專利名稱：多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶接收陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶接收陣列。
背景技術(shù)：
岸基高頻地波雷達(dá)是近40年來發(fā)展起來的全天候、大面積探測海洋表面動力學(xué)要素和艦船目標(biāo)的新技術(shù)，其天線形式分為便攜式和陣列式。便攜式高頻地波雷達(dá)以美國的kaConde雷達(dá)為代表，它采用一根單極子天線和兩個正交環(huán)天線組成的便攜式天線 (美國專利U. S. Pat. No. 4172255，5361072)，占地面積小，攜帶方便，但探測精度不高。而為了達(dá)到更高的分辨率和更好的探測性能，高頻地波雷達(dá)多采用相控陣接收回波，加拿大的HF-SffR(IEEE J. 0. E，Vol. 19，No. 4，540，1994)雷達(dá)的接收陣列陣長從數(shù)百米到數(shù)公里； 中國研制的高頻地波雷達(dá)(武漢大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版)，高頻地波雷達(dá)的東海實(shí)驗(yàn)，Vol.47, No. 1,2001 :111-124)天線陣長120。但上述天線陣工作頻率范圍小，構(gòu)形不利于利用海洋回波進(jìn)行通道幅相誤差校準(zhǔn)，并且陣列尺寸大，給設(shè)備的安裝、運(yùn)輸?shù)葞砹嗽S多不便，也大大提高了系統(tǒng)的建設(shè)和使用成本。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的問題是提供一種工作頻率范圍為7 25MHz、構(gòu)形符合海洋動力學(xué)參數(shù)探測和利用海洋回波進(jìn)行通道幅相一致性校準(zhǔn)的要求、具有一定的抗干擾能力、結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、適用于多個頻率同時工作的多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶接收陣列。本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是包括非均勻直線陣，所述非均勻直線陣由6根天線陣元組成，非均勻直線陣的口徑為5細(xì)，天線陣元間距分別為12m、6m、6m、12m、18m ；還包括另外兩根天線，另外兩根天線距非均勻直線陣的距離分別為Urn和9m，距非均勻直線陣的左右邊界分別為18m和15m。上述的天線陣的工作頻率范圍為7 25MHz，能同時工作在多個頻率上。上述的天線陣的構(gòu)形符合海洋動力學(xué)參數(shù)探測。上述的天線陣的構(gòu)形符合利用海洋回波進(jìn)行通道幅相一致性校準(zhǔn)的要求。上述的天線陣具有一定的抗干擾能力。本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，非均勻直線陣的陣元間距采用陣列嵌套方法進(jìn)行設(shè)計，其余天線的位置由工作頻率的范圍確定。本實(shí)用新型的多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶陣列，利用海洋回波進(jìn)行陣列幅相誤差校準(zhǔn)，與傳統(tǒng)的有源校準(zhǔn)方法相比，節(jié)約了成本，簡化了系統(tǒng)設(shè)計。與傳統(tǒng)的無源自校準(zhǔn)方法相比，節(jié)約了系統(tǒng)資源，運(yùn)算速度更為快捷，校準(zhǔn)結(jié)果更加可靠。本實(shí)用新型的多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶陣列，通過數(shù)字波束形成技術(shù)實(shí)現(xiàn)方位掃描，與緊湊的正交環(huán)/單極子天線相比，提高了天線的增益，從而增加了雷達(dá)探測海面風(fēng)浪的距離；利用MUSIC (多重信號分類法)算法提取海洋表面流及海面低速移動目標(biāo)的方位信息提高了角分辨率。與傳統(tǒng)的窄波束相比，節(jié)約了天線場地建設(shè)費(fèi)、天線架設(shè)費(fèi)和維護(hù)費(fèi)，大大地減少了占地面。本實(shí)用新型的多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶陣列，由于使用了寬頻設(shè)計思想，其工作頻率范圍為7 25MHz，使多頻高頻地波雷達(dá)能同時工作在多個頻率上，抗干擾能力和自校正能力顯著增強(qiáng)，回波所包含的海洋動力學(xué)參數(shù)信息大大增加大大豐富了回波信息，提高了雷達(dá)探測海面動力學(xué)參數(shù)的精度。本實(shí)用新型的多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶接收陣列，由于其工作頻率范圍寬，其特點(diǎn)是針對不同的外部干擾，可以使雷達(dá)方便的進(jìn)行變頻工作，提高了雷達(dá)的抗干擾能力和工作效率。本實(shí)用新型具有陣列口徑小、陣元數(shù)少、工作頻率范圍寬、架設(shè)方便和可移性等優(yōu)點(diǎn)，適用于多個頻率同時工作的多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶接收陣列。

