CN105577220A - 用于探测海洋动力学参数的便携式海洋探测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋探测技术领域，尤其涉及到用于探测海洋的风场，流场和浪场等海洋动力学参数的便携式海洋探测仪。本发明的有益效果在于，本发明的探测仪中发、收天线采用高强度的玻璃钢做天线的外壳，采用全密封结构，使之在海边工作时能抗台风、抗盐雾、抗潮湿、抗霉菌、抗紫外线，发射天线体采用可调长度的结构，可适应不同的地表面特性，天线底部采用转动结构，可以节约架设成本。接收天线体可以工作在双频状态，便于组阵。控制和处理计算机采用嵌入式工控机，可以降低能耗，接收机和发射机采用降耗设计，可以利用太阳能和风能供电。

Description

用于探测海洋动力学参数的便携式海洋探测仪

技术领域

本发明涉及海洋探测技术领域，尤其涉及到用于探测海洋的风场，流场和浪场等海洋动力学参数的便携式海洋探测仪。

背景技术

高频地波雷达探测海洋状态参数或探测海面上的移动目标，目前有两种形式，一种是接收天线采用相控阵列天线，发射天线采用3元八木天线或对数周期天线，控制和处理计算机采用台式工控机，这种形式天线体积庞大，占地面积宽，一般是300米——1500米不等，容易受到破坏，同时能耗也大。另一种形式是一种采用紧凑式的收发天线，使用一个单极子和两个相互正交的环天线组合在一起，控制和处理计算机采用嵌入式工控机，接收机和发射机采用降耗设计，可以利用太阳能和风能供电的便携式高频海洋探测仪。图1是嵌入式控制的便携式高频海洋探测仪系统框图。图2是一种相控阵列接收天线示意图。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种探测海洋的风场，流场和浪场等动力学参数的便携式海洋探测仪。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

一种用于探测海洋动力学参数的便携式海洋探测仪，其特征在于，该探测仪包括玻璃钢全密封发射天线、全密封的交叉环接收天线、与发射天线连接的100瓦发射机、与交叉环接收天线连接的接收机、与接收机连接的嵌入式计算机、以及均与嵌入式计算机连接的显示器和局域网；其中，所述发射天线包括：基座、固设于基座上的壳体和内置于壳体的天线体；所述基座包括具有一开口部的第一固定底板、用于固定壳体的底座，所述底座具有第二底板，所述第二底板的底部设有与所述开口部相配合的密封部，所述第一底板和第二底板通过一旋转部件连接成整体。

优选地，所述壳体包括高强度的玻璃钢外壳以及用于固定玻璃钢外壳的不锈钢套；所述天线底座的中空部设有通过电缆与发射机或接收机连接的电缆接头；天线体上设有长度可以调节的调节杆，所述天线体上设有多个限位板。

优选地，所述交叉环接收天线体具有能够提供多频段并具有双频接收功能的天线体电路板，所述天线体电路板集成有依次连接的0多频段控制电压形成电路、双频切换控制电路、调谐选频电路、阻抗匹配电路和放大输出电路。

优选地，所述交叉环接收天线体包含高强度的玻璃钢外壳、交叉环接收天线体、单极子天线连接头、环天线支架、带密封圈的铝合金底板、天线体托架和连接天线输出的连接头。

优选地，所述100瓦发射机有四个输入信号，一个输出信号；四个输入信号分别来自供电系统、接收机的RF信号、接收机的TP信号以及嵌入式计算机送出的AGC控制信号，输出信号连接发射天线；所述发射机包括增益控制电路、线性并联推挽放大电路、滤波器电路和100瓦控制电路。

优选地，所述增益控制电路包括二个输入端口，分别接收来自接收机送出的射频输出RF、和来自嵌入式计算机送出的AGC控制信号；所述增益控制电路的输出端口与所述线性并联推挽放大电路的输入端口相联。

