低纬高频相干散射雷达天线系统技术方案

本发明专利技术属于雷达技术领域，具体涉及一种低纬高频相干散射雷达天线系统，旨在解决低纬高频相干散射雷达建设中缺少一种占地较小、结构简单、建设运行成本低、探测信号质量高的天线系统的问题。本系统包括：东向主阵、东向辅阵、西向主阵、西向辅阵和雷达主机；东向主阵与西向主阵、西向辅阵与东向辅阵背向平行间隔设置；东向主阵与西向辅阵对向设置；东向的天线阵列与西向的天线阵列共用雷达主机；东西主阵和东向辅阵用于东向探测；西向主阵和西向辅阵用于西向探测；通过天线切换开关来切换探测模式。本发明专利技术实现了对低纬和赤道地区电离层不均匀体大范围远距离探测，解决了低纬高频雷达天线场地需求大、天线阵前后比要求高、探测信号质量低的问题。质量低的问题。质量低的问题。

【技术实现步骤摘要】
低纬高频相干散射雷达天线系统


[0001]本专利技术属于雷达
，具体涉及一种低纬高频相干散射雷达天线系统。

技术介绍

[0002]电离层不均匀体是电离层中存在的密度明显不同于背景密度的等离子体团。电离层不均匀体随时间和空间变化，是引起无线电信号经电离层传播发生闪烁的直接原因，它会导致穿越电离层的无线电信号振幅、相位和偏振方向的快速随机起伏，造成卫星信号衰落和失锁等严重后果。因此，对电离层不均匀体的时空演变与运动特性的观测研究，对于理解电离层电动力学过程和电离层闪烁现象具有十分重要的意义，也有重要的实际应用前景。
[0003]高频相干散射雷达是远距离探测电离层不均匀体的一种重要设备。根据布拉格散射原理，电离层不均匀体对垂直于磁力线方向上的无线电波散射信号最强。高频相干散射雷达发射垂直于磁力线方向的无线电波，可实现对电离层不均匀体的有效探测。
[0004]在地球极区和高纬地区，磁力线接近垂直地球表面，高频相干散射雷达的波束朝向地球极区（北半球朝北、南半球朝南），使用窄波束进行波束扫描，可在超过50
°
的方位扇面内对3000km距离范围内的电离层不均匀体进行探测。世界各国在极区和高纬地区建成了数十台高频相干散射雷达，形成了国际SuperDARN雷达观测网络。在地球的低纬和赤道地区，磁力线接近于水平分布，理论上利用高频相干散射雷达向东或向西发射无线电波，同样可满足波束方向垂直于地球磁力线的条件，实现对电离层不均匀体的远距离探测。然而，目前世界上还没有建成投入运行的低纬高频相干散射雷达系统。西方发达国家美国、英国等近些年均提出建设低纬或赤道高频相干散射雷达的计划。
[0005]我国低纬地区特别是南海及周边区域，是国家重要的经济贸易活动通道和关键的国防保障区域，对这一区域电离层不均匀体特性研究和电离层闪烁的预报极为重要。为了满足低纬电离层不均匀体研究和电离层闪烁预报的重大需求，抢占国际低纬高频相干散射雷达技术制高点，在国家十三五重大科技基础设施项目“空间环境地基监测网”项目中，我国提出在海南岛建设世界首台低纬高频相干散射雷达，对海南岛东西方向的电离层不均匀体开展大范围、远距离的持续探测。
[0006]当前，国际上都没有建成的低纬高频相干散射雷达可供借鉴，我国低纬高频相干散射雷达的建设还存在较大的挑战。如采用技术原理上最为接近的高纬高频相干散射雷达技术架构，为满足海南岛东西两个方向电离层不均匀体的探测需求，则在同一台站需布置两台高频相干散射雷达，其中一台雷达主波束朝东，另一台雷达主波束朝西。整个雷达系统包括东向主阵、东向辅阵和东向主机，西向主阵、西向辅阵和西向主机。这种方案的低纬高频相干散射雷达系统存在很大的局限性。首先，观测场地需求巨大，找到合适的观测场地非常困难。由于东向天线阵和西向天线阵分别独立布置，整个天线阵的面积相当于一套单独的高纬高频相干散射雷达天线阵的2倍，需要超过50000平方米非常平整的天线场地。其次，需要2部雷达主机，并为之建造2个独立的雷达观测室来布置东向和西向的主机，系统组成
复杂，建设和后期运行管理的成本很高。第三，低纬地区的电离层不均匀体通常是东西向漂移运动，在雷达站东侧和西侧的电离层不均匀体可分别被前向波束和尾瓣波束探测到，导致信号混淆，无法区分。为了抑制雷达尾瓣回波，避免尾瓣回波对前向波束探测的不均匀体信号产生混叠，需要在每一个主阵和辅阵后面布置反射网，来提高雷达辐射方向图的前后比。这将大大增加天线系统的复杂性和建设运行维护成本。即当前低纬高频相干散射雷达系统建设中缺少一种占地较小、结构简单、探测信号质量高、建设运行成本低的天线系统。基于此，本专利技术提出了一种低纬高频相干散射雷达天线系统。