CN107526077A - 一种便携式高频地波雷达浪高反演方法 - Google Patents

一种便携式高频地波雷达浪高反演方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107526077A
CN107526077A CN201710698408.4A CN201710698408A CN107526077A CN 107526077 A CN107526077 A CN 107526077A CN 201710698408 A CN201710698408 A CN 201710698408A CN 107526077 A CN107526077 A CN 107526077A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wave
order
radar
ratio
high frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710698408.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107526077B (zh
Inventor
王才军
田震
文必洋
王思捷
赵久瑞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Original Assignee
Wuhan University WHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN201710698408.4A priority Critical patent/CN107526077B/zh
Publication of CN107526077A publication Critical patent/CN107526077A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107526077B publication Critical patent/CN107526077B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/882—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for altimeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种便携式高频地波雷达浪高反演方法，首先对两个单极子交叉环进行通道校准，然后采用传统的Barrick方法，在近距离元处获得浪高反演结果；接着求取雷达一二阶峰的比值，并且采用MUSIC算法定向；最后采用Barrick方法得到的浪高作为基准对一二阶峰比值进行拟合，得到雷达的最终输出浪高。本发明提高了浪高的测量精度与测量距离；与普通的一二阶峰比值的算法相比，本发明不需要浮标、卫星等先验信息求取拟合系数，使得能够实时地获取浪高和浪场。

Description

一种便携式高频地波雷达浪高反演方法
技术领域
本发明属于高频地波雷达技术领域，涉及一种便携式高频地波雷达浪高反演方法，具体涉及一种基于一二阶峰比值与浪高之间的线性关系求取浪高且采用传统Barrick浪高反演算法作为拟合基准的浪高反演方法。
背景技术
高频地波雷达因其超视距、全天时、全天候、大面积、高精度等特点，广泛应用于流场、浪高谱、风信息等海洋表面参数的反演。便携式高频地波雷达采用单极子交叉环作为接收天线，极大地减小了对架设场地的要求，简化了安装与维护。高频地波雷达的实时流场的提取算法已经趋于成熟，并且得到了大量的商业化应用。但是，浪高的反演仍然停留在传统的Barrick浪高反演算法上面，反演精度比较低，同时便携式高频地波雷达还存在一二阶回波谱划分困难、波束太宽而不能形成精度较高的浪场等一系列问题。近年来，有学者提出了基于一二阶峰比值法提取浪高的方法，利用了一二阶峰比值和浪高的线性关系反演浪高，但是该方法需要浮标数据作为拟合基准，求取拟合系数，需要提供浪高的先验信息，实时性比较差。因此，急需提供一种高精度的高频地波雷达浪高反演算法，特别是针对便携式高频地波雷达的算法，以满足实时性和高精度的浪高利用场合。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种便携式高频地波雷达浪高反演方法，以提高浪高测量的实时性和精度，并且规避利用浮标等先验信息。
本发明所采用的技术方案是：一种便携式高频地波雷达浪高反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对两个单极子交叉环进行通道校准；
步骤2：采用传统的Barrick方法，在近距离元处获得浪高反演结果；
步骤3：求取雷达一二阶峰的比值，并且采用MUSIC算法定向；
步骤4：以步骤2的结果作为拟合基准，对步骤3得到的一二阶峰比值进行拟合，得到雷达的最终输出浪高。
与现有的技术相比，本发明的优势在于：
1、采用MUSIC算法定向，与传统的Barrick方法相比，能够得到更高的方位分辨率，有利于高精度浪场的反演；
2、利用一二阶峰比值与浪高的线性关系反演浪高，具有更高的浪高反演精度和更远的测量范围，有利于大范围的浪高反演；
3、采用Barrick的传统理论在近距离元处高精度反演浪高，作为一二阶峰比值法的拟合基准，求得拟合系数，以解决普通一二阶峰比值法对于浪高先验信息的依赖，提高浪高反演的实时。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图；