优选地，所述线性并联推挽放大电路包括五个输入端口和一个输出端口，其中，五个输入端口分别与来自48V的电源输入口、来自AGC电路的信号输入口、100瓦控制电路的控制信号输出端口A、100瓦控制电路的控制信号输出端口B和控制电路的控制信号输出端口C连接，一个输出端口与滤波器电路连接；滤波器电路包括一个输入口和一个输出口，其中，输入口与线性并联推挽放大电路连接，输出口与发射天线连接。

优选地，所述100瓦控制电路包括两个输入端口和三个输出端口，其中，两个输入端口中的一个是24V的电源口，另一个接收来自接收机产生的TP脉冲信号；三个输出端口分别与线性并联推挽放大电路的三个输入端口一一对应连接，三个输出端口分别输出控制信号A、控制信号B和控制信号C，用于控制各功率放大器件的加电或断电。

优选地，所述接收机具有四个输入信号和四个输出信号，其中，四个输入信号中一路来自供电系统，另外三路来自交叉环接收天线；四个输出信号中的TB信号发送至交叉环接收天线，TP信号发送至100瓦发射机；所述接收机包括三个模拟通道、三个数字通道、频率综合器、系统控制模块、USB接口和系统时钟；模拟通道有四个输入信号和三个输出信号，四个输入信号中的三个来自交叉环接收天线，一个来自频率合成；数字通道有4个输入和3个输出，4个输入中的3个来自模拟通道，一个来自频率综合器；数字通道有六个输入信号和一个输出信号，六个输入信号中的三个分别来自三个模拟通道，另外三个来自频率综合器；三个输出信号分别发送至USB接口的输入端，再经USB接口输出至嵌入式计算机。

优选地，所述嵌入式计算机包括：

FFT模块，滤波模块、计算模块，输出模块，用于对来自接收机数字通道的经过第1次FFT的距离谱信号再进行离散傅氏变换以获得具有多普勒频率信息的回波信号；

与FFT相连的滤波模块，用于降噪处理，除去高能谱点；

与滤波模块相连的计算模块，用于对来自接收机数字通道的经过第1次FFT的距离谱的信号再进行离散傅氏变换以获得的多普勒频率信息并进行计算以获得对应风、浪、流等动力学参数；

与计算模块相连的输出模块，用于将含有对应风、浪、流动力学参数的计算结果发送至显示屏和/专网或互联网。

优选地，所述滤波模块还包括一致性处理单元。

本发明的有益效果在于，本发明的探测仪中发、收天线采用高强度的玻璃钢做天线的外壳，采用全密封结构，使之在海边工作时能抗台风、抗盐雾、抗潮湿、抗霉菌、抗紫外线，控制和处理计算机采用嵌入式工控机，接收机和发射机采用降耗设计，可以利用太阳能和风能供电。由于采用了上述合理的电路结构及信号处理软件，使得该海洋探测仪在和国内、外同类产品以及常规的海洋探测仪器的现场对比测试中，取得了令人瞩目的结果，和常规海洋探测仪器相比，海流流速的相关系数达到95％，流向达到99％，结果也优于国外的同类产品。

附图说明

图1是本发明提供的便携式海洋探测仪系统框图；

图2是本发明提供的探测仪的8单元相控阵列天线示意图；

图3a是本发明提供的探测仪的高强度发射天线体示意图；

图3b是本发明提供的探测仪的底板结构示意图；

图3c是本发明提供的探测仪的调节杆结构示意图；

图3d是本发明提供的探测仪的限位板示意图；

图4是本发明提供的探测仪的全密封接收天线体结构示意图；

图5是本发明提供的探测仪的多频段、双频接收天线电路图；

图6是本发明提供的探测仪的100W发射机电路框图；

图7是本发明提供的探测仪的100W发射机AGC控制电路图；

图8是本发明提供的探测仪的100W发射机并推放大电路图；

图9是本发明提供的探测仪的100W发射机滤波器电路图；

图10是本发明提供的探测仪的100W发射机控制电压形成电路的原理图；

图11是本发明提供的探测仪的低能耗接收系统和控制系统框图；

图12是本发明提供的探测仪的嵌入式计算机系统框图；

图13是本发明提供的通道一致性处理流程图；

图14为本发明实施例的噪声估计示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供了一种便于架设，便于移动的，能用于探测海洋的风场，流场和浪场等动力学参数的便携式海洋探测仪，由于采用了小型天线，可以克服阵列天线因为造价高、占地面积较大、目标大，易于损毁，不容易找到理想的架设场地等问题。同时也是为了进一步提高在海边这种条件较差的环境里抗雷击、抗台风、抗盐雾、抗潮湿、抗霉菌、抗紫外线的能力。

