[发明专利]一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法及装置

说明书

本发明公开了一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法及装置，该方法包括：步骤1、雷达采集海洋回波数据；步骤2、安装风向标记录实时平均风向；步骤3、计算参考天线上功率谱，搜索正侧和负侧一阶谱极大值；步骤4、在各帧回波数据在各天线通道上滑窗截取序列的傅里叶变换，得到最大值阵列快拍序列；步骤5、对各组候选通道校正值计算得到通道校正后快拍；步骤6、利用空间谱估计算法计算对应于最大谱峰的到达角；步骤7、计算总体风向估计均方根误差；步骤8、搜索最小总体风向估计均方根误差，其对应校正值为最优校正值。本发明解决了高频地波雷达中接收通道增益的不一致性，将最大一阶谱峰值与风向联系起来，实现通道增益的自动校正。

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法及装置。

背景技术

高频地波雷达是一种可安装于海岸、海面浮台或船只上的海洋表面状态参数遥感设备。雷达向海面发射的高频电磁波，经海浪散射后，被雷达接收天线接收，得到各个距离和方位单元上的多普勒谱分布，进而反演海洋表面流速、浪高和风速等参数。

雷达采用多个天线单元组阵进行测向。目前高频地波雷达天线阵常采用的有两种形式：一是空间分布的阵列式天线，二是共相位中心的单极子/交叉环天线。无论具体采取何种天线形式，都要求接收通道(包括天线)的增益保持一致以获取理想的定向性能。然而，不同形式的天线具有不同的电路结构，且在实际中各电子元件也不可能完全一致，因此各天线接收通道之间总是存在增益幅度和相位的不一致。通道不一致将严重影响雷达定向性能，因此在进行后续空间谱估计或到达角估计之前，必须对通道间增益不一致进行校正。

针对接收通道间幅度和相位不一致，目前采用的方法主要有无源法和有源法。无源法无需合作信号源，采用雷达接收到的任何未知信号源，解算出各天线通道间的幅度和相位误差。可以利用的未知信号源包括海洋一阶Bragg散射回波信号和电离层反射回波信号，对于空间分布鞭天线阵可用于幅度校正，相位校正则只适用于非线性阵列；对于单极子/交叉环阵列，则适用于相位校正，而幅度校正准确度较差。有源法包括采用应答器、单频信标和船只自动身份识别系统(automatic identification system,AIS)信息，它们均需要采用额外的专用设备进行辅助测量，利用已知方位的信号解算通道间的幅度和相位误差。辅助信标法在某些应用如架设于悬崖、海上浮台等情况下难以实施，必须采用船只搭载信标走航测量，受到海态的限制；AIS信息辅助校正法则受限于海面船只的大小、数量和方位，常常不能获得充分的方位样本。此外，有源法需要增加额外的硬件成本和测量成本。

综合分析以上通道幅相校正方法的优缺点，为了能及时、高效地进行通道校正，需要寻找能便捷、及时获取的信号标定信息，用以辅助计算信号在各通道之间的幅度和相位差。风向就是这样一种指示量，它可以指示最强一阶Bragg散射回波的方位。因为雷达海面回波中一阶Bragg散射截面正比于雷达波束上的有向海浪谱值，因此在风来向的方位上，正一阶谱会出现极大值；而在风去向的方位上，负一阶谱会出现极大值。在高频地波雷达测量的近距离范围内，可以认为风向是一致的，因此在雷达站安装一个风向标，即可获得实时的风向。获取了海面风向，就可以分离出相对应方位的一阶谱，进而用于通道校正。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中高频地波雷达接收通道幅相校正技术的不足，提供一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种高频地波雷达多接收通道增益自动校准方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、雷达正常采集海洋回波数据，得到S(nT,mT_s,r)，其中T为相干积累时间，n＝0,…,N-1为时间帧序号，T_s为帧内采样周期，m＝0,…,M-1为帧内采样序号，r为距离元序号；

步骤2、在雷达站或其附近安装一个或多个风向标，记录实时平均风向其中t为时间；