CN113253213A - 高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于雷达通信技术领域，公开了一种高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法及系统，包括：搭建基于高频地波雷达的电离层回波录取系统；原始数据的采集和处理；幅度与相位误差校正。本发明由磁天线和鞭天线共同组成的准L型阵列作为高频地波雷达系统的接收天线阵列；为了提高雷达的测角精度，采用阵列校正中的特征结构算法对接收阵列的幅度相位误差进行补偿。本发明使用准L型阵列接收，采用切比雪夫窗函数对其进行幅度加权，旁瓣抑制可达到20dB，可在实际系统中使用，且该接收阵列结构并不复杂，适合工程实践；采用较为简单的特征结构法的运行时间短，方便快捷，对接收天线阵列进行通道补偿，在一定程度上提高了雷达测角精度。
Description
技术领域
本发明属于雷达通信技术领域，尤其涉及一种高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法及系统。
背景技术
目前，高频地波雷达(HFSWR)又称为高频表面波雷达，在军事和民用上有着长足的发展。在军事领域，高频地波雷达凭借其超视距探测、全天候工作及覆盖范围广的特点，能对远距离海面船只目标和低空飞行器目标的行动轨迹进行预先警戒，为国防边境安全做出了巨大的贡献。而在民用上，高频地波雷达能实现对海态环境、洋流变化进行实时监测，为人们的生产生活提供了巨大的便利。
但在高频地波雷达系统中，发射天线辐射的能量不是沿着海平面传播，也会有部分能量泄漏到天空方向，且部分电波经电离层反射后会被雷达接收机接收，形成干扰目标信号的电离层回波。电离层回波具有非平稳、覆盖范围广、时变性高等特征，几乎可以淹没高频地波雷达100公里以上的探测目标，严重影响了高频地波雷达对海探测的性能。抑制电离层回波的干扰通常需要获取电离层回波的某些参数及相关特征，如电离层回波的位置信息等。因此，获取电离层回波的空间分布特性是高频地波雷达的研究重点。了解电离层回波的空间分布特性可以更好地抑制电离层回波的干扰，使高频地波雷达更好地实现超视距探测。
目前获取电离层回波的空间分布特性最为常见的手段是采用电离层探测仪，其原理是通过设备发射电磁波信号，电波经过电离层反射回到接收设备，从而分析获取电离层的先验参数及结构特征。现在较常见的电离层探测器有垂直探测仪、斜向探测器、返回散射探测器、非相干散射雷达、相干散射雷达以及地基GNSS观测设备等。其中，垂直探测、斜向探测和返回散射探测是高频系统最常应用的三种电离层探测手段。
垂直探测仪的探测原理：将无线电波从地面朝天顶方向发射到电离层，并在同一地点探测仪接收回波信号，计算出频率连续改变的信号在探测仪和电离层之间传播的时间(称为时延)，进而得出等效反射高度(即电离层虚高)随着频率变化的函数曲线图。上个世纪80年代，美国率先研制出了数字化电离层垂测装置256系统。直至90年代，另一种更先进的便携式数字电离层垂直探测设备开始从美国出口。现如今，美国、俄罗斯和中国等国家都有各自的数字电离层垂测仪产品，在性能上大致接近。目前，我国在北京、长春、青岛、厦门等城市增设了垂测站，组网建立成中国电离层垂直探测网。
电离层斜向探测原理：将无线电波沿倾斜路径从发射机发出，经电离层反射一次的回波信号由指定接收地接收，然后通过计算发射信号和接收信号的时延以及回波频率从而推导出电离层的状态及特性参数。斜向探测装置是收发分置的斜向探测设备，其发射地点和接收地点均是固定位置。目前我国在首都附近城市分别建立了多个斜测站，用于接收我国其他城市垂测站发射的信号，并提供实时监测的电离层数据信息。
返回散射探测的原理：将无线电波沿着倾斜的路径发射到电离层，经电离层和地平面之间反复反射的回波信号被系统接收。要得到大面积电离层回波空间分布特性的整体评估，最有效的技术是返回散射探测。国内武汉大学在电离层探测这一领域已经进行了很长时间的探索和研究，其研制的斜向返回单站雷达WIOBSS已成功完成了电离层斜向返回探测的试验。
理论上，通过射线追踪技术反演高频地波雷达工作体制下无线电波空间中的传播路径图，表明高频地波雷达可以利用返回散射探测的原理，实现对电离层回波方位进行估计。