图1是本发明提供的便携式海洋探测仪系统框图；它包括玻璃钢全密封发射天线1、全密封的交叉环接收天线2、与发射天线1连接的100W发射机3、与交叉环接收天线2连接的接收机4、和接收机相连的嵌入式计算机5，和嵌入式计算机相连的显示器6以及互联网7。

请参阅图3a、3b、3c和3d所示，发射天线1包括：基座、固设于基座上的壳体和内置于壳体的天线体1-2；所述基座包括具有一开口部1-8-1的第一固定底板1-8、用于固定壳体的底座1-7，所述底座1-7具有第二底板1-6，所述第二底板1-6的底部设有与所述开口部1-8-1相配合的密封部1-6-1，所述第一固定底板1-8和第二底板1-6通过一旋转部件1-10连接成整体。所述壳体包括高强度的玻璃钢外壳1-1以及用于固定玻璃钢外壳1-1的不锈钢套1-3；天线底座1-7的中空部设有通过电缆与发射机3或接收机4连接的电缆接头1-5；天线体1-2上设有长度可以调节的调节杆1-9，所述天线体上设有多个限位板1-11。具体地，其中的旋转部件1-10优选为转轴结构，包括设于第二底板1-6上的转轴1-10-1、对应设于第一固定底板1-8上的转轴盖板1-10-2。

具体地，图3a是本发明中的高强度发射天线体示意图，图中的高强度的玻璃钢外壳1-1、为了抗盐雾、抗潮湿、抗霉菌、抗紫外线，玻璃钢外壳是全密封的。图3a中的1-2是天线的辐射体，它由一根Ф12的紫铜管连接而成。图中的1-3是L316不绣钢管套，它上面和玻璃钢外壳连成一个整体，下面和机座通过密封圈连接，它的作用是使天线体和机座紧紧地连为一个整体，调试完后用环氧树脂胶密封，可以抵抗12-16级台风的吹摇，图中的1-4为一个法兰密封圈，起到连接和密封天线体的作用，图中的1-5为发射信号输入电缆连接器，通过它把发射机的输出信号和天线体连接起来，图中的1-7为加固的机座，1-6为方便架设的带密封圈的底板，图中的1-6和1-7组合起来，使整个天线体成为一个密封体，由于第二底板1-6相对于第一底板1-8可通过转轴转动，在架设天线时，可以先将天线固定于第二底板1-6上，再将第二底板1-6旋转直至与第一底板1-8固定，使得天线的架设更加容易。图中的第一底板1-8是天线的安装底板，它通过螺栓和大地紧紧连在一起。图中的1-9是天线的可调节部位。调节杆1-9的详细结构请参阅图3c所示，限位板1-11的结构请参阅图3d所示，其中，调节杆1-9包括与天线体1-2连接的铜丝杆1-9-1以及配合设于铜丝杆1-9-1上的锁紧螺母1-9-2；调节杆1-9上设有多个限位板1-11。

请参阅图4所示，所述交叉环接收天线体2包含高强度的玻璃钢外壳2－1、交叉环接收天线体2－2、单极子天线连接头2－3、环天线支架2－4、带密封圈的铝合金底板2－5、天线体托架2－6、连接天线输出的连接头2－7和环接收天线电路板2--8。发射和接收电缆通过底部的基座分别和发射机、接收机相连，发射机装在一个3U的机箱内，接收机和嵌入式工控机也装在一个3U的机箱内，接收机和发射机采用降耗设计，系统能耗控制在300瓦以内，在没有市电的海岛上，可以采用太阳能、风能互补供电的方式供电。

