[发明专利]沿海雷达系统

说明书

相关申请数据

本申请要求于2016年9月15日提交的优化FMCW HF海洋雷达的呼号实现的美国临时专利申请号62/395,221和2017年3月14日提交的优化FMCW HF海洋雷达的呼号实现的美国专利申请号15/458,850的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文用于所有目的。

技术领域

本申请涉及雷达系统，尤其涉及用于FMCW HF海洋雷达的优化的呼号实现。

背景技术

在2012年底，ITU(国际电信联盟，联合国分支机构)发布了第612号决议，该决议为沿海海洋雷达(3-50MHz)分配了指定的次级无线电频谱时隙(spectral slots)。这些雷达用于全球范围内的实时操作网络，主要测绘海洋表面水流，但也用于监测海洋状态(波高)；警告接近海啸；并检测/跟踪船只。由于导电的海水，雷达的信号根据频率能够传播到可见地平线和微波地平线之外。目前全球运行的这种雷达系统约有500种。

在第612号决议之前，根据ITU R4.4指定(designation)，将这些雷达许可为“实验性”。因此，经营许可不得先行，对任何许可用户的干扰的投诉将导致停止广播。代表经过五年WRC12(全球无线电会议)批准的新决议，为雷达操作分配了几个但狭窄的二级许可频带，结束了它们的“实验性”时代。

根据第612号决议批准的窄频谱时隙要求许多雷达共享相同的信道。如果它们必须在同一时间操作并且彼此不是太远，这将存在相互干扰的挑战。存在为什么需要同时操作(不是“时间复用”，即打开-关闭)的许多原因(主要用于紧急应用)。这包括海啸警报、搜索和救援、溢油管理和船舶跟踪。这个挑战已经由与使用美国专利号6,856,276中描述的调频连续波(FMCW)调制的雷达有密切关系的发明来解决，其全部内容通过引用并入本文。几乎全球范围内的所有HF海洋雷达都使用FMCW调制。它在长达一秒的时间段内采用慢的频率线性扫描，然后连续重复，如美国专利号5,361,072所述，其全部内容通过引用并入本文。扫描带宽确定距离分辨率，例如50kHz给出3km；典型的情形。在美国专利号6,856,276中描述的发明(其全部公开内容通过引用并入本文)将来自多个雷达的信号重叠，但偏置其扫描开始时间，从而确保每个雷达的信息空间不重叠，因此它们不相互干扰。这需要精确的时序稳定性(取决于GPS信号以同步)。

授权使用这些ITU授权频带的条件的一部分是要求每个雷达必须发射由其国家主管部门(例如在美国，这是FCC-联邦通信委员会)发布的摩尔斯编码的呼号。唯一的呼号标识发射机。已经开始全球实施进程。

截至2016年中期，在MF-UHF频谱区域内操作的海洋雷达尚未开始广播呼号。响应于ITU第612号决议，预计将在不久的将来开始，每个国家要求在不同时期遵守。在ITU决议中或以后的裁决中没有指导如何实现可接受的呼号格式，方法也不定相同。唯一的要求是每个雷达的呼号必须至少每20分钟广播一次；以国际摩尔斯码广播普通的通用6字符串(字母数字)，速度约为每分钟15个字。呼号广播的软件和固件要求特定于某个品牌。因此，商业制造商将为他们自己的FMCW雷达实现这一点。由于超过40个国家将是沿海海洋雷达的用户，并且有不到四个供应商，所以将要求供应商应不同国家的所有者/运营商的要求制造或修改他们的品牌雷达。

在MF、HF、VHF以及UHF频带内操作的低频反向散射和双基地雷达系统广泛地用于测绘和监控水面目标，例如，海洋或者河流上的水流、船舶以及波浪。作为美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的综合海洋观测系统(IOOS)计划的一部分，目前大约150个这样的HF/VHF雷达沿着美国海岸运行，并且这种系统将它们的数据输出至美国公众网站(hfradar.ndbc.noaa.gov)。现在，其他几个国家在其海岸上具有类似的雷达网络。总共至少有500个这些海洋雷达部署并操作在全球范围内。

通常需要至少两个反向散射雷达来测绘水流，这是因为每个雷达仅测量标量径向矢量分量，并且需要来自两个方向的视图来为地图构造整个2D矢量。在将已知的布拉格波浪速度与未知的水流速度分开之后，这些标量速度基于多普勒原理。在船舶目标的情况下，由单个雷达测量其位置和径向速度，但是来自两个雷达的视图提供了增强的检测和跟踪稳健性的优点。