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浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)的制作方法
【專利摘要】浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，包括浮標(biāo)平臺(tái)，浮標(biāo)平臺(tái)上安裝地波雷達(dá)，浮標(biāo)平臺(tái)上安裝有低功耗計(jì)算機(jī)和姿態(tài)傳感模塊，低功耗計(jì)算機(jī)連接地波雷達(dá)和姿態(tài)傳感模塊，低功耗計(jì)算機(jī)連接運(yùn)行控制模塊，運(yùn)行控制模塊連接智能電源控制模塊；所述運(yùn)行控制模塊連接風(fēng)速風(fēng)向儀和氣體傳感器；所述低功耗計(jì)算機(jī)連接無線通信模塊、光電成像模塊和GPS定位模塊。本發(fā)明一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，突破傳統(tǒng)地波雷達(dá)需要在海岸邊安裝的缺陷，解決了在浮標(biāo)平臺(tái)上集成高頻地波雷達(dá)對海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測提取、智能化工作、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，能在深遠(yuǎn)海海域安裝具備對安裝點(diǎn)周邊50～100km海域的海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的能力。
【專利說明】浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高頻地波雷達(dá)，特別是一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的高頻地波雷達(dá)，僅能沿海岸線布設(shè)，探測范圍有限。而且由于是工作在近海區(qū)，工作頻率段比較擁擠，容易受到干擾。且傳統(tǒng)的高頻地波雷達(dá)只能工作于地波模式，只能接收自身的發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生的回波，采集的數(shù)據(jù)量有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，突波傳統(tǒng)地波雷達(dá)只能在海岸邊安裝的缺陷，解決了在浮標(biāo)平臺(tái)上集成高頻地波雷達(dá)對海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測提取、全套系統(tǒng)自供電智能化工作、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)問題。該高頻地波雷達(dá)能在深遠(yuǎn)海域，具備對安裝點(diǎn)周邊50?IOOkm海域的海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的能力。
[0004]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，包括浮標(biāo)平臺(tái)，浮標(biāo)平臺(tái)上安裝地波雷達(dá)，浮標(biāo)平臺(tái)上安裝有低功耗計(jì)算機(jī)和姿態(tài)傳感模塊，低功耗計(jì)算機(jī)連接地波雷達(dá)和姿態(tài)傳感模塊，低功耗計(jì)算機(jī)連接運(yùn)行控制模塊，運(yùn)行控制模塊連接智能電源控制模塊；
所述運(yùn)行控制模塊連接風(fēng)速風(fēng)向儀和氣體傳感器。
[0005]所述低功耗計(jì)算機(jī)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(dá)包括:接收天線、寬帶發(fā)射天線，接收天線連接接收機(jī)，寬帶發(fā)射天線連接發(fā)射機(jī)，接收機(jī)連接低功耗計(jì)算機(jī)。
[0007]所述低功耗計(jì)算機(jī)連接AIS通信模塊。
[0008]所述低功耗計(jì)算機(jī)連接無線報(bào)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(dá)包括方形的天線陣列，寬帶發(fā)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(fā)射機(jī)為多頻雙通道全固態(tài)數(shù)字控制發(fā)射機(jī)，包括天波、地波兩種工作模式。
[0012]一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，該高頻地波雷達(dá)在其安裝點(diǎn)周邊50?IOOkm海域的海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)監(jiān)測的應(yīng)用。
[0013]一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，采用太陽能電池和可充鋰離子電池聯(lián)合供電。
[0014]一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，浮標(biāo)平臺(tái)設(shè)有電池艙和儀器艙。
[0015]本發(fā)明一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，技術(shù)效果如下:
本發(fā)明一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，能夠突破傳統(tǒng)地波雷達(dá)僅能沿海岸線布設(shè)的局限，通過接收天波/地波混合路徑回波，將探測范圍擴(kuò)展至遠(yuǎn)海區(qū)域。大大增強(qiáng)雷達(dá)系統(tǒng)部署的靈活性。同時(shí)，該系統(tǒng)具有可拓展性，具備進(jìn)一步接收雷達(dá)天波節(jié)點(diǎn)的潛力，為多樣性的應(yīng)用提供了可能。[0016]本發(fā)明一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，突破傳統(tǒng)地波雷達(dá)需要在海岸邊安裝的缺陷，解決了在浮標(biāo)平臺(tái)上集成高頻地波雷達(dá)對海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測提取、智能化工作、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，能在深遠(yuǎn)海海域安裝具備對安裝點(diǎn)周邊50?IOOkm海域的海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的能力。