图4是本发明提供的全密封接收天线体结构示意图，图中的2-1是高强度的玻璃钢外壳，它的作用是保护内部的环天线体，图中的2-2是交叉环接收天线体，由于他们是正交放置，他和图中的2-3单极子天线组合后构成一个定向天线，它的方向函数为1， 图中的2-4是环天线的支架，起到固定环天线的作用。图中的2-5为铝合金底板，它和图中的2-1构成一个全密封的整体，图中的2-6为一个托架，他和接收天线的支杆相连接，图中的2-7为电缆连接头，图中的2-8是多频段、双频接收天线电路板，它把接收天线收到的信号送到接收机的输入端。

所述接收天线体2－8的具体电路如图5，它是一个多频段、可以双频工作的调谐放大电路。它的输入是空中的电磁波，输出和接收机的输入端相连，它的12v电源是用来调频段的，开关是用来切换双频工作的

请参阅图5所示，交叉环接收天线体2具有能够提供多频段并具有双频接收功能的天线体电路板2-8，所述天线体电路板2-8集成有依次连接的多频段控制电压形成电路2-8-1、双频切换控制电路2-8-2、调谐选频电路2-8-3、阻抗匹配电路2-8-4和放大输出电路2-8-5。图5是本发明提供的多频段、双频接收的天线体电路板2-8的电路图，其中，多频段控制电压形成电路2-8-1由RP3、RP4、C32、C33、R22、R23组成；双频切换控制电路2-8-2由开关K1、C34、R24组成；调谐选频电路2-8-3由L6、L7、D5、D6、L8组成；阻抗匹配电路2-8-4由L8、L9、C35组成；放大输出电路2-8-5由U16、C36、R25组成。

图6是本发明提供的100W发射机的框图；所述100W发射机3有3个输入信号，一个输出信号；3个输入信号的一路来自接收机里的频率合成器的RF信号和来自系统控制器的TP控制信号，还有一路来自嵌入式计算机，输出信号连接高强度全密封的发射天线1；100瓦发射机结构包括增益控制电路3－1、线性并联推挽放大电路3－2、滤波器电路3－3，控制电路3－4；所述增益控制电路3－1包含二个输入端口，其中一路来自系统接收机送出的射频输出RF，另一输入来自嵌入式计算机送出的AGC控制信号，该增益控制电路的输出端口与线性并联推挽放大电路3－2的输入端口相联；所述线性并联推挽放大电路3－2有5个输入端口和1个输出端口，一个来自48V的电源输入口，一个来自AGC电路的信号输入口，3个控制端口A、B、C分别来自控制形成电路，它的输出端口连接滤波器3－3；滤波器3－3有一个输入口，一个输出口，输入口来自电路3－2，输出口连接高强度全密封的发射天线1；所述控制电路3－4有2个输入端口和三个输出端口，2个输入端口中的一个是24V的电源口，另一个是来自接收机产生的TP脉冲信号，3个输出信号A、B、C用于连接线性并联推挽放大电路3－2中的A、B、C的3个点，用于控制各功率放大器件的加电或断电；

所述100W发射机包括AGC电路3-1、并推电路3-2、滤波器电路3-3、控制电路3-4、天线3-5。图中的3-1有2个输入，1个输出，其中AGC输入与嵌入式计算机输出的增益控制信号AGC相连，另一个输入RF与接收机输出的RF相连，该电路3-1的输出与并推线性放大电路3-2的输入相连。图中的3-2有4个输入，其中一路和图中的3-1的输出相连，另外3路和控制电路3-4相连，他有一个输出，它和滤波器电路3-3的输入相连。图中的3-3为滤波器电路，它有1个输入，1个输出，输入来自图中的3-2，输出和图中的3-5天线电路相连。图中的3-4为控制电路，它有1个输入信号，3个输出信号，输入信号来自雷达接收机的TP脉冲输出，输出信号分别和并推线性放大电路的三个控制点A点、B点、和C点相连。图中的3-5为天线，也就是和图3中的1-5相连。

