专利名称：多频高频地波雷达小型宽带接收阵列的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多频高频地波雷达小型宽带接收阵列。
背景技术：
岸基高频地波雷达是近40年来发展起来的全天候、大面积探测海洋表面动力学要素和舰船目标的新技术，其天线形式分为便携式和阵列式。便携式高频地波雷达以美国的kaConde雷达为代表，它采用一根单极子天线和两个正交环天线组成的便携式天线 (美国专利U. S. Pat. No. 4172255，5361072)，占地面积小，携带方便，但探测精度不高。而为了达到更高的分辨率和更好的探测性能，高频地波雷达多采用相控阵接收回波，加拿大的HF-SffR(IEEE J. 0. E，Vol. 19，No. 4，540，1994)雷达的接收阵列阵长从数百米到数公里； 中国研制的高频地波雷达(武汉大学学报(理学版)，高频地波雷达的东海实验，Vol.47, No. 1,2001 :111-124)天线阵长120。但上述天线阵工作频率范围小，构形不利于利用海洋回波进行通道幅相误差校准，并且阵列尺寸大，给设备的安装、运输等带来了许多不便，也大大提高了系统的建设和使用成本。

实用新型内容本实用新型所要解决的问题是提供一种工作频率范围为7 25MHz、构形符合海洋动力学参数探测和利用海洋回波进行通道幅相一致性校准的要求、具有一定的抗干扰能力、结构简单、占地面积小、适用于多个频率同时工作的多频高频地波雷达小型宽带接收阵列。本实用新型提供的技术方案是包括非均勻直线阵，所述非均勻直线阵由6根天线阵元组成，非均勻直线阵的口径为5細，天线阵元间距分别为12m、6m、6m、12m、18m ；还包括另外两根天线，另外两根天线距非均勻直线阵的距离分别为Urn和9m，距非均勻直线阵的左右边界分别为18m和15m。上述的天线阵的工作频率范围为7 25MHz，能同时工作在多个频率上。上述的天线阵的构形符合海洋动力学参数探测。上述的天线阵的构形符合利用海洋回波进行通道幅相一致性校准的要求。上述的天线阵具有一定的抗干扰能力。本实用新型的技术方案中，非均勻直线阵的阵元间距采用阵列嵌套方法进行设计，其余天线的位置由工作频率的范围确定。本实用新型的多频高频地波雷达小型宽带阵列，利用海洋回波进行阵列幅相误差校准，与传统的有源校准方法相比，节约了成本，简化了系统设计。与传统的无源自校准方法相比，节约了系统资源，运算速度更为快捷，校准结果更加可靠。本实用新型的多频高频地波雷达小型宽带阵列，通过数字波束形成技术实现方位扫描，与紧凑的正交环/单极子天线相比，提高了天线的增益，从而增加了雷达探测海面风浪的距离；利用MUSIC (多重信号分类法)算法提取海洋表面流及海面低速移动目标的方位信息提高了角分辨率。与传统的窄波束相比，节约了天线场地建设费、天线架设费和维护费，大大地减少了占地面。本实用新型的多频高频地波雷达小型宽带阵列，由于使用了宽频设计思想，其工作频率范围为7 25MHz，使多频高频地波雷达能同时工作在多个频率上，抗干扰能力和自校正能力显著增强，回波所包含的海洋动力学参数信息大大增加大大丰富了回波信息，提高了雷达探测海面动力学参数的精度。本实用新型的多频高频地波雷达小型宽带接收阵列，由于其工作频率范围宽，其特点是针对不同的外部干扰，可以使雷达方便的进行变频工作，提高了雷达的抗干扰能力和工作效率。本实用新型具有阵列口径小、阵元数少、工作频率范围宽、架设方便和可移性等优点，适用于多个频率同时工作的多频高频地波雷达小型宽带接收阵列。

