20161207_海洋遥感_高频地波雷达

HFSWR海洋环境探测基础—DOPPLER SHIFT
多普勒效应发现：火 车从远而近时汽笛声 变响，音调变尖，而 火车从近而远时汽笛 声变弱，音调变低 波在波源移向观察者 接近时接收频率变高， 而在波源远离观察者 时接收频率变低

高频地波雷达探测海态的基本原理
雷达回波谱
功率/dB
多普勒频移/Hz
天地波一体 化雷达系统
天地波一体化雷达系统—天线和主机
几种典型的高频地波雷达
美国SeaSonde 加拿大SWR-503
德国WERA
中国OSMAR
另外还有英国的OSCR系统、Overseer系统，俄罗斯 的TELETS系统，日本……
二、高频地波雷达 系统组成
高频地波雷达系统组成
高频地波雷达站系统由两个分站（或两个以上）和一 个中心站组成。 每个分站系统由硬件部分、软件部分以及相应的连接 电缆组成，其中硬件部分包括接收机、发射机、接收 天线、发射天线和采样电脑，软件部分主要是径向流 图、浪、风等处理软件。 中心站用矢量流图处理软件来完成两个分站径向流的 合成。
韩国
菲 律 宾
泰国
中国
福建省示范区（东山和龙海地波雷达站）
有关SEASONDE数据的网站及网页





百度文库
www.codaros.com (CODAR) www.comp.org http://transport.caltech.edu (CalTech Dynamical Systems) www.oc.nps.navy.mil/~icon (NOPP/ICON) http://marine.rutgers.edu/mrs/codar.html (Rutgers) http://bragg.oce.orst.edu/seasonde/ (Oregon State University) www.bml.ucdavis.edu/boon/scur.html (Bodega Ocean Observing) http://sdcoos.ucsd.edu/cool/codar.html www.sccoos.org/data/hfrnet http://Newark.cms.udel.edu/~brucel/realtimemaps/ www-currents.oce.orst.edu/seasonde/index.html www.icess.ucsb.edu/iog/codar_realtime.html
关于超视距雷达
超视距雷达（Over-The-Horizon Radar，OTHR）利用高频 （3～30MHz）电磁波的反射或绕射特性探测远距离目标 （船只、飞机、巡航导弹、海洋表面等），作用距离可突破 地球曲率的限制而超越视距。 OTHR主要分为两类，利用电离层对电磁波的反射探测目标 的是天波OTHR，利用电磁波在地球表面的绕射探测目标的 是地波（表面波）OTHR。

OSMAR071流场的空间覆盖率
OSMAR071与A浮标合成流速流向的对比结果
osmar071雷达和浮标测得的矢量流流速时间序列分析 海流深度:3.5米 蓝色:浮标数据 红色:雷达数据 1 0.5 0 01/29 01/30 01/31 02/01 02/02 02/03 02/04 02/05 02/06 02/07 02/08 02/09 02/10
High-Frequency (HF) Radar as a major component for Integrated Ocean Observing System (IOOS)
(hourly, 1-km)
26 US IOOS CORE VARIABLES
1.Acidity 14.Partial Pressure of CO2 2.Bathymetry 15.Pathogens 3.Bottom Character 16.Phytoplankton Species 4.Colored Dissolved Organic Matter 17.Salinity 5.Contaminants 18.Sea Level 6.Dissolved Nutrients 19.Stream Flow 7.Dissolved Oxygen 20.Surface Currents 8.Fish Abundance 21.Surface Waves 9.Fish Species 22.Temperature 10.Heat Flux 23.Total Suspended Matter 11.Ice Distribution 24.Wind Speed and Direction 12.Ocean Color 25.Zooplankton Abundance 13.Optical Properties 26.Zooplankton Species.
数据质控

http://www.ioos.noaa.gov/qartod/welcome.html
TAIWAN OCEAN RADAR OBSERVING SYSTEM (TOROS)， 于2012年完成 由15部地波雷 达组成的环岛 地波雷达网
日本
已完成全国49部地 波雷达的部署工作， 另有10部可机动部 署的车载地波雷达， 形成了覆盖日本主 要海岸、海峡和岛 屿的雷达网
探测海洋环境。
应用一：地波雷达探测海洋环境
案例1：国产OSMAR071和OSMAR-S100的 适用性比测试验 OSMAR071阵列式高频地波雷达系统组成
室 内 主 机
发射天线（三根）
接收天线（八根）
OSMAR-S100便携式高频地波雷达系统组成
OSMAR071流场
OSMAR-S100流场

