高频地波雷达波形参数设计

Ｒ一＝弓－ｃ（ｑ—Ｔｐ）
而为了满足周期性连续工作，
ｐｑ—Ｔ。
ｇ（ｐ—ｎ）＝Ｔ
一般取１１—３～５．以适应同步控制电路中可编 程器件的时问开销．由此得到的了１。必须符合前述 采样频率要求．
根据线性调频雷达原理
距离分辨率：△Ｒ。刍
扫频速率：ｎ一导
当前一个脉冲发射后，为了满足最大探测距离
Ｒ一处的回波来到达接收机之前，不得发射后一个 脉冲，要求啪：
Ｓｏｍｅ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｌｎ ｔｈｅ Ｇｅｎｅｆａｌ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ＨＦ Ｇｒｏｕｎｄ
Ｗａｖｅ Ｒａｄａｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｊ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖ（Ｎａｔ＆ｉ
Ｅｄ），２００１，４７（５）：５１３—５１８（Ｃｈ）．
啪 ＹＡＮＧ Ｚｉ ｊｉｅ－ＨｏＵ Ｊｉｅ—ｃｈａｎｇ．ｗＵ Ｓｈｉ—ｃａｉ．ｅｔ ａｌ Ｔｈｅ
４ 相干积累时间与Ｄｏｐｐｌｅｒ分辨率△＾
３ 发射脉冲参数的选取
发射脉冲参数如周期ｑ、宽度丁ｅ、一个扫描周期 内的脉冲个数等受到最大探测距离、距离分辨率和 同步控制电路中可编程器件的时间开销、系统工作 比、不产生距离混迭、雷达系统接收时间利用率等条
件 的约束和限制．
根据总体对最大探测距离Ｒ～的要求，在Ｒ。。 处时问利用率为１的条件下
数设计是正确的． 关键词：高频地波雷达；调频中断连续波；雷达参数设计
中图分类号：Ｐ ７１ ５．７
文献标识码：Ａ
０引言 利用岸基高频地波雷达探测海洋表面动力学要
素和低速移动目标在国际上是近３０年发展起来的 高新技术，具有投资省、监测范围大、不受海洋恶劣 天气等自然条件限制等突出优点．在收发共站的高 频地波雷达中，多采用线性调频中断连续波 （ＦＭＩＣＷ）体制，根据海洋监测总体目标要求，在同 时采用相控天线阵技术时，就存在一个如何优化设 计雷达工作渡形参数的问题．主要解决在无距离混 迭、无Ｄｏｐｐｌｅｒ回波谱混迭前提下，如何兼顾最大探 测距离、距离分辨率、测速分辨率、时间分辨率与工 作比等因素．在已公开的美国ＣＯＤＡＲ公司的 ＳｅａＳｏｎｄｅ和加拿大ＨＦ—ＧＷＲ（高频地波雷达）中． 都没有具体给出这些参数［１４ｊ．
［２］Ｒａｆａａｔ Ｋｈａｎ．Ｂｒｉａｎ Ｇａｍｂｅｒｇ，Ｄｅｓｍｏｎｄ Ｐｏｗｅｒ．ｅｔ ａ１．
Ｔａｒｇｅｔ Ｄｅｔａｅｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｇｒｏｕｎｄ Ｗａｖｅ Ｒａｄａｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ０，Ｏｃｅａｍ＇ｃ
Ｅｎｇｉｎｅｅｍ＇ｎｇ．１９９４，１９（４）：１０． ［３］ＷＡＮＧ Ｓｈｕ ｒｏｎｇ．ＱＩＵ Ｃｈａｎｇ—ｔｏｎｇ，ＴＩＡＮ Ｊｉａｎ—
。“Ｌ共计进行ｌ ０２４次扫频，每个距哥元Ｚ穑毒茹
＾一√季＝ｏ１０２獗
万方数据
武汉大学学报（理学版）
第４７卷
实际计算中，厂。代入ＭＨｚ的数值．得到的结果，ｂ 为Ｈｚ值．为了满足采样定理，采样颍率
，ｌ≥Ｉ±２，ｂ【一４，ｂ 在此，采样频率＾为线性扫频频率
，，＝瓦１ 对于海上低速移动目标，若目标最大径向速度为 。一，则产生最大Ｄｏｐｐｌｅｒ频率为
第４７卷第５期 ２００１年１０月
武汉大学学报（理学版） Ｊ．Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖ．（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄ）
文章绾号：０２５５—９８８８（２００１）０５—０５２８—０４
