
本文編號(hào)：2925103
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