HFRNET DATA AVAILABILITY
1.Online Visualization – http://cordc.ucsd.edu/projects/mapping/m aps/fullpage.php Online visualization of HF radar surface currents with ability to change date, resolution, colorbar, and station information 2.Web Overlays http://cordc.ucsd.edu/projects/mapping/ap i/ Application programming interface (api) that allows programmers to overlay the currents into any website 3.THREDDS Data Server (TDS) access http://sdf.ndbc.noaa.gov:8080/thredds/cat alog.html http://hfrnet.ucsd.edu/thredds/catalog.ht ml TDS service that allows folks to acquire or used the data via thredds for processing and/or visualization. 4.Data Archiving – HFRNet (NDBC): Totals and Radials - Operators: Range Series and beam pattern - Future: All above through
高频地波雷达探测 海洋环境（流、浪、风）
魏国妹 E-mail: weiguomei@163.com
主动遥感和被动遥感
主动遥感 遥感器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散 射信号，如高频地波雷达、激光雷达等 被动遥感 传感器不向目标发射电磁波，仅被动地接收目标物的 自身发射和对自然辐射的反射能量，如水色卫星等
m/s m/s
osmar071雷达和浮标测得的矢量流流向时间序列分析 海流深度:3.5米 1 蓝色:浮标数据 红色:雷达数据 0.5 0 360 02/19 02/20 02/21 02/22 02/09 02/10 02/11 02/12 02/13 02/14 02/15 02/16 02/17 02/18 180 0

试验概况
海上观测设备及观测方式 海流：Nortek 1MHz的ADCP， 悬挂于3m浮标中，层厚设为0.5m， 共20层，第一层为1.5m，采样时 间间隔设为5min 海浪：波浪传感器取样时间间隔设 置为10min 海面风：集成自动测风仪 （YOUNG 05103），每3s采集一 次，作为瞬时风速和相应风向，连 续采样10min，计算风速和风向的 平均值，作为该10min结束时刻的 平均风速和相应风向。

一、概述
雷达的概念、分类 海洋环境探测雷达
什么是雷达？
雷达（Radar，radio detection and ranging的简称）意 思为“无线电探测和测距”，即利用电磁波探测移动目标并 进行定位。 首次应用：二战期间英国在防空袭站中利用雷达来搜寻德 国飞机

按用途划分
预警雷达 远程对空警戒雷达
6个10m×30m 弹道导弹防御 气象雷达
还有测高雷达、导航雷达。。。

按波段划分
高频 甚高频 超高频
短波 超短波
微波

X波段雷达（浪）

高频地波雷达（流、浪、风）
车载
便携式
一、高频地波雷达概述
高频地波雷达(HF Surface Wave Radar，简称 HFSWR)作为一种新兴的 海洋监测技术，具有超视 距、大范围、全天候以及 低成本等优点，被认为是 一种能实现对各国专属经 济区(EEZ)监测进行有效 监测的高科技手段。
试验概况（利用浮标数据来验证雷达海流、海浪 和海面风的探测精度）
试验海域：台湾海峡西南部 试验时间：2013.1.29-3.15 高频地波雷达设备 OSMAR071阵列式，东山、 龙海，～7.9M，10min OSMAR-S100便携式，山寮、 下垵，～13M，20min 海上观测站位 C站--测风、浪 A、B、D、E、B1和E1--测流、 风、浪
五、高频地波雷达的应用
HFSWR用途
台风、风暴潮、海啸等防灾减灾；为保护海洋环境提供资讯 服务； 渔业服务（海洋表面流场能为鱼苗的投放及捕捞提供指导）； 为海洋工程（如排污口、港口、跨海大桥、钻井平台等）的 设计、施工和维护提供资讯服务； 海上搜救工作（如预测遇险人员或船只漂流的方向和位置， 为及时救援提供帮助）； 为海上航运提供导航、跟踪等咨询服务； 军事用途，维护国家海洋权益，服务海上军事防务；
° ° ° °
01/29 01/30 01/31 02/01 02/02 02/03 02/04 02/05 02/06 02/07 02/08 02/09 02/10
雷达径向流
径向流→合成流
雷达合成流
四、高频地波雷达网
主要介绍亚太地区
•
Over 400 Seasondes deployed worldwide
美国的高频地波雷达网（140余部，东西海岸实现全覆盖）
http://www.sccoos.org/data/hfrnet/ 提供实时的地波雷达数 据 ROMS的结果，同化地波雷达的实时数据，并对结果的验证 http://west.rssoffice.com/ca_roms_valid_radar?variable=2

便 携 式
阵 列 式
三、高频地波雷达 探测海洋环境的原理
布拉格散射 多普勒频移
HFSWR海洋环境探测基础—BRAGG SCATTERING
类似于晶格对X射线的Bragg散射 • 当d=2n.(λ/2)时，出现 波射线同步加强，该散 射方向出现亮条纹 • 当d=(2n+1).(λ/2)时， 出现波射线相互抵消， 该散射方向出现暗条纹
单列正弦海浪对电磁波的后向散射
海浪会对电波产生最强的后向散射
对于岸基雷达，Δ=0，即L = ，也就是波长等于雷达 电波波长一半的海浪会对电波产生最强的后向散射
虽然海面由无数的波浪组成，但岸基地波雷达主要只
对特定的海浪感兴趣： A. 波长等于电波波长的一半； B. 传播方向要么接近雷达，要么远离雷达。