一种用于确定高频天地波超视距雷达探测区域空间分布的方法技术

本发明专利技术提供一种用于确定高频天地波超视距雷达探测区域空间分布的方法，用以解决天地波雷达在海洋动力学参数探测过程中散射元定位的问题。该方法直接从发射站与接收站自身的关系出发，在不考虑电离层倾斜和地球曲率影响的条件下，将天波发射站关于电离层反射面作镜像映射，以天波发射站镜像、地波接收站为焦点，以传播群距离为椭圆定长，构筑空间椭圆（椭球面），确定探测的距离和等值线、距离分辨率和海面散射元的实际距离。本发明专利技术直接从发射站与接收站自身的关系出发来构造空间椭圆，通过等效的方式简化几何模型构造的过程，并且将海面散射元的实际分布与群距离、方位信息直接对应，便于实际探测区域和海面散射元实际距离的求解。

A method for determining the spatial distribution of high frequency sky wave over the horizon radar detection area

The invention provides a method for determining the spatial distribution of the detection region of the high frequency earth and sky wave over the horizon radar, which is used to solve the problem of the positioning of the scattering element in the detection process of the ocean dynamic parameters of the sky wave radar. This method directly from a transmitting station and a receiving station of their own relationship, without considering the curvature of earth tilt and ionospheric effects under the conditions of the skywave transmitting station on ionospheric reflection surface mirror, mirror surface wave transmitting station, receiving station to focus from sky, ellipse fixed length distance to propagation group, build space ellipse (ellipsoid), determine the distance and contour detection, the distance and the actual distance resolution of sea surface scattering element. The present invention and receiving station's own relationship to construct the space ellipse from the launch station, by way of equivalent simplified geometric model is constructed, and the actual distribution of sea surface scattering element and group distance and azimuth information directly corresponding to calculate the actual detection area and the actual distance of the sea surface scattering element.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高频雷达海洋环境监测
，特别涉及一种用于确定高频天地波超视距雷达探测区域空间分布的方法。
技术介绍
高频天地波超视距雷达属于一种新体制雷达，具有探测距离远、覆盖范围大、信噪比高、发射站位于内陆隐蔽性好等诸多优良特性。近十年来，该体制雷达已逐步受到国内外研究学者的重视。国内若干单位已研制了天地波一体化雷达系统，并利用该系统来对海面舰船、低空飞机、海洋动力学参数(风、浪、流)等进行探测。从雷达布局角度来说，天地波雷达仍是一种双基地的布局方式。在传统的双基地高频地波雷达几何配置中，当群距离为一个定值时(回波时延固定)，对应产生的一阶海洋回波几何位置分布可以通过一个以发射站和接收站为焦点的椭圆来描述。当散射元位于以发射站和接收站为焦点的某一椭圆的不同方位时，接收站收到的回波时延差相同，发生谐振的海浪相速度为沿发射站和散射元的连线与接收站和散射元的连线的夹角(双基地角)平分线方向。但天地波模式下，电波先要经过电离层反射，而不是由发射站直接照射到目标，其传播路径与电离层反射点有关，不能再直接以天波发射站和接收站为焦点来构造椭圆，因此如何确定该模式下海洋回波或者海面目标的空间分布对于探测来说就显得非常重要。目前，有相关研究(朱永鹏，天地波高频雷达一阶海杂波特性分析与抑制，哈尔滨工业大学，硕士学位论文，2014)从数学的角度出发，假设电离层的反射为镜面反射，利用公式推导出一阶海洋回波的空间几何分布，由接收站和海面上一个变化的点作为焦点来反应一阶海杂波的空间分布，但该焦点的确定从数学计算得出，表达式比较复杂，无法直接与实际的群距离形成对应，物理意义不明确，因此很难直接反应出海面散射元所在位置和其群距离的变化映射关系。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
存在的问题，提供出了一种用于确定高频天地波超视距雷达探测区域空间分布的方法，直接从发射站和接收站的关系来构造椭圆，用以解决天地波雷达在海洋动力学参数探测过程中散射元定位的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种用于确定高频天地波超视距雷达探测区域空间分布的方法，该方法直接从发射站与接收站自身的关系出发来构造空间椭圆，包括如下步骤：步骤1，在不考虑电离层倾斜和地球曲率影响的条件下，将天波发射站关于电离层反射面作镜像映射，电波从天波发射站经电离层反射到达海面散射元的路径则可等效为天波发射站镜像到海面散射元的一条直线。步骤2，以天波发射站镜像、地波接收站为焦点，以传播群距离R为椭圆定长，构筑空间椭圆(椭球面)。每一个群距离可看作天波发射站镜像与散射元之间的距离和散射元到接收站之间距离之和。从天地波雷达回波特点出发，将具有相同时延即同一群距离的回波进行同一处理，其对应着电波从发射站电离层的距离、电离层反射电波到海面散射元的距离和海面散射元到地波接收站三段距离之和。步骤3，确定探测的距离和等值线、距离分辨率；随着群距离的变化，形成一个椭球，该椭球与地平面相交，其切面位于海面的区域即为天地波雷达所探测的区域。椭球与海面的一簇交线即为距离和等值线，该等值线上的每一点离发射站镜像和接收站的距离等于群距离。距离和等值线所在椭圆的一个焦点为接收站，另一个焦点在发射站和接收站的连线上，其焦点位置及焦距都随着群距离而变化，随着群距离的增加，逐渐远离接收站。两椭圆之间的间隔即为距离分辨率。步骤4，对于群距离为R，方位角为θ的散射元，通过解三角形几何关系可得到散射元距离接收站的距离为： R 3 = R 2 - 4 h 2 - L 2 2 ( R - L c o s θ ) ]]>作为优选，步骤1中所述的电离层反射面，可利用直达波获取其电离层反射高度h。设R0为直达波所经历的群距离(电波经发射站到电离层的路径长度和电波经电离层反射直接到达地波接收站的路径长度两者之和)，L为天波发射站与地波接收站的基线距离，则可以计算出 h = R 0 2 - L 2 / 4 ]]>作为优选，步骤1中所述的天波发射站镜像和天波发射站关于电离层呈现镜面关系，二者连线关于电离层反射面垂直，当电离层反射高度发生变化时，所构筑的空间椭圆的一个焦点也跟着变化。与现有技术相比，本专利技术的优势在于：本专利技术提供的用于确定高频天地波超视距雷达探测区域的几何模型构造方法，通过在空间上对天波发射站作镜像投影，从而将天地波传播模式下的散射元几何分布的确定简化为双基地模式下的求解。通过等效的方式，简化了几何模型构造过程，并且将海面散射元的实际分布与群距离、方位信息直接对应，便于实际探测区域和海面散射元实际距离的求解。附图说明图1是本专利技术中天地波模式下空间椭圆的构筑方法示意图。图2是本专利技术中天地波模式下距离和等值线示意图。具体实施方式下面结合实施对本专利技术作进一步的详细描述，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种用于确定高频天地波超视距雷达探测区域空间分布的方法，该方法直接从发射站与接收站自身的关系出发来构造空间椭圆，具体包括如下步骤：步骤1，在不考虑电离层倾斜和地球曲率影响的条件下，将天波发射站关于电离层反射面作镜像映射，电波从天波发射站经电离层反射到达海面散射元的路径则可等效为天波发射站镜像到海面散射元的一条直线，如图1所示。在图1中，在不考虑多径效应的情况下，对于一条入射到海面的电波，电波从发射站至电离层的距离设为R1，电离层反射点至海面散射元的距离设为R2，天波发射站镜像和天波发射站关于电离层呈现镜面关系，二者连线关于电离层反射面垂直，则天波发射站镜像至电离层的距离也等于R1，每一个群距离可看作天波发射站镜像与散射元之间的距离和散射元到接收站之间距离之和，即R1+R2。在不考虑电离层倾斜和地球曲率影响的条件下，发射站镜像、电离层反射点和海面散射元在同一条直线上。当电离层反射高度发生变化时，所构筑的空间椭圆的一个焦点也跟着变化。可利用直达波获取其电离层反射高度h。设R0为直达波所经历的群距离(电波经发射站到电离层的路径长度和电波经电离层反射直接到达地波接收站的路径长度两者之和)，L为天波发射站与地波接收站的基线距离，则可以计算出 h = R 0 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定高频天地波超视距雷达探测区域空间分布的方法，其特征在于：直接从发射站与接收站自身的关系出发来构造空间椭圆，具体包括如下步骤：步骤1，在不考虑电离层倾斜和地球曲率影响的条件下，将天波发射站关于电离层反射面作镜像映射；步骤2，以天波发射站镜像、地波接收站为焦点，以传播群距离R为椭圆定长，构筑空间椭圆；其中每一个群距离可看作天波发射站镜像与散射元之间的距离和散射元到接收站之间距离之和；步骤3，确定探测的距离和等值线、距离分辨率；随着群距离的变化，形成一个椭球，该椭球与地平面相交，其切面位于海面的区域即为天地波雷达所探测的区域；椭球与海面的一簇交线即为距离和等值线，该等值线上的每一点离发射站镜像和接收站的距离等于群距离；距离和等值线所在椭圆的一个焦点为接收站，另一个焦点在发射站和接收站的连线上，其焦点位置及焦距都随着群距离而变化，随着群距离的增加，逐渐远离接收站；两椭圆之间的间隔即为距离分辨率；步骤4，对于群距离为R，方位角为θ的散射元，通过解三角形几何关系可得到散射元距离接收站的距离为：R3=R2-4h2-L22(R-L cosθ)]]>其中，L为发射站和接收站之间的基线距离，h为电离层反射点高度。...