高频地波雷达波形参数设计
杨子杰，柯亨玉，文！站洋，王淑融，田建生
（武汉大学电子信息学院．湖北武汉４３００７２）
Ｖ０１．４ ７ Ｎｏ．５ ｏｃｔ ２００ｌ，５２８～５３ｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＨＦ ｇｒｏｕｎｄ ｗａｖｅ ｒａｄａｒ ＯＳＭＡＲ２０００（Ｏｃｅａｎ Ｓｔａｔｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｎａｌｙｚｉｎｇ Ｒａｄａｒ Ｍａｎｕｆａｃ— ｔｕｒｅｄ ｉｎ ２０００）ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｄ ｔＯ ｅｘｔｒａｃｔ ｓｅａ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔａｔｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉＳ ａ ｗｉｄｅ—ｂｅａｍ ＨＦ ｒａｄａｒ．ｗｈｉｃｈ ｉＳ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｗａｖｅ（ＦＭＩＣＷ）ｔｙｐｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｒａｄａｒ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｏｆ ｅｃｈｏ ｓｉｇ— ｎａｌｓ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｂｌａｎｋ ｐｕｌｓｅ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｒｏｂｕｓｔ ｔｏ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｌｉａｓｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ａｒｅ：２．５ ｋｍ ｒａｎｇｅ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，２７０ ｋｍ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒａｎｇｅ； １ ３ ｍｉｎｕｔｅｓ ｔｉｍｅ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，０．４４ ｄｕｔｙ ｆａｃｔｏｒ，ａｎｄ ２—３ ｃｍ／ｓ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ．
１
Ｔｒ≤高
最后应检验是否满足不产生距离混迭条件
上≥２玑，：塑警
叮
‘
在满足上述条件下，发射脉冲宽度７１ｒ尽量取
大一些，以便提高系统工作比＿，用以增加雷达系统
发射的平均功率．
万方数据
相干积累时间又称为系统时间分辨率，有人将 雷达系统的天线Ｉ：１径、发射功率与相干积累时间三 者的乘积用来衡量雷达系统的检测能力，而相干积 累时间受到目标特性的限制，对于运动的硬目标，在 相干积累时间内目标不能超出系统规定的一个距离 元．而对于海洋探测，相干积累时问应小于海洋表 面各态厉经平稳随机过程的稳定时间．根据大量资 料这个时间小于３０ ｍｉｎｎ］．由于Ｄｏｐｐｌｅｒ分辨率与 相干积累时间直接相关，相干积累时间越长则 Ｄｏｐｐｌｅｒ分辨率越高，测速分辨率也越高．
嗍 ｙＡＮＧ Ｚｊ—ｊｉｅ，ＨＯＵ ＪＪｅ—ｃｈａｎｇ，ｗＵ Ｓｈｉ—ｃａ】．盯ａ１．
Ｓｏｍｅ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＯＳＭＡＲ［Ｊ］． Ｊ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖ（Ｎａｔ Ｓｃｉ Ｅｄ）．１９９４．（Ｓｐｅｃｉａｌ Ｉｓｓｕｅ） ３８—４５（Ｃｈ）．