[0017]本發(fā)明一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，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(guān)信息綜合方法，通過仿真和試驗(yàn)對不同信噪比和探測條件下波高譜參數(shù)模型在反演過程中的介入程度進(jìn)行嚴(yán)格分析，找到相應(yīng)的自適應(yīng)準(zhǔn)則，應(yīng)用MUSIC算法，進(jìn)一步從理論和算法上突破風(fēng)、浪、流參數(shù)準(zhǔn)確探測的瓶頸，創(chuàng)新地研究開發(fā)了一種信號(hào)補(bǔ)償技術(shù)有效去除浮標(biāo)式地波雷達(dá)天線晃動(dòng)對信號(hào)接收產(chǎn)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(hào)進(jìn)行建模分析，提取海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明主視結(jié)構(gòu)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(fā)明儀器艙內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明模塊連接框圖。
[0019]圖8為本發(fā)明浮標(biāo)平臺(tái)平移運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)圖。
[0020]圖9為本發(fā)明浮標(biāo)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)圖；
圖10為浮標(biāo)式超視距雷達(dá)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償流程圖。
圖11為利用非同步站間直達(dá)波幅度誤差校準(zhǔn)表圖。
圖12為利用同步站間直達(dá)波幅相校準(zhǔn)表圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，包括浮標(biāo)平臺(tái)，浮標(biāo)平臺(tái)設(shè)有主浮體1，主浮體I安裝有錨泊回收裝置3。浮標(biāo)平臺(tái)上安裝地波雷達(dá)，浮標(biāo)平臺(tái)上安裝有低功耗計(jì)算機(jī)8和姿態(tài)傳感模塊2，低功耗計(jì)算機(jī)8連接地波雷達(dá)和姿態(tài)傳感模塊2，低功耗計(jì)算機(jī)8連接運(yùn)行控制模塊10，運(yùn)行控制模塊10連接智能電源控制模塊9。所述運(yùn)行控制模塊10連接風(fēng)速風(fēng)向儀14和氣體傳感器13。所述低功耗計(jì)算機(jī)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(tài)傳感模塊2用于測量浮標(biāo)平臺(tái)的姿態(tài)，包括:俯仰角、方位角、旋轉(zhuǎn)角，經(jīng)過解算得到大地坐標(biāo)系中浮標(biāo)平臺(tái)的姿態(tài)角，給浮標(biāo)式地波雷達(dá)測量系統(tǒng)提供修正補(bǔ)償參數(shù)。
[0023]所述地波雷達(dá)包括:接收天線4、寬帶發(fā)射天線5,接收天線4連接接收機(jī)6,寬帶發(fā)射天線5連接發(fā)射機(jī)7，接收機(jī)6連接低功耗計(jì)算機(jī)8。采用寬頻帶天線技術(shù)，使接收天線4和發(fā)射天線滿足工作頻率為12?22MHz范圍內(nèi)正常工作的要求。所述發(fā)射機(jī)7為多頻雙通道全固態(tài)數(shù)字控制發(fā)射機(jī)，包括天波、地波兩種工作模式。所述地波雷達(dá)包括方形的天線陣列，寬帶發(fā)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(jì)算機(jī)8連接AIS通信模塊15。所述低功耗計(jì)算機(jī)8連接無線報(bào)警模塊16，無線報(bào)警模塊16為基于北斗系統(tǒng)的無線報(bào)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(jì)算機(jī)8包括數(shù)據(jù)處理顯示中心。數(shù)據(jù)處理顯示中心提供傳感器數(shù)據(jù)、無線報(bào)警模塊16數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理以及顯示，并提供友好的界面，方便完成對浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)進(jìn)行設(shè)置。
[0026]同步組網(wǎng)系統(tǒng)18由GPS天線和同步組網(wǎng)模塊組成。同步組網(wǎng)系統(tǒng)18用于給接收機(jī)6提供統(tǒng)一的時(shí)統(tǒng)信號(hào)，這樣使得接收機(jī)6能生成在信號(hào)脈寬、重復(fù)頻率、起始相位、初始頻率、調(diào)制斜率、重復(fù)方式等參數(shù)均與對應(yīng)的已知岸基雷達(dá)發(fā)射信號(hào)參數(shù)完成相同的合成頻率信號(hào)，使得浮標(biāo)式地波雷達(dá)能夠同步有效接收處理岸基雷達(dá)的非后向散射信號(hào)和由天波發(fā)射雷達(dá)的后向散射信號(hào)。
[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(fā)明浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，采用太陽能電池和可充鋰離子電池聯(lián)合供電。合理利用多種電源，有效節(jié)約電力資源，保障系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，滿足系統(tǒng)長期可靠運(yùn)行的電力供給要求。浮標(biāo)平臺(tái)設(shè)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(nèi)。
[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(shí)流過的電流來探測氣體的體積分?jǐn)?shù)，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(fā)明一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)工作原理:
號(hào)補(bǔ)償算法:
針對浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)對雷達(dá)信號(hào)的影響，提出了一種信號(hào)補(bǔ)償方法，通過浮標(biāo)平臺(tái)上常用的定位設(shè)備和三維陀螺儀獲取實(shí)時(shí)的浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將其轉(zhuǎn)化為浮標(biāo)天線陣的相位誤差、接收信號(hào)的附加多普勒頻率，然后將其從雷達(dá)回波信號(hào)中補(bǔ)償?shù)?，從而降低浮?biāo)運(yùn)動(dòng)對雷達(dá)信號(hào)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(biāo)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參量；
步驟2、計(jì)算浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)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(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參量對雷達(dá)接收信號(hào)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。
[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(dá)波的通道校正算法研究基礎(chǔ)上的。
[0032]由于浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)可以接收到岸上發(fā)射的多路合作信號(hào)，這些信號(hào)為雷達(dá)陣列提供了穩(wěn)定的、高質(zhì)量的校準(zhǔn)源，因此可以利用這些直達(dá)波信號(hào)進(jìn)行浮標(biāo)雷達(dá)陣列的幅相校準(zhǔn)。
[0033]設(shè)陣列陣元數(shù)為M，站間直達(dá)波的空間方位為烏，功率為當(dāng)陣列僅存在陣列
幅相誤差時(shí)，可以通過一個(gè)空間方位已知的站間直達(dá)波干擾來對陣列幅相誤差矩陣gamma進(jìn)行估計(jì)。
[0034]由接收信號(hào)的模型可得:
【權(quán)利要求】
1.浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，包括浮標(biāo)平臺(tái)，浮標(biāo)平臺(tái)上安裝地波雷達(dá)，其特征在于，浮標(biāo)平臺(tái)上安裝有低功耗計(jì)算機(jī)(8 )和姿態(tài)傳感模塊(2 )，低功耗計(jì)算機(jī)(8 )連接地波雷達(dá)和姿態(tài)傳感模塊(2 )，低功耗計(jì)算機(jī)(8 )連接運(yùn)行控制模塊(10 )，運(yùn)行控制模塊(10 )連接智能電源控制模塊(9);所述運(yùn)行控制模塊(10)連接風(fēng)速風(fēng)向儀(14)和氣體傳感器(13);所述低功耗計(jì)算機(jī)(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(jù)權(quán)利要求1所述浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，其特征在于，所述地波雷達(dá)包括:接收天線(4)、寬帶發(fā)射天線(5),接收天線(4)連接接收機(jī)(6),寬帶發(fā)射天線(5)連接發(fā)射機(jī)(7)，接收機(jī)(6)連接低功耗計(jì)算機(jī)(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，其特征在于，所述低功耗計(jì)算機(jī)(8)連接AIS通信模塊(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，其特征在于，所述低功耗計(jì)算機(jī)(8)連接無線報(bào)警模塊(16)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，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(jù)權(quán)利要求2所述浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，其特征在于，所述地波雷達(dá)包括方形的天線陣列，寬帶發(fā)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(jù)權(quán)利要求2所述浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)(7)為多頻雙通道全固態(tài)數(shù)字控制發(fā)射機(jī)，包括天波、地波兩種工作模式。
8.一種浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)，該高頻地波雷達(dá)在其安裝點(diǎn)周邊50?IOOkm海域的海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)監(jiān)測的應(yīng)用。
9.根據(jù)如權(quán)利要求f8任意一項(xiàng)浮標(biāo)式高頻地波雷達(dá)的信號(hào)補(bǔ)償方法，其特征在于，通過浮標(biāo)平臺(tái)上常用的定位設(shè)備和三維陀螺儀獲取實(shí)時(shí)的浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，將其轉(zhuǎn)化為浮標(biāo)天線陣的相位誤差、接收信號(hào)的附加多普勒頻率，然后將其從雷達(dá)回波信號(hào)中補(bǔ)償?shù)簦瑥亩档透?biāo)運(yùn)動(dòng)對雷達(dá)信號(hào)的影響。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種信號(hào)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(tái)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參量； 步驟2、計(jì)算浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)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(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參量對雷達(dá)接收信號(hào)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。
【文檔編號(hào)】G01S13/02GK103760552SQ201410037297
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】許家勤, 陳智會(huì), 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(tǒng)工程有限公司