基于单极子交叉环收发共用天线设计的高频地波雷达海上比测

为了验证一种使得OSMAR-S高频地波雷达的发射天线和接收天线一体化的天线系统的可行性,于2021年11月25日至12月1日在珠江口内进行雷达观测与声学多普勒流速剖面仪(ADCP)现场观测海流时间序列比测实验。结果表明,雷达与ADCP的观测结果具有高度一致性,相关系数达到0.916。通过调和分析等方法得到的主要分潮(M2和K1)振幅大小与随时间变化趋势高度吻合。实验结果证明,在具有占地面积小、成本低以及方便海边架设等优点的基础上,该收发共用天线系统对海流的观测结果有很高的精度。

高频地波雷达交叉环/单极子天线幅度相位校准

针对小口径高频地波海态监测雷达广泛采用的交叉环/单极子天线阵列,理论分析了接收通道幅度和相位误差对其到达角估计精度的影响.由于常规线性拟合估计增益误差的方法常常失效,为此提出了更实用的校正方法:在单极子上预选出大信噪比谱点作为候选校正谱点,再根据天线共相位中心约束条件作进一步筛选,由单极子和交叉环上各谱点的互协方差估计出相位误差,并由归一化谱功率比估计出幅度误差.该方法在便携式高频地波雷达OSMAR-S中运行良好.现场比测实验结果证明了该方法的有效性.

单极子-交叉环天线阵波束形成的分析

为了提高便携式近程海态测量与分析高频地波雷达(OSMAR-S)的风、浪探测能力,以单极子-交叉环组合天线为基本单元构建小型均匀直线阵列.分析了阵元间距对波束形成的影响,讨论了低副瓣处理对波束栅瓣的作用.结果表明:单极子-交叉环天线阵波束的栅瓣幅度要比主瓣幅度小,且低副瓣处理能够将栅瓣完全压制.通过对不同阵元间距下的单极子-交叉环天线阵的波束指向性能的比较,证实了可以适当地增加阵元间距,突破雷达半波长的严格要求,在获取相同的均匀旁瓣电平条件下以得到更窄的主瓣宽度.

修正MUSIC算法对非线性阵列适用性的讨论

以三个单极子组成的均匀线性阵和三个单极子 \交叉环组成的非线性阵为例 ,通过使用MMUSIC算法分别对他们接收到的包含两个目标的模拟海杂波数据进行处理后提取的目标到达角参数是否正确 ,检验MMUSIC算法对非线性天线阵的适用性 ,得出MMUSIC算法对均匀线性阵适用 ,对非线性阵列不适用的结论 ,并分析了原因 .

采用便携式天线的近海海洋表面流探测

针对高频地波雷达天线阵通常十分庞大的问题,根据海洋回波理论,利用单个到达角海洋回波进行雷达通道幅度相位的自校准,应用适合便携式天线系统的信源估计方法,采用 MUSIC(MUltiple SIgnal Classifica tion)算法反演海流信息,研究了交叉环/单极子天线在高频地波雷达近海海洋表面流探测中的应用.将探测结果与采用相控阵接收的高频地波雷达OSMAR2000的探测结果进行对比,径向流速平均偏差为 1.3 cm/s,说明近海海洋表面流探测采用便携式的小天线可取得与传统相控阵相同的效果.

仿奥米亚棕蝇的小型短波天线阵测向算法

根据奥米亚棕蝇(Ormia ochracea)的耦合听觉系统放大两耳信号相位差的机制,提出将奥米亚棕蝇耦合听觉系统运用于小型天线阵列的测向中.通过调整天线的导向矢量,放大包含来波信号到达角信息的不同通道接收信号间的相位差,再利用多重信号分类(MUSIC)算法进行测向.利用垂直放置的二元单极子交叉环阵列进行仿真实验,结果表明:利用奥米亚棕蝇耦合系统的MUSIC算法估角具有更高的估角精度,10 dB信噪比条件下估角均方根误差相对传统MUSIC算法估角降低了2°,估角精度提升了约55%,验证了该方法应用于小型天线阵列测向的可行性.