构建高频地波雷达系统常见的探测接收阵一般是线阵和面阵，其中L型天线阵列因为能测二维角度、结构简单、处理方便、可以取互相关等优势常作为接收阵列。但是，构建探测电离层的高频地波雷达系统时，若采用L型天线阵列，在水平和俯仰二维具有一定的角度分辨力，但因为平面的排布方式使L型阵列的旁瓣抑制效果不理想，达到了-6dB，在实际中无法工程应用。因此，急需一种新的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：构建探测电离层的高频地波雷达系统时，若采用L型天线阵列，在水平和俯仰二维具有一定的角度分辨力，但因为平面的排布方式使L型阵列的旁瓣抑制效果不理想，达到了-6dB，在实际中无法工程应用。
解决以上问题及缺陷的难度为：L型天线是目前获取二维信息常用的天线阵列，在保证构造合理简单下，找到合适的排布和恰当的天线类型，且可以在水平和俯仰二维具有一定的角度分辨力，需要一定的创新思维和多次理论仿真和实地应用实验。
解决以上问题及缺陷的意义为：若L型阵列旁瓣抑制不理想的情况得到改善，则工程中可以利用构造简单的面阵实现二维角度分辨。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法及系统。
本发明是这样实现的，一种高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法，所述高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法包括以下步骤：
步骤一，搭建基于高频地波雷达的电离层回波录取系统；搭建基于高频地波雷达的电离层回波录取系统，为电离层回波信息的获取提供基础平台；
步骤二，系统的发射机发射高频信号，接收机利用准L型接收天线阵接收回波信号；原始数据的采集和处理，获取电离层回波信号在水平和俯仰二维的空间分布特性；
步骤三，数据处理工作站对回波信号进行原始数据的采集和处理，其中幅度加权采用切比雪夫窗函数，并利用特征结构法做误差校正。幅度与相位误差校正，对实际工程中的幅度误差和相位误差进行处理，提高测量精度。
进一步，步骤一中，所述基于高频地波雷达的电离层回波录取系统由发射机、发射天线、接收机、接收天线、系统控制及数据处理工作站、显示终端组成。
进一步，所述发射机控制端设置好波形参数，由激励信号发生器产生雷达发射信号，功率放大器再将信号不失真放大到控制端选定的额定功率，并通过发射天线将电磁波辐射出去。发射波形遇到目标后，后向散射回波信号，由接收天线阵列接收，最后通过数据处理工作站对获取的回波信号进行信号处理。
进一步，步骤一中，所述高频地波雷达系统接收天线采用准L型接收天线阵列，所述准L型接收天线阵列由两个均匀线阵组成，分别对水平和俯仰维进行信号接收。
进一步，以天线Y阵列顶端天线单元，即与天线X阵列并列的天线单元为原点，建立直角坐标系，海岸线沿Y轴设定，面向海面方向为X轴正半轴，天顶方向为Z轴正半轴，天线X阵列和天线Y阵列分别位于X轴负半轴和Y轴负半轴，法向都垂直于地面指向天顶方向。
进一步，所述Y轴天线是沿海岸线平行布放4个鞭天线单元，法线与Y轴垂直，相对于海面方向，所述天线对电离层回波的方位向有较好的分辨率，对俯仰向不具备分辨能力；
所述X轴天线是与海岸线垂直布放4个磁性天线单元，法线与X轴垂直，相对于海面方向，所述天线对电离层回波的俯仰向有较好的分辨率，对方位向不具备分辨能力。
进一步，步骤二中，所述原始数据的采集和处理，包括：
(1)从雷达接收机采集散射回波原始数据，用矩阵进行描述，天线阵列的接收信号表示为：
X(t)＝A(Θ)S(t)+N(t)；
其中，矩阵A(Θ)与阵列的形状、源信号的来向有关，A(Θ)被称为方向矩阵， N(t)为加性噪声；
(2)对X(t)进行两次傅立叶变换，分别完成距离信息和速度信息的提取，获取对应的距离多普勒图；
(3)进行二维阵波束合成，对各阵元分别乘上不同的加权系数,对接收信号对相位进行补偿，使各阵元在期望方向相位同相相加，在其他方向上非同相相加甚至反相相加；并在末端求和，实现对指定方向对信号进行过滤；
(4)对各阵元接收信号的幅度进行加权，来调整方向图形状，压低旁瓣电平，从而获取电离层回波信号在水平和俯仰二维的空间分布特性。
进一步，步骤三中，所述幅度与相位误差校正，包括：
(1)采用阵列校正算法中的特征结构法处理实际应用环境下接收阵列数据的误差，回波信号的空间相关矩阵为：
R＝E{XXH}；
其中，E{·}描述的是期望运算，H描述的是埃尔米特转置，X表示快拍数为N的回波信号矩阵；空间相关矩阵描述了M元回波信号之间的相关特征，将所述空间相关矩阵具体展开，可表示为：