图2是本发明实施例的单极子交叉环天线的波束形成示意图；
图3是本发明实施例的一二阶谱划分示意图；
图4是本发明实施例的一二阶谱点匹配对选取示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图与实施例，对本发明做更加详细的说明，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1，本发明提供的一种便携式高频地波雷达浪高反演方法，包括以下步骤：
步骤1：对两个单极子交叉环进行通道校准；
对两个单极子交叉环进行通道校准，是采用无源校准方式，直接从海洋回波中提取校准值；以单极子为参考，计算单极子交叉环的环A、环B两通道的通道校准值，并且将计算得到的通道校准补偿到环A和环B的通道的数据里面。
通道校准的具体实施过程为：对于单极子交叉环三通道得到的数据，选取所有信噪比高于8dB的点，分别计算环A和环B这些点的相对于单极子通道这些点的幅度和相位差，将所求的所有幅度和相位差采用均值法处理后，得到的即为环A和环B相对于单极子通道的幅度、相位校准值。将环A和环B的幅度和相位校准值分别补偿到对应的数据里面，实现通道校准。
步骤2：采用传统的Barrick方法，在近距离元处获得浪高反演结果；
具体实现包括以下子步骤：
步骤2.1：采用波束形成算法，将单极子交叉环天线三通道的数据进行合成，指向雷达的正前方；
波束形成的具体实施过程为：如图2所示，单极子交叉环天线的单极子通道是一个全向天线，方向图为外围的虚线圆；环A和环B的方向图为图中的虚线八字形，两者呈90°相位差；通过对三通道的数据加权求和，实现波束形成。单极子、环A和环B三通道的加权系数为分别为1，其中θ为波束指向，图2中θ＝0，即波束指向0°。通过波束形成算法，实现天线波数的定向，以实现对固定海域的测量。
步骤2.2：对波束形成后的回波谱进行划分，得到一阶峰区域和二阶谱区域；
回波谱划分的具体实施过程为：选取雷达第四个距离元的多普勒谱作为计算浪高的数据样本。先通过统计归一化频谱上[-1.5,-0.5]和[0.5,1.5]两个区间信号加和的大小，确定正负一阶峰的强度。如图3所示的多普勒普，[-1.5,-0.5]区间信号比较强，因此选择负一阶峰进行浪高提取。之后，求[-1.5,-0.5]之间的最大值，从最大值点往左右搜索，遇到各自的第一个功率小于噪底功率加10dB的点，即作为各自的一阶峰区域边界点。二阶谱区域和一阶峰区域共用一个边界，即二者相邻的那个边界。二阶谱的另外一个边界，通过对多普勒谱点进行5点平滑，求第一个功率小于噪底功率加3dB的点作为二阶谱的另外一个边界。最终的划分结果如图3所示。
其中，回波谱划分算法中的噪底，通过对多普勒谱点最左边和最右边100个谱点求均值得到。
步骤2.3：对一阶峰和二阶谱进行积分，得到两者的能量，通过二阶峰能量比一阶峰能量，求得浪高值。
通过积分法求取浪高的具体实施过程为：将划分得到的一阶峰区域和二阶峰区域，分别做积分，通过公式得到浪高的估计值，其中，s2(ω)为二阶谱，se1和se2为二阶谱的边界，w(η)为权重，此处取固定值3，s1(ω)为一阶峰，fr1和fr2为一阶峰的边界，k0为雷达波矢。
步骤3：求取雷达一二阶峰的比值，并且采用MUSIC算法定向；
具体实现包括以下子步骤：
步骤3.1：划分单极子交叉环个三通道的一阶峰区域；
一二阶峰比值法的回波谱划分和传统Barrick方法的回波谱划分方法一致。
步骤3.2：对于一阶峰区域内的点，采用MUSIC算法确定信号的来波方向；
一阶峰点定向的具体实施过程为：选取三通道同一个频点的信号，构建3*1数据矩阵，再求该矩阵的协方差矩阵，通过对协方差矩阵进行特征分解，选取小特征值对应的特征向量作为噪声子空间，通过公式求MUSIC谱，取谱图的最大值对应的来波方向作为该信号的来波方向，其中，a(θ)为阵列导向矢量，uN为干扰子空间。
步骤3.3：步骤3.2得到的每一个点，在归一化的多普勒谱上面，平移0.4，得到其对应的二阶谱点，即得到一对匹配对；
选取二阶谱点的具体实施过程为：对于每一个一阶峰点，将其在归一化多普勒谱上平移0.4(若正一阶峰强，则加0.4，若负一阶峰强，则减0.4)，得到对应的二阶谱点；如图4所示。
步骤3.4：将所有的匹配对的能量做比，得到一二阶峰的比值。
求一二阶谱点能量比的具体实施过程为：将所有的一二阶谱点的匹配对，用一阶峰能量比二阶峰能量，得到一二阶谱点能量比。
步骤4：以步骤2的结果作为拟合基准，对步骤3得到的一二阶峰比值进行拟合，得到雷达的最终输出浪高。
对步骤3得到的一二阶峰比值进行拟合，是采用一次拟合实现的；数据拟合的具体实施过程为：对于所需测量的海域，计算该海域相对于雷达的方位角和距离，筛选出满足该方位角和距离的一二阶谱点能量比值，作为被拟合对象，采用传统Barrick方法得到的浪高值作为拟合基准，通过一次多项式拟合，实现浪高的求取。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种便携式高频地波雷达浪高反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对两个单极子交叉环进行通道校准；
步骤2：采用传统的Barrick方法，在近距离元处获得浪高反演结果；
步骤3：求取雷达一二阶峰的比值，并且采用MUSIC算法定向；
步骤4：以步骤2的结果作为拟合基准，对步骤3得到的一二阶峰比值进行拟合，得到雷达的最终输出浪高。