嘲 ＹＡＮＧ Ｚｉ—ｊｉｅ·ＷＵ Ｓｈｉ—ｃａｉ，ＨＯＵ Ｊｉｅ—ｅｈｓｎｇ．ｅｔ ａｔ
ｓｈｅｎｇ．ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ Ｓｙｎｅｈｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｏｆ ＨＦ Ｇｒｏｕｎｄ
Ｗａｖｅ Ｒａｄａｒ ＯＳＭＡＲ２０００［Ｊ］．Ｊ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖ（Ｎａｔ Ｓｃｉ
Ｅｄ）．２００１．４７（５）：５６０—５６４（Ｃｈ）．
ｇａｄ『Ａ ［４］Ｇｅｏｇｒｅｓ Ｔ Ｍ．Ｃｏａｓｔａｌ Ｏｃｅａｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｕｓｅｒ’ｓ Ｇｕｉｄｅ［Ｍ］．Ｂｏｕｌｄｅｒ Ｃｏｌｏ：ＮＯＡＡ ＷＰＬ．１９８４．
１９９４．
叫 ｗｕ Ｓｈｉ—ｃａｉ·ＹＡＮＧ ｚｉ—ｊｉｅ．ＷＥＮ Ｂｉ—ｙａｎｇ．ｅｔ ａｌ Ｔｅｓｔ
ｏｆ ＨＦ Ｇｒｏｕｎｄ Ｗａｖｅ ｒａｄａ ＯＳＭＡＲ２０００ ａｔ ｔｈｅ Ｅａｓｔｅｒｎ
Ｃｈｉｎａ Ｓｅａｕｊ．Ｊ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖ（Ｎａｔ ５ｆｆ Ｅｄ），２００１，们
（１）：１１１一１１７（Ｃｈ）．
詈≥２△丘。：警
Fra Baidu bibliotek
嚣：耄黧竺竺竺受滤波器后＇晶箱谜蒹，４拦ｍｔｇｉ竺忧 篓萎兰彗竺竺连续信号．只需进｝；≤磊柔样，而不 要彗影黧响接．竖这篓对氅采射样脉方冲寨期和间ＦＦ被善压磊磊黼黼群薪雾簇薹
蠕。兰：琶生，驾程雷达容易满足，而在中远程高
霎黧妻曼叠黧椭易涟芫薹三差筹暑 黧翼髦璺慧海域时＇由于藉募篡摹：嚣凳 黧较复雾杂［虽“．然可以采用软件处毒；‘蠢…菜１”≤“：”“歪２
塞恕｝ｎ的正负舍去寿杂湍！－－Ｊ？２／， 。悬竺王竺垫程是：在一个扫频周期了１内以７００
：？量冀粤苎彗采集·ｏｚ。次，实爵葚荐蔡∑茨
潜是呈：世：二磐差粤迭是由于Ｄ。ｐｐ］ｅ一ｒ。采、样”频’”率＋１不、
满足采样定理ｇｆ起的．
要姜：亨墨耄离ｊ元麓便三得ｓ到㈦一或个双蛾字个节诺表示≤爵凳釜淤茹：：磊．５４：个 散散射射誓频萎率洋探测，在深水条件和饱和～海一态下…，…Ｂ，”。ｇｇ
杨子杰等：高额地波雷达波形参数设计
５３
数．经现场实验证明设计是正确的‘９１
参考文献：
［１］Ｂａｒｒｉｃｋ Ｄ Ｅ．Ｌｉｐａ Ｂ Ｊ．Ｇａｔｅｄ ＦＭＣＷ ＤＦ Ｒａｄａｒ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ Ｒａｎｇｅ／Ｄｏｐｐｌｅｒ／Ａｎｇｌｅ Ｄｅｔｅｒｍｉ— ｎａｔｉｏｎ．Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ ５３６１０７２．１９９４ Ｅｓ３．
／ｏ；＝÷”。。
式中厶为雷达工作波长．则要求 ，．≥２，ｏ。
７一Ｔｉｏ 在ＯＳＭＡＲ２０００中，ｇ一３．２ ｍｓ．ＴＰ一１．４ ｍｓ，尺。，＝
２７０ ｋｍ，Ｂ一３０ ｋＨｚ．△Ｒ一５ ｋｍ，Ｔ＝７１ ６．８ ｉｒｉｓ，Ｔ。 一７２６．４ Ｉｌｌｓ，１３，／０。一７５，３ Ｈｚ，＿一０．４４．
当发射脉冲ｎ参数确定后，压地波脉冲ｒｎ收 发控制脉冲丁ｎ便容易确定．丁ｎＴｎ前沿比丁ｒ前｝昔 提前１０ ｇｓ．ＴＲ后沿比７’Ｐ后沿落后１０ ｐｓ．而了１ｂ比 Ｔ一后沿落后３０ ｐｓ，以便为收发控制和接收机闭锁 提供保护时间．
为了便于进行ＦＦＴ，取样本数ｍ＝２‘．（｛为正 整数），常取Ⅲ＝５１２或１ ０２４，于是相干积累时闻
ｆ。一ｉＴ／Ｌ