【技术特征摘要】
1.一种用于确定高频天地波超视距雷达探测区域空间分布的方法，其特征在于：直接从发射站与接收站自身的关系出发来构造空间椭圆，具体包括如下步骤：步骤1，在不考虑电离层倾斜和地球曲率影响的条件下，将天波发射站关于电离层反射面作镜像映射；步骤2，以天波发射站镜像、地波接收站为焦点，以传播群距离R为椭圆定长，构筑空间椭圆；其中每一个群距离可看作天波发射站镜像与散射元之间的距离和散射元到接收站之间距离之和；步骤3，确定探测的距离和等值线、距离分辨率；随着群距离的变化，形成一个椭球，该椭球与地平面相交，其切面位于海面的区域即为天地波雷达所探测的区域；椭球与海面的一簇交线即为距离和等值线，该等值线上的每一点离发射站镜像和接收站的距离等于群距离；距离和等值线所在椭圆的一个焦点为接收站，另一个焦点在发射站和接收站的连线上，其焦点位置及焦距都随着群距离而变化，随着群距离的增加，逐渐远离接收站；两椭圆之间的间隔即为距离分辨率；步骤4，对于群距离为R，方位角为θ的散射元，通过解三角形几何关系可得到散射元距离接收站的距离为： R 3 = R 2 - 4 h 2 - L 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兰，李苗，吴雄斌，李川，岳显昌，刘帅，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42