[发明专利]一种基于单站船载高频地波雷达的表面流测量方法

说明书

技术领域

本发明属于船载高频地波超视距雷达信号空-时处理领域和海洋表面流遥感领域。

背景技术

高频地波（表面波）雷达利用垂直极化高频电磁波在海水表面传播时具有传播衰减小、绕射特性好等特点，可为超视距目标探测以及海洋动力过程遥测提供良好的探测手段。与传统的海洋监测手段相比，高频地波雷达具有作用距离远、覆盖范围广、探测精度高、实时性好以及全天候服务等优点，在海上交通监控、海上资源开发、海洋气象预报以及海洋学研究等方面具有广泛的应用前景。

理论上，高频地波雷达海浪回波的正负一阶Bragg峰应准确地出现在关于零多普勒频率左右的两个离散频点上。但在实际测量中，由于海洋存在着表面流场，从而导致它们的多普勒频率发生了相应的频移。显然，该频移量是正比于表面流场径向速度的。岸基高频地波雷达就是根据此原理实现对海洋表面流遥测的。利用单站高频地波雷达只能得到探测海域的径向流图，要想获得该区域内海洋表面流矢量场的分布情况，就必须利用两部位于不同位置的雷达对该海域进行同步探测。然而，利用双站式测量表面流矢量场存在诸多问题，首先是需要投入更多的人力物力，导致成本成倍增加；其次当探测所在位置的横坐标较大而纵坐标较小，即探测点与两部雷达之间的连线（称为基线）相距较近，而与基线的中垂线之间的距离较远时，在计算海流流速的纵向分量时会产生不稳定性，引起较大的计算误差；再者在雷达站点选址时必须要保证探测点能够同时被两部雷达照射到，也就是说探测点必须同时在两部雷达的探测范围之内，并且不能被陆地或岛屿等遮蔽。因此，如何利用单站雷达获取海洋表面流矢量场分布一直是无线电海洋学研究领域重点的研究问题。

船载高频地波雷达是岸基高频地波雷达海洋遥测技术的深入与发展，除保留岸基高频地波雷达的优点外，还具有船载平台的灵活机动性能。另外，船载高频地波雷达与机载雷达相似，因此，许多基于机载雷达研究发展起来的时-空处理方法可以用于船载高频地波雷达海浪回波信号的时-空处理。

发明内容

本发明是为了解决传统岸基高频地波雷达采用双站式测量方案测量表面流矢量场存在的同步探测难、遥感面积小、测量费用昂贵和观测效率低的问题，本发明提供了一种基于单站船载高频地波雷达的表面流测量方法。

一种基于单站船载高频地波雷达的表面流测量方法，它包括如下步骤：

第一步、根据船载高频地波雷达的系统参数，将被测海域等间距、等角度划分为多个扇形网格，每个网格为一个探测单元；

第二步、利用时-空联合谱估计方法对船载高频地波雷达探测的每个距离圆环的海浪回波时-空谱进行估计，通过谱搜索获得每个探测单元上实测正负一阶Bragg谱峰的位置；

第三步、根据每个探测单元上实测正负一阶Bragg谱峰的位置求取相应探测单元上的径向流速，从而获得整个被测海域的径向流场分布，且此时整个被测海域的径向流场分布的角度分辨率为初始角度分辨率A；

第四步、设在船载高频地波雷达测量的时间范围内，被测海域的表面流场是一致的，且每个探测单元内仅存在一个流场；

第五步、将同一个距离圆环内相邻的三个探测单元合并为一个整体，这三个探测单元内的径向流值是由同一个矢量流场在它们各自径向方向上的投影产生的，降低初始角度分辨率A，获得当前角度分辨率B，且所述的B=3A，然后利用最小二乘法求取每个整体上最优的表面流矢量场；

第六步、船载高频地波雷达对同一个探测单元在相邻多个测量时刻所获得最优的表面流矢量场为同一流场，利用对多个测量时刻在同一探测单元内测得的最优的表面流矢量场进行加权平均，获得被测海域表面流矢量场。

本发明所述的一种基于单站船载高频地波雷达的表面流测量方法利用了实际海洋表面流场缓变的特性以及船载高频地波雷达具有的平台灵活机动性能，以降低船载高频地波雷达系统的角度分辨率为代价，实现单站船载高频地波雷达测量表面流矢量场的目的。这将不仅大大降低表面流矢量场的观测成本，还能进行同步探测，遥感面积大，有效提高了观测效率，且观测效率提高了20%以上，具有广泛的实际应用价值。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种基于单站船载高频地波雷达的表面流测量方法的流程图；

图2为具体实施方式一中经第一步划分获得的多个扇形网格的示意图；其中，△θ为扇形网格单元距离向间隔，△R为网格单元方位向间隔；v_p为平台运动速度；

图3是具体实施方式一中第五步获得的矢量流场的几何关系图；表示第r个距离单元内第k号探测单元上的二维矢量流场；为该矢量流场在探测单元上的径向流场；