图7是本发明提供的100瓦发射机AGC控制电路图，AGC电路由3个PIN管D1-D3及其相应的附属电路构成，C5为滤波电容，C1、C2、C3、C4等为耦合电容，雷达接收机送过来的射频脉冲RF信号经过C1，然后连接到由D1-D3组成的AGC电路的输入端，而AGC控制电压通过R1、R2、R3、R4加到AGC电路的控制输入端；当控制电压变化时，3个二级管的电阻跟着变化，从而使RF信号输出也跟着变化，以达到增益控制的目的；

图8是本发明提供的100瓦发射机并推放大电路图，该线性放大电路由U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8组成的三级放大电路以及三级控制电路，该线性放大电路由GALI74、MRF136、BLF278三种器件构成，第3级放大U5、U6、U7、U8采用并推电路构成，它可以提高电路的输出功率，使系统更加稳定。

通过AGC控制的RF信号经C4后加到U1的1脚，经U1放大后从3脚输出，L1、R5是U1的负载；U9、C20、C21、C22、L2是它的供电电路；U2是一级控制电路，信号经C6后从3脚输入，控制信号通过A点加到U2的4脚，受控信号从8脚输出；电源从1脚输入，5脚及C9和R6是它的匹配电路，C10、C23、C24、U10是它的供电电路，C8是滤波电路，C6、C7是它的输入和输出信号的耦合电路。

T1是一个阻抗匹配电路，受控信号通过C7加到T1的输入端1脚，而其输出信号经3脚5脚后加到加到第二级线性放大器U3,U4的输入端1脚；4脚是U3、U4偏压供电电路输入端，偏压供电电路有RP1,R7,C11组成，通过调节RP1可以改变U3、U4偏压的大小。

R8、R9、C12是U3、U4的输入阻抗匹配电路，U3、U4的输出分别从他们的3脚引出，接到阻抗匹配电路T2的1脚和3脚，

T2是一个阻抗匹配电路，控制信号通过图中的B点连接到T2的2脚，T2的1脚接U3的3脚，T2的3脚接U4的3脚，T2的4，5脚接第三级线性放大电路U5、U6、U7、U8、的输入端1脚；

U5、U6、U7、U8是第三级线性放大器,它是一级并联推挽放大电路，U5、U6、并联，U7、U8也并联，然后再组成推挽电路，输入信号通过T2的4、5脚加到U5、U6、U7、U8的1脚，放大后的信号分别从U5、U6、U7、U8的3脚输出送到T3的1脚和3脚，控制信号从图中的C点加入，经过一个温控开关T85后加到R10、R11的中点，C14、C15是滤波电容，C16、C17是匹配电容，C18、C19、L3是供电电路；

T3是一个阻抗匹配电路，它的输入信号来自U5、U6、U7、U8的3脚，输出的信号从4、5脚送出，通过滤波器后再送发射天线。

图9是本发明提供的发射机滤波器电路图，它的功能是降低电路的杂散信号输出，它由7节椭圆滤波器组成，它的输入JP3和图7的JP2相连，他的输出和天线相连。图中的L3、L4、L5和C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31组成相应的谐振电路，使系统的谐波达到-70dB以下。

图10是本发明提供的发射机控制电压形成电路的原理图，该电路由三部分组成，分别产生3路控制信号送到线性放大的3个控制端A、B、C；第一部分信号通过一个分压电路后连接到控制端A点，控制电子开关U1的接通和断开。第二部分信号通过控制电路连接到控制端B点，控制U3、U4的电源接通和断开。第三部分信号也是通过一个分压电路连接到控制端C点，控制U5、U6、U7、U8的偏压的接通和断开。

