[發明專利]一種高頻地波雷達多接收通道增益自動校準方法及裝置

有效

• 申請號: 202010051735.2
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111352083B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 周浩;何書芹;王才軍;文必洋
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉琰

本發明公開了一種高頻地波雷達多接收通道增益自動校準方法及裝置，該方法包括：步驟1、雷達采集海洋回波數據；步驟2、安裝風向標記錄實時平均風向；步驟3、計算參考天線上功率譜，搜索正側和負側一階譜極大值；步驟4、在各幀回波數據在各天線通道上滑窗截取序列的傅里葉變換，得到最大值陣列快拍序列；步驟5、對各組候選通道校正值計算得到通道校正后快拍；步驟6、利用空間譜估計算法計算對應于最大譜峰的到達角；步驟7、計算總體風向估計均方根誤差；步驟8、搜索最小總體風向估計均方根誤差，其對應校正值為最優校正值。本發明解決了高頻地波雷達中接收通道增益的不一致性，將最大一階譜峰值與風向聯系起來，實現通道增益的自動校正。

技術領域

本發明涉及電學領域，尤其涉及一種高頻地波雷達多接收通道增益自動校準方法及裝置。

背景技術

高頻地波雷達是一種可安裝于海岸、海面浮臺或船只上的海洋表面狀態參數遙感設備。雷達向海面發射的高頻電磁波，經海浪散射后，被雷達接收天線接收，得到各個距離和方位單元上的多普勒譜分布，進而反演海洋表面流速、浪高和風速等參數。

雷達采用多個天線單元組陣進行測向。目前高頻地波雷達天線陣常采用的有兩種形式：一是空間分布的陣列式天線，二是共相位中心的單極子/交叉環天線。無論具體采取何種天線形式，都要求接收通道(包括天線)的增益保持一致以獲取理想的定向性能。然而，不同形式的天線具有不同的電路結構，且在實際中各電子元件也不可能完全一致，因此各天線接收通道之間總是存在增益幅度和相位的不一致。通道不一致將嚴重影響雷達定向性能，因此在進行后續空間譜估計或到達角估計之前，必須對通道間增益不一致進行校正。

針對接收通道間幅度和相位不一致，目前采用的方法主要有無源法和有源法。無源法無需合作信號源，采用雷達接收到的任何未知信號源，解算出各天線通道間的幅度和相位誤差?？梢岳玫奈粗盘栐窗êＱ笠浑ABragg散射回波信號和電離層反射回波信號，對于空間分布鞭天線陣可用于幅度校正，相位校正則只適用于非線性陣列；對于單極子/交叉環陣列，則適用于相位校正，而幅度校正準確度較差。有源法包括采用應答器、單頻信標和船只自動身份識別系統(automatic identification system,AIS)信息，它們均需要采用額外的專用設備進行輔助測量，利用已知方位的信號解算通道間的幅度和相位誤差。輔助信標法在某些應用如架設于懸崖、海上浮臺等情況下難以實施，必須采用船只搭載信標走航測量，受到海態的限制；AIS信息輔助校正法則受限于海面船只的大小、數量和方位，常常不能獲得充分的方位樣本。此外，有源法需要增加額外的硬件成本和測量成本。

綜合分析以上通道幅相校正方法的優缺點，為了能及時、高效地進行通道校正，需要尋找能便捷、及時獲取的信號標定信息，用以輔助計算信號在各通道之間的幅度和相位差。風向就是這樣一種指示量，它可以指示最強一階Bragg散射回波的方位。因為雷達海面回波中一階Bragg散射截面正比于雷達波束上的有向海浪譜值，因此在風來向的方位上，正一階譜會出現極大值；而在風去向的方位上，負一階譜會出現極大值。在高頻地波雷達測量的近距離范圍內，可以認為風向是一致的，因此在雷達站安裝一個風向標，即可獲得實時的風向。獲取了海面風向，就可以分離出相對應方位的一階譜，進而用于通道校正。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中高頻地波雷達接收通道幅相校正技術的不足，提供一種高頻地波雷達多接收通道增益自動校準方法及裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供一種高頻地波雷達多接收通道增益自動校準方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、雷達正常采集海洋回波數據，得到S(nT,mT_s,r)，其中T為相干積累時間，n＝0,…,N-1為時間幀序號，T_s為幀內采樣周期，m＝0,…,M-1為幀內采樣序號，r為距離元序號；

步驟2、在雷達站或其附近安裝一個或多個風向標，記錄實時平均風向其中t為時間；