船載高頻地波雷達海面電磁散射及風向提取研究.pdf

1、高頻地波雷達(HFSWR)已經(jīng)在早期預警和海態(tài)遙感領域得到了廣泛的應用，它所發(fā)射的3~30MHz垂直極化電磁波可以沿海洋表面?zhèn)鞑ァＳ捎诤Ｑ笫橇紝w，高頻電磁波具有較小的傳播損耗特性。相比于傳統(tǒng)的監(jiān)測手段，如浮標、風速計、微波雷達，高頻地波雷達可以對目標和海面進行不間斷的、全天侯的、實時的超視距監(jiān)測。
　　根據(jù)雷達所處平臺的位置，高頻地波雷達可分為岸基高頻地波雷達和船載高頻地波雷達兩種。由于岸基雷達大多沿海岸線分布，所以岸基高頻地波

2、雷達的有效作用范圍大多被限定在近海海域。船載高頻地波雷達除具有岸基高頻地波雷達的優(yōu)點外，還具有靈活機動性，可進一步地擴大雷達的適用范圍。
　　了解海面回波多普勒譜的特性將有助于高頻地波雷達在目標檢測與海態(tài)遙感領域的理論和應用研究。但是現(xiàn)有的文獻中關于一階、二階海面電磁散射特性的研究大多是針對岸基高頻地波雷達的，船載高頻地波雷達海面散射特性的研究較少，本文對此進行了深入研究。此外，基于一階海面回波譜的空–時分布特性及展寬機理，本文還

3、研究了船載高頻地波雷達進行海面風向提取的可行性。
　　首先研究了岸基雙基地高頻地波雷達和船載高頻地波雷達的一階海面回波多普勒譜空–時分布特性。為了研究一階海面回波譜的展寬特性，我們建立了雙基地高頻地波雷達一階海面回波多普勒譜的空–時分布特性及展寬模型。仿真實驗及外場實測數(shù)據(jù)進一步驗證了本文所提出的雙基地雷達一階海面回波多普勒譜的空–時分布模型。此外，結合實際接收陣列的波束寬度，我們研究了勻速直線運動情況下的船載高頻地波雷達一階海面

4、回波多普勒譜的空–時分布特性及展寬模型。該部分的理論分析為后續(xù)章節(jié)中所推導的船載高頻地波雷達一階、二階海面散射截面積方程提供了理論基礎與驗證手段。
　　從高頻電磁波海面散射的角度，通過對時域場強方程進行自相關處理及傅里葉變換過程，我們推導了勻速直線運動情況下的船載高頻地波雷達一階海面散射截面積方程。該方程反映了船載高頻地波雷達一階海面回波譜的空–時分布特性，進一步地驗證了Xie等人所提出的一階海面回波譜的展寬機理。同時，該方程可以

5、理解為由于平臺勻速直線運動的影響，導致Barrick或Walsh等人的岸基推導結果發(fā)生了頻譜展寬現(xiàn)象。
　　基于“流體力學”及“角反射”兩種散射機理，建立了勻速直線運動情況下的船載高頻地波雷達二階海面散射截面積方程。通過仿真實驗研究了雷達系統(tǒng)參數(shù)及海洋表面狀態(tài)參數(shù)對二階海面回波多普勒譜的影響。本文所推導的一階、二階海面散射截面積方程均可退化為已有的Barrick或Walsh等人所提出的岸基單站結果。
　　在真實的海洋環(huán)境中，

6、由于船載平臺與海洋環(huán)境的相互作用，如海浪、海風、洋流等，雷達海面回波譜的特性更為復雜。為了分析與研究海面回波譜的特性，本文推導了平臺漂浮運動及勻速運動共存情況下的船載高頻地波雷達一階、二階海面散射截面積方程，這里同時考慮了平臺的勻速直線運動與漂浮運動的影響。
　　基于船載高頻地波雷達一階海面散射截面積方程，我們分析了船載高頻地波雷達進行海面風向提取的可行性，并提出了一種無模糊的海面風向反演方法。不同于基于大型接收陣列的岸基高頻地波