(2)设回波的入射方向为θ0，信号功率是
噪声功率是
对于第m个阵元上接收信号，令幅度误差为gm、相位误差为
则在有误差情况下，空间相关矩阵第m行、第k列元素表达式为：
(3)若只考虑该矩阵的主对角线上的元素，即m＝k时，所述空间相关矩阵的展开式可化简为：
(4)以第一根天线阵元为参考，令该阵元的幅度增益g1＝1，并假设信号功率远大于噪声功率，即
则第m个阵元的幅度误差可由下式得：
(5)以第一根天线阵元为参考，令该阵元的相位等效时延υ1＝0。先纠正相位缠绕，然后采用傅里叶变换或者最小二乘法计算出其相位变化斜率α，推出理想情况下各阵元的相位时延，进而得到每个天线的相位误差。将理想情况和包含相位误差的相位进行对比，即可获得每个阵元的相位补偿系数。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所属处理器执行如下功能：控制发射机的信号的频率、功率等；控制接收机接收信号；完成数据处理，对接收信号进行采集和处理；并可写入程序，进行误差校正。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量系统，所述高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量系统包括：
系统搭建模块1，用于搭建基于高频地波雷达的电离层回波录取系统；
数据采集和处理模块，用于原始数据的采集和处理；
幅度与相位误差校正模块，用于实现幅度与相位误差校正。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法，提出了由磁天线和鞭天线共同组成的准L型阵列作为高频地波雷达系统的接收天线阵列。为了提高雷达的测角精度，采用阵列校正中的特征结构算法对接收阵列的幅度相位误差进行补偿。本发明使用准L型阵列接收，并采用切比雪夫窗函数对其进行幅度加权，旁瓣抑制可达到20dB，可在实际系统中使用。且该接收阵列是由两个均匀天线阵组成，结构并不复杂，适合工程实践。此外采用较为简单的特征结构法的运行时间短，方便快捷，对接收天线阵列进行通道补偿，在一定程度上提高了雷达测角精度。
本发明将返回探测原理应用于高频地波雷达系统中，获取电离层回波信息。又因为L型阵列作为接收阵列但旁瓣抑制效果不理想，在实际中无法工程应用；本发明提出了准L型阵列作为高频地波雷达系统的接收天线阵，与严格意义上的L型阵列相比，准L型阵列是由两个均匀线阵组成，分别对水平和俯仰维进行信号接收，旁瓣高度相较于严格意义上的L型阵列有了改善。再采用切比雪夫窗函数对其进行幅度加权，旁瓣抑制可达到20dB，可在实际系统中使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于高频地波雷达的电离层回波录取系统示意图。
图3是本发明实施例提供的准L型接收天线阵列示意图。
图4是本发明实施例提供的威海雷达站的HFSWR接收天线阵示意图。
图5是本发明实施例提供的鞭天线阵列三维方向图。
图6是本发明实施例提供的鞭天线阵列方向图；图中：a)鞭天线阵列E面方向图；b)鞭天线阵列H面方向图。
图7是本发明实施例提供的磁天线阵列三维方向图。
图8是本发明实施例提供的磁天线阵列方向图；图中：a)磁天线阵列E面方向图；b)磁天线阵列H面方向图。
图9是本发明实施例提供的不同通道电离层回波的距离多普勒图。
图10是本发明实施例提供的-48°、-16°、16°和48°的水平波束距离多普勒图。
图11是本发明实施例提供的0°、24°和48°的俯仰波束距离多普勒图。
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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法包括以下步骤：
S101，搭建基于高频地波雷达的电离层回波录取系统；
S102，原始数据的采集和处理；
S103，幅度与相位误差校正。
本发明提供的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法仅仅是一个具体实施例而已。
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1
本发明提供的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法：基于高频地波雷达系统，其中系统中的接收阵列采用准L型，通过二维阵波束合成方法获取电离层回波信号在水平和俯仰二维的空间分布特性，并用特征结构法对阵列信号进行幅度与相位误差校正。具体操作如下：