Ｄｏｐｐｌｅｒ分辨率 Ａｆａ＝焘一言
而测速分辨率与雷达工作频率有关．
】．
△口２：署Ａｆａ
雷达工作频率越高，在同样Ｄｏｐｐｌｅｒ分辨率下， 测速分辨率也越高．
在ＯＳＭＡＲ２０００中，ｍ一１ ０２４．ｔ。一７４３．８ Ｓ， Ａｆ，＝１．３４ ＭＨｚ，在ｆｏ＝７．５ ＭＨｚ时测速分辨率 △口＝２．６８ ｃｍ／ｓ．
５结语
雷达波形参数的确定，主要取决于总体技术指 标要求和总体方案口。］，尤其是相控天线阵形式”Ｊ． ＯＳＭＡＲ２０００雷达研制过程中，先是通过相控天线 阵的理论计算，再进行计算机模拟和海边现场试验， 最后确定为“一发八收”、收发共用，接收数字波束形 成（ＤＢＦ）方案ｏ］．在此方案下设计了雷达工作参
第５期
图１ ＦＭＩＣＷ工作波形
竖鍪是瞽：国２０隶０１８０６５３一计ｌＯ划资助项目（８６３—８１８一ｏｌ。ｏ ２）
作者简介；橱子杰‘１９４３）．男，教授。博士生导师．现从事高额地渡雷选海洋环境监｛－ｊ技术的研究Ｅ—ｍａｉｌ－ＺＪＹ４ ３０１ ７＠ｐｕｂｈｃ ｗｈ ｈｂ ｃｎ
万方数据
霎蒿磊燕蒸一一意５２９Ｐ８ｑ＝Ｔ 孽竺黧器舅享
摘要：根据线性调频中断连续波（ＦＭＩＣＷ）雷达原理．针对高频地渡雷达探测海洋表面动力学要素的要求． 给出了雷达信号数据采集与处理过程｝分析了被压地波酥冲中断的雷达回波信号可以进行连续采样的原理；设计
丁无距离混迭和Ｄｏｐｐｌｅｒ频率混迭的ＯＳＭＡＲ２０００雷达工作参数．该雷达主要技术指标为：距离分辨率２ ５ ｋｍ． 最大探测距离２７０ ｋｍ，时间分辨率１３ｒａｉｎ，雷达工作比０．４４．测速分辨率２－－３ ｃｍ／ｓ，现场实验表明．雷达波形参
Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ
Ｓｅａ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ＨＦ Ｇｒｏｕｎｄ－Ｗａｖｅ Ｒａｄａｒ
ＹＡＮＧ Ｚｉ－ｊｉｅ，ＫＥ Ｈｅｎｇ—ｙｕ，ＷＥＮ Ｂｉ—ｙａｎｇ·ＷＡＮＧ Ｓｈｕ—ｒｏｎｇ，ＴＩＡＮ Ｊｉａｎ－ｓｈｅｎｇ
（ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｗｕｈａｎ ４３００７２ｔＨｕｂｅｉ．Ｃｈｉｎａ）
Ｉｄｅａ ｏｆ ＯＳＭＡＲ ｉｎ Ｇｅｖｅｒａｌ［Ｊ］．Ｊ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖ（Ｎａｆ
嘲
Ｓｃｉ Ｅｄ），１９９４，（Ｓｐｅｃｉａｌ Ｉｓｓｕｅ）：４６—５２（Ｃｈ） ＺＨＡＮＧ Ｇｕａｎｇ—ｙｉ．Ｒａｄａｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｈａｓｅｄ
Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｒａｙ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｄｅｆｅｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｅｓｓ．
频带宽度为： Ｂ＝ｆ ｚ一｛、
于是线性调频速率为：
占
８＝亍
考虑到同步控制电路可编程器件的时间开 销叫，下一次扫频不是在扫频周期丁结束时刻开 始，而是在采样周期丁。结束时刻开始，且
Ｔ。＞了．
１ ＦＭＩＣＷ雷达工作波形及信号采集与处 理过程
雷达工作波形如图１所示．在扫频周期Ｔ内， 发射信号频率由起始频率，１线性增长到＾，占用的
图３接收机输出信号的频谱分布
外＇还包含位于压地波脉冲重复频率号及其谐波詈
…两边的频谱分布．当吉≤２△脚堋出现频毒
翼喜二喜：℃鬈！。竺制下，接收机输出信号频率表
器萋竺｝耋窭竺三娄射脉冲重复频率，说明被发射 萎兰耋苎妻翌要！塑的压地渡脉冲函茹葛言薹蔷嚣
纂须满喜足信： 息＇故称为距离混迭，～为…亨…茹。品“漏Ⅱ警’