第一路由R17、R18组成，控制信号TP通过JP5连接头输入，经R17、R18分压后送到A点，并经A点连接到线性放大器的A点；

第二路控制电路由U11、U12、U13、U14、R12、R13、R14、R15组成，信号TP脉冲通过JP5连接头经R12输入到U11的基极，从而使U11、U12、U13、U14饱和导通，产生一个控制信号并通过B点提供给第二级线性放大电路的B点；

第三路由R16、RP2R19、R20、R21、U15、D4组成，信号TP通过JP5连接头输入，经R16、RP2分压后送到U15输入端3脚，通过U15进行放大，U15是一个运算放大器，2脚是它的另一个输入端，它接在R19、R20、的连接处，6脚接电源，5脚通过D4接输出并经C点连接到图7线性放大器的C点。

图11是本发明提供的接收系统和控制系统框图，所述接收机4有4个输入信号和4个输出信号，四个输入信号中的3个来自3组天线A1、A2、A3，另外一路来自系统时钟1和系统时钟2。4个输出信号中的TB送环天线，TP送100W发射机3；接收机4包含3个模拟通道、3个数字通道、频率综合器、系统控制模块；所述的每个模拟通道有3个输入和1个输出，3个输入中的1个来自接收天线A，一个来自频率合成器的LO，还有个来自系统控制模块；模拟通道里包含有低噪放大器、变频器、和窄带晶体滤波器。所述的数字通道有2个输入和1个输出，2个输入中的1个来自模拟通道，一个来自频率综合器，1个输出信号信号通过USB口送嵌入式计算机。数字通道内包含有14位的高速AD，数据处理芯片DSP，双口RAM芯片，和USB芯片。他们的作用是对模拟通道送来的21.4MHz的中频信号进行带通采样，然后对采样的数据进行预处理后，再进行第一次FFT变换，提取回波信号的距离信息，最后送到USB芯片，通过USB接口送嵌入式计算机。所述的系统控制模块由1个FPGA芯片及相关电路组成，它有一个输入信号和7个输出信号，其中有3个TB信号送模拟通道，1个TP信号送100W发射机，1个60KHz的信号送数字通道作为采用保持信号，还有1个TB信号送环天线，1个TB信号送频率综合器。它的作用是控制整个系统按照规定的时序运转。所述的频率综合器是由DDS芯片及相关的电路组成，它有1个输入信号即系统时钟2，它为DDS芯片提供120MHz的触发信号，它有7个输出信号，它为模拟通道提供3个本振LO信号，为100W发射机提供1个RF信号为数字通道提供3个触发信号，他们是一个相关的频率源。所述的系统时钟是一个恒温晶体震荡器，它产生一个标准的相干的频率源。

图12是本发明提供的嵌入式工控机功能框图，所述的嵌入式计算机是一个经过特殊设计的小型计算机，它能满足探测仪的所有的工作要求，又能在严酷的环境下工作，它和显示器相连，通过USB接口和数字通道相连，通过网卡和互联网或和专网相连。它的作用是通过软件控制整个系统，通过软件处理相关的信息，通过软件为管理部门提供需要的探测结果

图13是本发明提供的通道一致性处理流程图；由于地理环境因素影响，必须对两个环天线通道与单极子通道之间的幅度相位失配进行估计和自动校正，使三个天线通道的方向响应尽可能保持理想特性。

对来自交叉环、单极子天线的3个天线阵元的电压时间序列，采用先分距离、再分频率的方法，经两次傅立叶变换得到复数频率谱，记为V_i(ω)，i＝1,2,3分别代表余弦环、正弦环、单极子天线。考虑到环与单极子之间相位和幅度的不匹配，需要对V₁(ω)和V₂(ω)分别乘以一个复修正因子和其中a₁和a₂分别表示两个环与单极子之间的幅度不匹配因子，θ₁和θ₂表示相位不匹配因子。它们之间的关系满足下式：

$|V_3\left(\mathrm{\ω}\right){|}^2=\frac{|r_1\left(\mathrm{\ω}\right){|}^2}{a_1^2}+\frac{|V_2\left(\mathrm{\ω}\right){|}^2}{a_2^2}$