1、搭建基于高频地波雷达的电离层回波录取系统
基于高频地波雷达的电离层回波录取系统：由六个重要部分组成(发射机、发射天线、接收机、接收天线、系统控制及数据处理工作站、显示终端)，如图2所示。发射机控制端设置好波形参数，由激励信号发生器产生雷达发射信号，功率放大器再将信号不失真放大到控制端选定的额定功率，并通过发射天线将电磁波辐射出去。发射波形遇到目标后，后向散射回波信号，由接收天线阵列接收，最后通过数据处理工作站对获取的回波信号进行信号处理。
高频地波雷达系统接收天线采用准L型接收天线阵列。
准L型接收天线阵列：由两个均匀线阵组成，分别对水平和俯仰维进行信号接收。如图3所示，以天线Y阵列顶端天线单元，即与天线X阵列并列的天线单元为原点，建立直角坐标系，海岸线沿Y轴设定，面向海面方向为X轴正半轴，天顶方向为Z轴正半轴，天线X阵列和天线Y阵列分别位于X轴负半轴和Y轴负半轴，其法向都垂直于地面指向天顶方向。Y轴天线：Y轴天线是沿海岸线平行布放4个鞭天线单元，其法线与Y轴垂直，相对于海面方向，该天线对电离层回波的方位向有较好的分辨率，对俯仰向不具备分辨能力；X轴天线：X轴天线是与海岸线垂直布放4个磁性天线单元，其法线与X轴垂直，相对于海面方向，该天线对电离层回波的俯仰向有较好的分辨率，对方位向不具备分辨能力。
2、原始数据的采集和处理
从雷达接收机采集散射回波原始数据，用矩阵进行描述，天线阵列的接收信号表示为：
X(t)＝A(Θ)S(t)+N(t) (5-1)
其中，矩阵A(Θ)与阵列的形状、源信号的来向有关，A(Θ)被称为方向矩阵， N(t)为加性噪声。
对X(t)进行两次傅立叶变换，分别完成距离信息和速度信息的提取，获取对应的距离多普勒图。
然后进行二维阵波束合成，对各阵元分别乘上不同的加权系数，对接收信号对相位进行补偿，使各阵元在期望方向相位同相相加，在其他方向上非同相相加甚至反相相加。并在末端求和，实现对指定方向对信号进行过滤。
再对各阵元接收信号的幅度进行加权，来调整方向图形状，压低旁瓣电平。从而获取电离层回波信号在水平和俯仰二维的空间分布特性。
3、幅度与相位误差校正
采用阵列校正算法中的特征结构法处理实际应用环境下接收阵列数据的误差：
回波信号的空间相关矩阵为：
R＝E{XXH} (5-2)
其中，E{·}描述的是期望运算，H描述的是埃尔米特转置，X表示快拍数为N的回波信号矩阵；空间相关矩阵描述了M元回波信号之间的相关特征，将上述空间相关矩阵具体展开，可表示为：
设回波的入射方向为θ0，信号功率是
噪声功率是
对于第m个阵元上接收信号，令幅度误差为gm、相位误差为
那么在有误差情况下，空间相关矩阵第m行、第k列元素表达式为：
若只考虑该矩阵的主对角线上的元素，即m＝k时，式(5-3)化简为：
以第一根天线阵元为参考，令该阵元的幅度增益g1＝1，并假设信号功率远大于噪声功率(即
)，那么第m个阵元的幅度误差可由下式得：
再考虑以第一根天线阵元为参考，令该阵元的相位等效时延υ1＝0。先纠正相位缠绕，然后采用傅里叶变换或者最小二乘法计算出其相位变化斜率α，推出理想情况下各阵元的相位时延，进而得到每个天线的相位误差。将理想情况和包含相位误差的相位进行对比，即可获得每个阵元的相位补偿系数。
本发明的关键点：
(1)提出了由磁天线和鞭天线共同组成的准L型阵列作为高频地波雷达系统的接收天线阵列。
(2)为了提高雷达的测角精度，采用阵列校正中的特征结构算法对接收阵列的幅度相位误差进行补偿。
本发明使用准L型阵列接收，并采用切比雪夫窗函数对其进行幅度加权，旁瓣抑制可达到20dB，可在实际系统中使用。且该接收阵列是由两个均匀天线阵组成，结构并不复杂，适合工程实践。
此外采用较为简单的特征结构法的运行时间短，方便快捷，对接收天线阵列进行通道补偿，在一定程度上提高了雷达测角精度。
实施例2
本发明基于高频地波雷达系统获取的电离层回波实测数据。图4绘制的是威海雷达站的HFSWR的接收天线阵。该接收天线阵列由两个子阵建立，四个偶极子天线分布在海岸边，四个磁天线分布在雷达站入口出路边。阵元间距30米左右。通道1-4主要用于观测水平方位的电离层回波信息，通道5-8主要用于观测俯仰方位的电离层回波信息。雷达工作频率在5MHz左右。
在通过上述系统获取实测数据后，对实测数据进行解距离、解速度处理，获取八个通道对应的距离多普勒图。