2.如权利要求1所述的便携式高频地波雷达浪高反演方法，其特征在于：步骤1中所述对两个单极子交叉环进行通道校准，是采用无源校准方式，直接从海洋回波中提取校准值；以单极子为参考，计算单极子交叉环的环A、环B两通道的通道校准值，并且将计算得到的通道校准补偿到环A和环B的通道的数据里面。
3.如权利要求1所述的便携式高频地波雷达浪高反演方法，其特征在于，步骤2的具体实现包括以下子步骤：
步骤2.1：采用波束形成算法，将单极子交叉环天线三通道的数据进行合成，指向雷达的正前方；
步骤2.2：对波束形成后的回波谱进行划分，得到一阶峰区域和二阶谱区域；
步骤2.3：对一阶峰和二阶谱进行积分，得到两者的能量，通过二阶峰能量比一阶峰能量，求得浪高值。
4.根据权利要求1或3所述的便携式高频地波雷达浪高反演方法，其特征在于：步骤2中用Barrick方法处理的数据，是第四个距离元的数据。
5.如权利要求1所述的便携式高频地波雷达浪高反演方法，其特征在于，步骤3的具体实现包括以下子步骤：
步骤3.1：划分单极子交叉环个三通道的一阶峰区域；
步骤3.2：对于一阶峰区域内的点，采用MUSIC算法确定信号的来波方向；
步骤3.3：步骤3.2得到的每一个点，在归一化的多普勒谱上面，平移0.4，得到其对应的二阶谱点，即得到一对匹配对；
步骤3.4：将所有的匹配对的能量做比，得到一二阶峰的比值。
6.根据权利要求1所述的便携式高频地波雷达浪高反演方法，其特征在于：步骤4中，对步骤3得到的一二阶峰比值进行拟合，是采用一次拟合实现的。
CN201710698408.4A 2017-08-15 2017-08-15 一种便携式高频地波雷达浪高反演方法 Expired - Fee Related CN107526077B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710698408.4A CN107526077B (zh) 2017-08-15 2017-08-15 一种便携式高频地波雷达浪高反演方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710698408.4A CN107526077B (zh) 2017-08-15 2017-08-15 一种便携式高频地波雷达浪高反演方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107526077A true CN107526077A (zh) 2017-12-29
CN107526077B CN107526077B (zh) 2019-09-10

Family

ID=60681239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710698408.4A Expired - Fee Related CN107526077B (zh) 2017-08-15 2017-08-15 一种便携式高频地波雷达浪高反演方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107526077B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109085556A (zh) * 2018-08-30 2018-12-25 武汉大学 一种基于一二阶峰比值的高频地波雷达浪场形成方法
CN109143193A (zh) * 2018-08-30 2019-01-04 武汉大学 一种基于二阶峰的高频地波雷达浪场反演方法
CN110726986A (zh) * 2018-06-29 2020-01-24 三星电子株式会社 用于操作雷达的方法和装置
CN111352083A (zh) * 2020-01-17 2020-06-30 武汉大学 一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法及装置
CN111751797A (zh) * 2020-06-10 2020-10-09 南昌大学 一种基于方位角的高频地波雷达一阶和二阶回波谱分界线确定方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102707270A (zh) * 2012-06-18 2012-10-03 武汉大学 高频地波雷达相对天线方向图自动估计方法
US20140141815A1 (en) * 2006-12-07 2014-05-22 Digimarc Corporation Systems and methods for locating a mobile device within a cellular system
CN104749563A (zh) * 2015-03-26 2015-07-01 武汉大学 从高频地波雷达海洋回波一阶Bragg谐振峰中提取浪高的方法
CN105204011A (zh) * 2015-09-15 2015-12-30 武汉大学 一种高频地波雷达形成浪场的方法
CN105334506A (zh) * 2015-11-16 2016-02-17 武汉大学 一种基于雷达回波中线谱强度估计海面风速的方法和装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140141815A1 (en) * 2006-12-07 2014-05-22 Digimarc Corporation Systems and methods for locating a mobile device within a cellular system