图1是本实用新型的非均勻直线阵设计示意图；图2是本实用新型的阵列位置示意图；图3是图2所示接收阵列的方向图；图4是图2所示阵列MNV(最小噪声方差准则)波束形成方向图；图5是图2所示接收阵列在实际使用过程中的通道相位误差校准图；图6是图2所示接收阵列在实际使用过程中的海流探测分布图；图7是图2所示接收阵列在实际使用过程中实测的海流结果与ADCP (声学多普勒剖面仪)测量的海流结果对比图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例子，对本实用新型作进一步详细的描述。参见图1，本实用新型中的非均勻直线阵由6根天线组成，采用阵列嵌套的方法设计阵元间距，合成后的阵元间距如图1所示。阵列口径为5細，阵元间距分别为12m、6m、6m、 12m、18m,满足MUSIC超分辨算法在7 25MHz工作条件下对阵元间距的要求。阵列存在着 (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组等间距阵元偶，满足通道校准的要求，参见图2，本实用新型中的各阵元位置如图2所示，考虑到阵列工作频率范围，确定另外两根天线距主直线阵的距离分别为12m和9m，距阵列左右边界分别为18m和15m。图3表示接收阵列的数字波束形成方向图，图中给出了工作频率为19MHz，期望方向为0°的CBF (常规波束形成)和NPS (基于自适应阵列理论的静态方向图数值综合方法) 方向图，从图中可以看出，NPS的旁瓣电平要比CBF的低11. 782dB,而波束宽度基本不变。图4表示接收阵列抗干扰的能力，高频地波雷达的有用回波都来自海面，高仰角回波(如电离层干扰)可以看作干扰。空域自适应滤波可以在干扰方向形成自适应零陷以滤除干扰。如图2所示，由于有阵元1和阵元8的存在，使得阵列能够滤除来自空中的干扰源数不大于2的各种干扰。假设在波达方向(-30°，20° )、(45°，80° )有两个干扰，其信噪比分别为IOdB和20dB，从图4中可以看出在干扰源的波达方向形成了较深的零陷，对来自空中的干扰有明显的抑制作用。[0026]图5表示2009年08月沈日嵊山雷达站5号通道实测的通道校准结果图，当时多频高频地波雷达工作在双频模式下，频率1为8. 3MHz，频率2为22. 5MHz，横轴代表时间，纵轴代表校准值。从图中可以看出两个频率的相位校准值抖动很小，基本保持平稳。从通道校准的实测结果可以看出多频高频地波雷达小型宽带接收阵列满足通道校准的需求。图6表示2009年08月沈日嵊山雷达站实测的一场海流图。图7表示2009年08月沈日凌晨到2009年08月27日07点20分，嵊山雷达站 Cl站位(具体位置见图6)不同频率的海流数据与ADCP进行对比图。从实测结果可以看出通道误差得到了校准并且MUSIC算法能有效的工作在两个频率上。
权利要求1. 一种多频高频地波雷达小型宽带接收阵列，其特征在于包括非均勻直线阵，所述非均勻直线阵由6根天线阵元组成，非均勻直线阵的口径为5細，天线阵元间距分别为12m、 6m、6m、12m、18m ；还包括另外两根天线，另外两根天线距非均勻直线阵的距离分别为I^ii和 9m，距非均勻直线阵的左右边界分别为18m和15m。
专利摘要本实用新型涉及一种多频高频地波雷达小型宽带接收阵列，包括非均匀直线阵，所述非均匀直线阵由6根天线阵元组成，非均匀直线阵的口径为54m，天线阵元间距分别为12m、6m、6m、12m、18m；还包括另外两根天线，另外两根天线距非均匀直线阵的距离分别为12m和9m，距非均匀直线阵的左右边界分别为18m和15m。该阵列工作频率范围为7～25MHz，构形符合海洋动力学参数探测和利用海洋回波进行通道幅相一致性校准的要求，同时具有一定的抗干扰能力。本实用新型具有阵列口径小、阵元数少、工作频率范围宽、架设方便和可移性等优点，适用于多个频率同时工作的多频高频地波雷达小型宽带接收阵列。
文档编号G01S7/285GK202330704SQ20112047501
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者刘斌, 吴雄斌, 徐培力, 李伦, 王璇 申请人:武汉大学