接下来对位于海边的鞭天线进行水平方位的波束形成，对垂直于海边的磁天线进行俯仰维的波束形成。
最后通过特征结构法误差处理，得到电离层回波空间分布特性。
下面结合实验对本发明的技术效果作详细的描述。
一、接收天线阵列的方向图的仿真分析，准L型接收天线阵列由磁天线阵列和鞭天线阵列组成，用美国Ansoft公司的HFSS软件对接收天线阵列的方向图进行仿真分析。首先对沿海岸线分布的4个鞭天线组成的均匀线阵进行仿真，这里可将其简化为4个单极子天线组成的均匀直线阵，设置中心频率为5MHz，波长60米，阵元间距为λ/2，天线尺寸为λ/4。如图5所示鞭天线阵列三维仿真方向图，图6分别给出了鞭天线阵列E面和H面归一化方向仿真图。
由图5和图6可以看出，在不考虑地面的情况下，鞭天线阵列在垂直方向有两个对称的波瓣，幅度最大值是90度，即海面方向，而在天顶方向的增益为 0；在水平方向上，主瓣方向指向0度方向，即海面方向，半功率波束宽度约为 10度。
接下来对垂直于海岸线分布的4个磁天线组成的均匀线阵进行仿真，这里可将其简化为4个环天线组成的均匀直线阵，设置中心频率为5MHz，波长60 米，阵元间距为λ/2，天线圆环半径为0.3米，天线线半径0.03米。如图7所示磁天线阵列三维仿真方向图，图8分别给出了磁天线阵列E面和H面归一化方向仿真图。
由图7和图8可以看出，在不考虑地面的情况下，磁天线阵列在垂直方向，主瓣方向指向90度，即天顶方向，而在海面方向的增益为0；而在水平方向上，海面方向的天线增益为0。
二、实测数据分析
基于高频地波雷达系统获取的电离层回波实测数据。图4绘制的是威海雷达站的HFSWR的接收天线阵。该接收天线阵列由两个子阵建立，四个偶极子天线分布在海岸边，四个磁天线分布在雷达站入口出路边。阵元间距30米左右。通道1-4主要用于观测水平方位的电离层回波信息，通道5-8主要用于观测俯仰方位的电离层回波信息。该实测数据于2019年7月29日12点至16点录取，雷达工作频率在5MHz左右。
首先对实测数据进行解距离、解速度处理后，获取了八个通道对应的距离多普勒图。图9分别是通道1、通道2、通道3和通道4的距离多普勒图。可以看出，该时段内高频地波雷达探测的电离层回波主要来源于两个区域：第一个区域位于距离雷达100千米到150千米的范围内，第二个区域位于距离雷达200 千米到250千米的范围内。同时可以看出，较近区域的电离层回波强度高于目标船只的回波强度，甚至会淹没目标信号，较远区域的电离层回波强度衰减程度较大，因此对高频地波雷达来说100千米到150千米范围的电离层回波对其探测影响较大。对位于海边的鞭天线进行水平方位的波束形成，如图10左右上下依次是-48°、-16°、16°和48°的水平波束距离多普勒图。可以看出，电离层在高频地波雷达的水平观测角度内成片存在，均有散射回波。接下来对垂直于海边的磁天线进行俯仰维的波束形成，如图11从左到右依次是0°、24°和48°的俯仰波束距离多普勒图。可以看出，对于工作在5MHz的HFSWR来说，俯仰维的电离层回波主要来自雷达发射机的天顶方向，这与理论仿真的电离层散射区域的信息相吻合。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法，其特征在于，所述高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法包括：
搭建基于高频地波雷达的电离层回波录取系统；
系统的发射机发射高频信号，接收机利用准L型接收天线阵接收回波信号；
数据处理工作站对回波信号进行原始数据的采集和处理，其中幅度加权采用切比雪夫窗函数，并利用特征结构法做误差校正。
2.如权利要求1所述的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法，其特征在于，所述基于高频地波雷达的电离层回波录取系统由发射机、发射天线、接收机、接收天线、系统控制及数据处理工作站、显示终端组成。
3.如权利要求2所述的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法，其特征在于，所述发射机控制端设置好波形参数，由激励信号发生器产生雷达发射信号，功率放大器再将信号不失真放大到控制端选定的额定功率，并通过发射天线将电磁波辐射出去；发射波形遇到目标后，目标后向散射回波信号，由接收天线阵列接收，最后通过数据处理工作站对获取的回波信号进行信号处理。