不同距离元对应的海洋回波多普勒谱在布拉格频率附近的谱点都满足上式，用最小二乘法处理可以得到振幅不匹配因子。

因为单极子天线是各向同性的，回波多普勒谱在布拉格频率附近的相位起伏很小，其均值可以反映天线之间的相位不匹配情况，这样，需要对不同距离元、不同频率上的互谱V₁(ω)V₂ ^*(ω)、V₁(ω)V₃ ^*(ω)的相角进行统计分析，取布拉格频率附近且信噪比较高的互谱数据，采用平滑取中值的方法就可以得到相位修正因子。算法流程如图13所示。

具体步骤如下：

高能谱点筛选

设第c个通道第m个距离元上的时间序列为

$x_c^m\left(n\right)=d\[c\]\[m\]\[n\],n=0,\mathrm{...},N-1$

其中c＝0、1、2分别代表单极子、余弦、正弦天线通道，m为基本距离元编号，N为参与相干积累的扫频脉冲数。对三个通道序列进行加窗FFT变换，得到k＝0,…,N-1。

计算单极子功率谱为k＝0,…,N-1。给定相对于Bragg频率的噪声范围参数(例如取1.5，则表示布拉格频率1.5倍之外作为噪声统计区间)，估计噪声功率P_N，如图14所示。

然后，根据给定的高能频点检测门限，计算高频频点信号功率判决门限，搜索高能频点，并计算相应频点上的两个环天线通道相对于单极子通道的功率比与相位差。

二次筛选：利用直方图统计分析法，得到相差序列主值区间。用主值区间中的谱点(即认为是单到达角谱点)计算相位校正值，同时剔除区间外的谱点。

对二次筛选出的谱点称为有效谱点，对功率比和相位差分别做平均即可作为幅度和相位修正系数。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于探测海洋动力学参数的便携式海洋探测仪，其特征在于，该探测仪包括玻璃钢全密封发射天线（1）、全密封的交叉环接收天线（2）、与发射天线（1）连接的发射机（3）、与交叉环接收天线（2）连接的接收机（4）、与接收机（4）连接的嵌入式计算机（5）、以及均与嵌入式计算机（5）连接的显示器（6）和局域网（7）；其中，所述发射天线包括：基座、固设于基座上的壳体和内置于壳体的天线体（1-2）；所述基座包括具有一开口部（1-8-1）的第一固定底板（1-8）、用于固定壳体的底座（1-7），所述底座（1-7）具有第二底板（1-6），所述第二底板（1-6）的底部设有与所述开口部（1-8-1）相配合的密封部（1-6-1），所述第一固定底板（1-8）和第二底板（1-6）通过一旋转部件（1-10）连接成整体。

2.按权利要求1所述的便携式海洋探测仪，其特征在于，所述壳体包括高强度的玻璃钢外壳（1-1）以及用于固定玻璃钢外壳（1-1）的不锈钢套（1-3）；所述天线底座（1-7）的中空部设有通过电缆与发射机（3）或接收机（4）连接的电缆接头（1-5）；天线体（1-2）上设有长度可以调节的调节杆（1-9），所述天线体（1-2）上设有至少一个限位板（1-11）。

3.按权利要求1所述的便携式海洋探测仪，其特征在于，所述交叉环接收天线体（2）包含高强度的玻璃钢外壳（2-1）、交叉环接收天线体（2-2）、单极子天线连接头（2-3）、环天线支架（2-4）、带密封圈的铝合金底板（2-5）、天线体托架（2-6）和连接天线输出的连接头（2-7），以及具有能够提供多频段并具有双频接收功能的天线体电路板（2-8）。

4.按权利要求3所述的便携式海洋探测仪，其特征在于，所述交叉环接收天线体（2）具有能够提供多频段并具有双频接收功能的天线体电路板（2-8），所述天线体电路板（2-8）集成有依次连接的多频段控制电压形成电路（2-8-1）、双频切换控制电路（2-8-2）、调谐选频电路（2-8-3）、阻抗匹配电路（2-8-4）和放大输出电路（2-8-5）。