CN102707270A (zh) * 2012-06-18 2012-10-03 武汉大学 高频地波雷达相对天线方向图自动估计方法
CN104749563A (zh) * 2015-03-26 2015-07-01 武汉大学 从高频地波雷达海洋回波一阶Bragg谐振峰中提取浪高的方法
CN105204011A (zh) * 2015-09-15 2015-12-30 武汉大学 一种高频地波雷达形成浪场的方法
CN105334506A (zh) * 2015-11-16 2016-02-17 武汉大学 一种基于雷达回波中线谱强度估计海面风速的方法和装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李伦: "高频地波雷达海洋动力学参数反演与应用方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110726986A (zh) * 2018-06-29 2020-01-24 三星电子株式会社 用于操作雷达的方法和装置
CN109085556A (zh) * 2018-08-30 2018-12-25 武汉大学 一种基于一二阶峰比值的高频地波雷达浪场形成方法
CN109143193A (zh) * 2018-08-30 2019-01-04 武汉大学 一种基于二阶峰的高频地波雷达浪场反演方法
CN109143193B (zh) * 2018-08-30 2023-04-18 武汉大学 一种基于二阶峰的高频地波雷达浪场反演方法
CN111352083A (zh) * 2020-01-17 2020-06-30 武汉大学 一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法及装置
CN111352083B (zh) * 2020-01-17 2022-04-01 武汉大学 一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法及装置
CN111751797A (zh) * 2020-06-10 2020-10-09 南昌大学 一种基于方位角的高频地波雷达一阶和二阶回波谱分界线确定方法
CN111751797B (zh) * 2020-06-10 2024-01-02 南昌大学 一种基于方位角的高频地波雷达一阶和二阶回波谱分界线确定方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107526077B (zh) 2019-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107526077A (zh) 一种便携式高频地波雷达浪高反演方法
CN105445708B (zh) 一种极化合成孔径雷达的定标方法
CN105259552B (zh) 一种基于非线性调频信号的合成孔径雷达成像方法和装置
EP3254133B1 (en) Direction finding using signal power
CN103308909B (zh) 基于多参数交替搜索的米波雷达低仰角测高方法
CN105445709B (zh) 一种稀布阵列近场无源定位幅相误差校正方法
CN108120967B (zh) 一种平面阵列doa估计方法及设备
CN105629206B (zh) 导向矢量失配下的机载雷达稳健空时波束形成方法及系统
US20110187584A1 (en) Method for Suppressing Clutter in Space-Time Adaptive Processing Systems
CN104375115B (zh) 极化敏感阵列下非圆信号doa与极化参数联合估计方法
CN103383452A (zh) 分布式阵列目标到达角估计方法
CN107340499A (zh) 基于协方差矩阵重建的稳健低副瓣波束形成方法
CN108445486A (zh) 基于协方差矩阵重建和导向矢量修正的波束形成方法
CN107561502A (zh) 一种便携式高频地波雷达射频干扰抑制方法
CN104615854A (zh) 一种基于稀疏约束的波束展宽和旁瓣抑制方法
CN103983952A (zh) 一种非圆信号双基地mimo雷达低复杂度收发角度联合估计方法
CN105929384B (zh) 基于十字阵发射圆环阵接收的联合低旁瓣多波束形成方法
CN102707270B (zh) 高频地波雷达相对天线方向图自动估计方法
Li et al. Dual-function radar-communication system aided by intelligent reflecting surfaces
CN103901416A (zh) 一种基于稳健主成分分析法的多通道杂波抑制方法
CN110954861A (zh) 一种基于增强型嵌套阵列的doa估计方法
CN106646529A (zh) 一种基于多波束优选的gnss天线阵抗干扰方法
CN104076337B (zh) 基于阵元幅相误差校正的机载雷达杂波抑制方法
CN103983959A (zh) 基于数据重构的sar系统运动目标径向速度估计方法
CN103885052A (zh) 一种宽幅全极化星载sar的极化回波分离方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190910

Termination date: 20210815