4.如权利要求1所述的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法，其特征在于，所述高频地波雷达系统接收天线采用准L型接收天线阵列，所述准L型接收天线阵列由两个均匀线阵组成，分别对水平和俯仰维进行信号接收。
5.如权利要求4所述的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法，其特征在于，以天线Y阵列顶端天线单元，即与天线X阵列并列的天线单元为原点，建立直角坐标系，海岸线沿Y轴设定，面向海面方向为X轴正半轴，天顶方向为Z轴正半轴，天线X阵列和天线Y阵列分别位于X轴负半轴和Y轴负半轴，法向都垂直于地面指向天顶方向。
6.如权利要求5所述的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法，其特征在于，所述Y轴天线是沿海岸线平行布放4个鞭天线单元，法线与Y轴垂直，相对于海面方向，所述天线对电离层回波的方位向有较好的分辨率，对俯仰向不具备分辨能力；
所述X轴天线是与海岸线垂直布放4个磁性天线单元，法线与X轴垂直，相对于海面方向，所述天线对电离层回波的俯仰向有较好的分辨率，对方位向不具备分辨能力。
7.如权利要求1所述的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法，其特征在于，所述原始数据的采集和处理，包括：
(1)从雷达接收机采集散射回波原始数据，用矩阵进行描述，天线阵列的接收信号表示为：
X(t)＝A(Θ)S(t)+N(t)；
其中，矩阵A(Θ)与阵列的形状、源信号的来向有关，A(Θ)被称为方向矩阵，N(t)为加性噪声；
(2)对X(t)进行两次傅立叶变换，分别完成距离信息和速度信息的提取，获取对应的距离多普勒图；
(3)进行二维阵波束合成，对各阵元分别乘上不同的加权系数,对接收信号对相位进行补偿，使各阵元在期望方向相位同相相加，在其它方向上非同相相加甚至反相相加；并在末端求和，实现对指定方向的信号进行过滤；
(4)对各阵元接收信号的幅度进行加权，来调整方向图形状，压低旁瓣电平，从而获取电离层回波信号在水平和俯仰二维的空间分布特性。
8.如权利要求1所述的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法，其特征在于，所述幅度与相位误差校正，包括：
(1)采用阵列校正算法中的特征结构法处理实际应用环境下接收阵列数据的误差，回波信号的空间相关矩阵为：
R＝E{XXH}；
其中，E{·}描述的是期望运算，H描述的是埃尔米特转置，X表示快拍数为N的回波信号矩阵；空间相关矩阵描述了M元回波信号之间的相关特征，将所述空间相关矩阵具体展开，可表示为：
(2)设回波的入射方向为θ0，信号功率是
噪声功率是
对于第m个阵元上接收信号，令幅度误差为gm、相位误差为
则在有误差情况下，空间相关矩阵第m行、第k列元素表达式为：
(3)若只考虑该矩阵的主对角线上的元素，即m＝k时，所述空间相关矩阵的展开式可化简为：
(4)以第一根天线阵元为参考，令该阵元的幅度增益g1＝1，并假设信号功率远大于噪声功率，即
则第m个阵元的幅度误差可由下式得：
(5)以第一根天线阵元为参考，令该阵元的相位等效时延υ1＝0；先纠正相位缠绕，然后采用傅里叶变换或者最小二乘法计算出其相位变化斜率α，推出理想情况下各阵元的相位时延，进而得到每个天线的相位误差；将理想情况和包含相位误差的相位进行对比，即可获得每个阵元的相位补偿系数。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，控制发射机的信号的频率、功率；控制接收机接收信号；完成数据处理，对接收信号进行采集和处理；并可写入程序，进行误差校正。
10.一种实施权利要求1～8任意一项所述高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量方法的高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量系统，其特征在于，所述高频地波雷达电离层回波空间分布特性测量系统包括：
系统搭建模块，用于搭建基于高频地波雷达的电离层回波录取系统；
数据采集和处理模块，用于原始数据的采集和处理；
幅度与相位误差校正模块，用于实现幅度与相位误差校正。
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