圖1是本實(shí)用新型的非均勻直線陣設(shè)計示意圖；圖2是本實(shí)用新型的陣列位置示意圖；圖3是圖2所示接收陣列的方向圖；圖4是圖2所示陣列MNV(最小噪聲方差準(zhǔn)則)波束形成方向圖；圖5是圖2所示接收陣列在實(shí)際使用過程中的通道相位誤差校準(zhǔn)圖；圖6是圖2所示接收陣列在實(shí)際使用過程中的海流探測分布圖；圖7是圖2所示接收陣列在實(shí)際使用過程中實(shí)測的海流結(jié)果與ADCP (聲學(xué)多普勒剖面儀)測量的海流結(jié)果對比圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例子，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。參見圖1，本實(shí)用新型中的非均勻直線陣由6根天線組成，采用陣列嵌套的方法設(shè)計陣元間距，合成后的陣元間距如圖1所示。陣列口徑為5細(xì)，陣元間距分別為12m、6m、6m、 12m、18m,滿足MUSIC超分辨算法在7 25MHz工作條件下對陣元間距的要求。陣列存在著 (2,3)和(3,4),(1,2)和(2,4),(2,4)和(4,5),(1,2)和(4,5),(1,3)和(4,5),(1,3)和 (5，6)、(4，5)和(5，6) 7組等間距陣元偶，滿足通道校準(zhǔn)的要求，參見圖2，本實(shí)用新型中的各陣元位置如圖2所示，考慮到陣列工作頻率范圍，確定另外兩根天線距主直線陣的距離分別為12m和9m，距陣列左右邊界分別為18m和15m。圖3表示接收陣列的數(shù)字波束形成方向圖，圖中給出了工作頻率為19MHz，期望方向?yàn)?°的CBF (常規(guī)波束形成)和NPS (基于自適應(yīng)陣列理論的靜態(tài)方向圖數(shù)值綜合方法) 方向圖，從圖中可以看出，NPS的旁瓣電平要比CBF的低11. 782dB,而波束寬度基本不變。圖4表示接收陣列抗干擾的能力，高頻地波雷達(dá)的有用回波都來自海面，高仰角回波(如電離層干擾)可以看作干擾?？沼蜃赃m應(yīng)濾波可以在干擾方向形成自適應(yīng)零陷以濾除干擾。如圖2所示，由于有陣元1和陣元8的存在，使得陣列能夠?yàn)V除來自空中的干擾源數(shù)不大于2的各種干擾。假設(shè)在波達(dá)方向(-30°，20° )、(45°，80° )有兩個干擾，其信噪比分別為IOdB和20dB，從圖4中可以看出在干擾源的波達(dá)方向形成了較深的零陷，對來自空中的干擾有明顯的抑制作用。[0026]圖5表示2009年08月沈日嵊山雷達(dá)站5號通道實(shí)測的通道校準(zhǔn)結(jié)果圖，當(dāng)時多頻高頻地波雷達(dá)工作在雙頻模式下，頻率1為8. 3MHz，頻率2為22. 5MHz，橫軸代表時間，縱軸代表校準(zhǔn)值。從圖中可以看出兩個頻率的相位校準(zhǔn)值抖動很小，基本保持平穩(wěn)。從通道校準(zhǔn)的實(shí)測結(jié)果可以看出多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶接收陣列滿足通道校準(zhǔn)的需求。圖6表示2009年08月沈日嵊山雷達(dá)站實(shí)測的一場海流圖。圖7表示2009年08月沈日凌晨到2009年08月27日07點(diǎn)20分，嵊山雷達(dá)站 Cl站位(具體位置見圖6)不同頻率的海流數(shù)據(jù)與ADCP進(jìn)行對比圖。從實(shí)測結(jié)果可以看出通道誤差得到了校準(zhǔn)并且MUSIC算法能有效的工作在兩個頻率上。
權(quán)利要求1. 一種多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶接收陣列，其特征在于包括非均勻直線陣，所述非均勻直線陣由6根天線陣元組成，非均勻直線陣的口徑為5細(xì)，天線陣元間距分別為12m、 6m、6m、12m、18m ；還包括另外兩根天線，另外兩根天線距非均勻直線陣的距離分別為I^ii和 9m，距非均勻直線陣的左右邊界分別為18m和15m。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶接收陣列，包括非均勻直線陣，所述非均勻直線陣由6根天線陣元組成，非均勻直線陣的口徑為54m，天線陣元間距分別為12m、6m、6m、12m、18m；還包括另外兩根天線，另外兩根天線距非均勻直線陣的距離分別為12m和9m，距非均勻直線陣的左右邊界分別為18m和15m。該陣列工作頻率范圍為7～25MHz，構(gòu)形符合海洋動力學(xué)參數(shù)探測和利用海洋回波進(jìn)行通道幅相一致性校準(zhǔn)的要求，同時具有一定的抗干擾能力。本實(shí)用新型具有陣列口徑小、陣元數(shù)少、工作頻率范圍寬、架設(shè)方便和可移性等優(yōu)點(diǎn)，適用于多個頻率同時工作的多頻高頻地波雷達(dá)小型寬帶接收陣列。
文檔編號G01S7/285GK202330704SQ20112047501
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者劉斌, 吳雄斌, 徐培力, 李倫, 王璇 申請人:武漢大學(xué)