[發(fā)明專利]一種波導(dǎo)超視距海浪監(jiān)測雷達(dá)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310237383.X
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN103344957A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張永剛;焦林;張健雪
• 申請（專利權(quán)）人: 張永剛;焦林;張健雪
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李馨;李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種波導(dǎo)超視距海浪監(jiān)測雷達(dá)，尤其涉及一種海面蒸發(fā)波導(dǎo)條件下通過海浪回波監(jiān)測海浪的超視距雷達(dá)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

海浪是海洋中重要物理參數(shù)之一，對船舶及海上作業(yè)有很大影響，甚至是致命的影響。全球每年因大風(fēng)浪造成的船舶沉沒、人員傷亡、海上建筑，沿岸結(jié)構(gòu)破壞不計其數(shù)。隨著人類活動向海洋進(jìn)軍，大風(fēng)浪監(jiān)測和預(yù)警已成為不可回避的實(shí)際問題。本項發(fā)明正是為了人類減災(zāi)、抗拒自然災(zāi)害提出的，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和市場前景。

選擇X波段導(dǎo)航雷達(dá)作為海浪參數(shù)測量儀，具有較高的時空分辨率，目前，已經(jīng)入商業(yè)化階段，X波段船用導(dǎo)航雷達(dá)利用海表面電磁回波、海雜波圖像獲得海浪參數(shù)有德國的WamosII和挪威的WAVEX系統(tǒng)。

利用導(dǎo)航雷達(dá)對視距海面雜波提取。由于導(dǎo)航雷達(dá)架裝（船或岸）高度限制，雷達(dá)發(fā)射電磁波以一個小角度與海面接觸，隨著距離增加視角會越來越小，如圖4所示。海面反射雜波都集中在近視區(qū)（或雷達(dá)天線附近海區(qū)），隨著船體擺動近視區(qū)視角不斷變化使反射雜波量處于不穩(wěn)定狀態(tài)，無法精確提取統(tǒng)計，

更不能超視距大范圍提取海浪波高和周期信息。

本發(fā)明原理彌補(bǔ)了申請?zhí)?00910017953.8“雙極化X波段雷達(dá)海浪參數(shù)測量系統(tǒng)”和WamosII和WAVEX發(fā)明的不足。

另外，選擇導(dǎo)航雷達(dá)改進(jìn)，主要是現(xiàn)今導(dǎo)航雷達(dá)普及率高，改進(jìn)方便，更主要是導(dǎo)航雷達(dá)對夜間航行和霧天航行能起到關(guān)鍵作用，但不能對大風(fēng)浪監(jiān)測起到預(yù)警作用。本項發(fā)明正是為今后導(dǎo)航雷達(dá)改進(jìn)、增加大風(fēng)浪預(yù)警功能提供技術(shù)支持。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制的一種波導(dǎo)超視距海浪監(jiān)測雷達(dá)，具有：

發(fā)送和接收雷達(dá)波的傳感器系統(tǒng)傳感器系統(tǒng)、

測量水文氣象數(shù)據(jù)的環(huán)境測量單元、其特征在于還具有：

計算當(dāng)前氣象條件下是否具有海面蒸發(fā)波導(dǎo)的波導(dǎo)計算模塊以及判斷雷達(dá)在當(dāng)前氣象條件下是否具有超視距性能的超視距評估模模塊

海浪監(jiān)測模塊：在具有海面蒸發(fā)波導(dǎo)的情況下，對當(dāng)前雷達(dá)的檢測范圍劃定等距網(wǎng)格，記錄每個網(wǎng)格的雷達(dá)回波強(qiáng)度，去除海面目標(biāo)的強(qiáng)信號，保留回波中的海雜波弱信號；判定回波中海雜波弱信號強(qiáng)度大于周邊網(wǎng)格的若干網(wǎng)格為浪峰；得到掃描區(qū)域內(nèi)的所有海浪浪峰回波信號，得到相鄰浪峰的長度，即海浪波長；

記錄兩個相鄰的雷達(dá)掃描周期，得到海浪的移動方向、距離、移動速度和海浪頻率，完成海浪監(jiān)測。

海況分析模塊，接收所述海況分析模塊輸出的海浪頻率、波長、移動方向和移動速度的參數(shù)，根據(jù)海浪譜得出當(dāng)前海浪的浪高，得出當(dāng)前海況等級。

海況預(yù)警模塊，與所述的海況分析模塊和海浪檢測模塊通信連接，根據(jù)當(dāng)前海浪的移動方向和速度，以及海況等級發(fā)出預(yù)警提示，同時計算船舶的合理規(guī)避航線。

具有水文氣象風(fēng)速傳感器，當(dāng)風(fēng)速超過15米/秒時，統(tǒng)計明顯增加的海雜波量，若海雜波量增加明顯或超過閾值，則判定當(dāng)前出現(xiàn)巨浪或狂浪，使用所述海況預(yù)警模塊發(fā)出巨浪和狂浪預(yù)警。

所述波導(dǎo)計算模塊根據(jù)所述環(huán)境測量單元采集的所述環(huán)境參數(shù)，通過計算理查森數(shù)Ri和Monin-Obukhov尺度長度L’計算所述大氣穩(wěn)定度；在不同大氣穩(wěn)定度的狀態(tài)下計算海面蒸發(fā)波導(dǎo)高度和該波導(dǎo)的大氣修正折射指數(shù)；

所述超視距評估模塊根據(jù)所述波導(dǎo)計算模塊輸出的海面蒸發(fā)波導(dǎo)高度和大氣修正折射指數(shù)，判定當(dāng)前雷達(dá)是否具有超視距性能；

工作時，所述的超視距評估模塊根據(jù)所述波導(dǎo)高度和大氣修正折射指數(shù)，計算當(dāng)前海面蒸發(fā)波導(dǎo)的陷獲頻率，當(dāng)所述陷獲頻率大于當(dāng)前雷達(dá)的固有頻率時，且波導(dǎo)高度高于雷達(dá)天線高度，判定當(dāng)前雷達(dá)具有超視距性能。

還具有雷達(dá)探測距離評估模塊：通過比較不同傳輸距離的雷達(dá)回波功率與雷達(dá)的最小可檢測信號功率：若某個距離的雷達(dá)回波功率大于雷達(dá)的最小可檢測信號功率，則當(dāng)前距離為雷達(dá)的可探測距離。

波導(dǎo)計算模塊、超視距評估模模塊和海浪監(jiān)測模塊集成在一板卡上，可與現(xiàn)有導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)對接，使現(xiàn)有的導(dǎo)航雷達(dá)具有波導(dǎo)超視距海浪監(jiān)測功能。