5.按权利要求1所述的便携式海洋探测仪，其特征在于，所述发射机（3）有四个输入信号，一个输出信号；四个输入信号分别来自供电系统、接收机的RF信号、接收机的TP信号以及嵌入式计算机（5）送出的AGC控制信号，输出信号连接发射天线（1）；所述发射机（3）包括增益控制电路（3-1）、线性并联推挽放大电路（3-2）、滤波器电路（3-3）和控制电路（3-4）。

6.按权利要求5所述的便携式海洋探测仪，其特征在于，所述增益控制电路（3-1）包括二个输入端口，分别接收来自接收机（4）送出的射频输出RF、和来自嵌入式计算机（5）送出的AGC控制信号；所述增益控制电路（3）的输出端口与所述线性并联推挽放大电路（3-2）的输入端口相联。

7.按权利要求5所述的便携式海洋探测仪，其特征在于，所述线性并联推挽放大电路（3-2）包括五个输入端口和一个输出端口，其中，五个输入端口分别与来自48V的电源输入口、来自AGC电路的信号输入口、控制电路（3-4）的控制信号输出端口A、控制电路（3-4）的控制信号输出端口B和控制电路（3-4）的控制信号输出端口C连接，一个输出端口与滤波器电路（3-3）连接；滤波器电路（3-3）包括一个输入口和一个输出口，其中，输入口与线性并联推挽放大电路（3-2）连接，输出口与发射天线（1）连接。

8.按权利要求5所述的便携式海洋探测仪，其特征在于，所述控制电路（3-4）包括两个输入端口和三个输出端口，其中，两个输入端口中的一个是24V的电源口，另一个接收来自接收机（4）产生的TP脉冲信号；三个输出端口分别与线性并联推挽放大电路（3-2）的三个输入端口一一对应连接，三个输出端口分别输出控制信号A、控制信号B和控制信号C，用于控制各功率放大器件的加电或断电。

9.按权利要求1所述的便携式海洋探测仪，其特征在于，所述接收机（4）具有四个输入信号和四个输出信号，其中，四个输入信号中一路来自供电系统，另外三路来自交叉环接收天线（2）；四个输出信号中的TB信号发送至交叉环接收天线（2），TP信号发送至发射机（3-4）；所述接收机（4）包括三个模拟通道（4-1）、三个数字通道（4-2）、频率综合器（4-3）、系统控制模块（4-4）、USB接口（4-5）和系统时钟（4-6）；模拟通道（4-1）有四个输入信号和三个输出信号，四个输入信号中的三个来自交叉环接收天线（2），一个来自频率合成（4-4）；数字通道（4-2）有4个输入和3个输出，4个输入中的3个来自模拟通道（4-1），一个来自频率综合器（4-3）；数字通道（4-2）有六个输入信号和一个输出信号，六个输入信号中的三个分别来自三个模拟通道（4-1），另外三个来自频率综合器（4-3）；三个输出信号分别发送至USB接口（4-5）的输入端，再经USB接口（4-5）输出至嵌入式计算机（5）。

10.按权利要求1所述的便携式海洋探测仪，其特征在于，所述嵌入式计算机（5）包括：

FFT模块，滤波模块，计算模块，输出模块，和一致性处理单元；FFT模块用于对来自接收机（4）的数字通道中的DSP芯片送来的径过了第一次FFT的距离谱信号进行第二次离散傅氏变换以获得具有多普勒频率信息的回波信号；

与FFT相连的滤波模块，用于降噪处理，去掉高能谱点；

与滤波模块相连的计算模块，用于根据其多普勒频率信息进行计算以获得对应风、浪、流等动力学参数；

与计算模块相连的输出模块，用于将含有对应风、浪、流动力学参数的计算结果发送至显示屏（6）和/专网或互联网（7）。

11.按权利要求10所述的便携式海洋探测仪，其特征在于，所述滤波模块还包括一致性处理单元。