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的低纬高频相干散射雷达建设中缺少一种占地较小、结构简单、探测信号质量高、建设运行成本低的天线系统的问题，本专利技术第一方面，提出了一种低纬高频相干散射雷达天线系统，该系统包括：东向主阵、东向辅阵、西向主阵、西向辅阵和雷达主机；所述东向主阵、所述东向辅阵、所述西向主阵、所述西向辅阵均为天线阵列；所述东向主阵与所述西向主阵的天线数相同；所述东向辅阵与所述西向辅阵的天线数相同；其中，主阵的天线数多于辅阵；所述东向主阵与所述西向主阵背向平行间隔设置，所述西向辅阵与所述东向辅阵背向平行间隔设置，所述东向主阵与所述西向辅阵对向设置；东向的天线阵列与西向的天线阵列共用一台雷达主机；所述东向主阵和所述东向辅阵用于东向探测；所述西向主阵和所述西向辅阵用于西向探测；在探测时，所述雷达主机通过天线切换开关来切换用于东、西不同方向的探测模式的天线阵列；其中，当东向探测时，西向的天线阵列作为东向的天线阵列的反射网，用于抑制东向的天线阵列合成的无线电波的尾瓣波束；当西向探测时，东向的天线阵列作为西向的天线阵列的反射网，用于抑制西向的天线阵列合成的无线电波的尾瓣波束。
[0008]在一些优选的实施方式中，所述东向主阵与所述西向主阵的天线通道为发射接收复用天线通道，发射和接收采用收发开关控制，每个天线通道包含两只天线，分别是西向发射接收天线和东向发射接收天线，在雷达探测不同方向时通过所述天线切换开关进行切换。
[0009]在一些优选的实施方式中，所述西向辅阵与所述东向辅阵的天线通道为接收天线通道，每个天线通道包含两只天线，分别是西向接收天线和东向接收天线，在雷达探测不同方向时通过所述天线切换开关进行切换。
[0010]在一些优选的实施方式中，所述天线基于金属材料制成，包括铝合金管、不锈钢管。
[0011]在一些优选的实施方式中，所述发射接收复用天线通道在发射和接收雷达信号时或所述接收天线通道在接收雷达信号时，采用数字移相技术。
[0012]在一些优选的实施方式中，在东向探测时，通过所述天线切换开关导通东向发射接收天线、东向接收天线，形成东向发射接收阵、东向接收阵；通过东向的接收阵与东向的发射接收阵形成东西向的短基线，进而用干涉法解算电离层无线电回波的俯仰角；
在西向探测时，通过所述天线切换开关导通西向发射接收天线、西向接收天线，形成西向发射接收阵、西向接收阵；通过西向的接收阵与西向的发射接收阵形成东西向的短基线，进而用干涉法解算电离层无线电回波的俯仰角。
[0013]本专利技术的有益效果：本专利技术实现了对低纬和赤道地区电离层不均匀体开展大范围远距离探测，并解决了低纬高频雷达天线场地需求巨大、天线阵前后比要求高、探测的信号质量低的问题。
[0014]1）通过将东向主阵和西向主阵背向设置，西向辅阵和东向辅阵背向设置，整个天线阵相当于在一套单方向雷达天线阵基础上增加了一个辅阵的宽度，相比于使用2套单独天线阵的方案，可大大减少场地面积；2）由于东向和西向的天线阵背向设置，两套天线系统共用一台雷达主机，则只需要建造一个雷达观测室，大大降低了设备复杂性，并且减少了建设和运行的成本；3）由于东向天线阵和西向天线阵背向设置，朝向西向探测时，东向天线实际上相当于西向天线的反射网，朝向东向探测时，西向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低纬高频相干散射雷达天线系统，其特征在于，该系统包括：东向主阵、东向辅阵、西向主阵、西向辅阵和雷达主机；所述东向主阵、所述东向辅阵、所述西向主阵、所述西向辅阵均为天线阵列；所述东向主阵与所述西向主阵的天线数相同；所述东向辅阵与所述西向辅阵的天线数相同；其中，主阵的天线数多于辅阵；所述东向主阵与所述西向主阵背向平行间隔设置，所述西向辅阵与所述东向辅阵背向平行间隔设置，所述东向主阵与所述西向辅阵对向设置；东向的天线阵列与西向的天线阵列共用一台雷达主机；所述东向主阵和所述东向辅阵用于东向探测；所述西向主阵和所述西向辅阵用于西向探测；在探测时，所述雷达主机通过天线切换开关来切换用于东、西不同方向的探测模式的天线阵列；其中，当东向探测时，西向的天线阵列作为东向的天线阵列的反射网，用于抑制东向的天线阵列合成的无线电波的尾瓣波束；当西向探测时，东向的天线阵列作为西向的天线阵列的反射网，用于抑制西向的天线阵列合成的无线电波的尾瓣波束。2.根据权利要求1所述的低纬高频相干散射雷达天线系统，其特征在于，所述东向主阵与所述西向主阵的天线通道为发射接收复用天线通道，发射和接收采用收发开关控制，每个天线通道包含两只天线，分别是西向发射接收天线和东向发...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡连欢，宁百齐，李国主，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：