高频雷达海洋回波谱特性及影响其质量的因素[1]VIP免费

第11卷第2期1996年6月电波科CH】NESEJOURNAL学0F学报RADIOSCIENCEVol.11,No.2June,1996高频雷达海洋回波谱特性及影响其质量的因素’黄德耀(中国电波传播研究所)摘要:本文从高倾雷达海洋回波语形成机理出发,分别计论了海态、电离层、雷达工作参数等对高频雷达海洋回波错的影响。关键词:海浪能蚤谱,海洋回波错,Bragg散射中图法分类号:TN959.7CharacterofHFRadarSeaEchoSPectraandFactoroftheEffectsontheQualityoftheSPeetraHuangDeyao(ChinaResearehInstituteofRadiowaveProp昭ation,Xinxiang,Henan,453003,China)Abstraet:Inthispaper,onthebasisofmae卜anismformingHFradarseaechos邵ctra,theeffectsofseastate,ionosPhereandradarParameteronHFradar粉aechosPeCtraarediscu姗dseparately.Keywords:段.waveenergyspectrum,段日echos沐etrum,Braggscatter1日1.生.人.J.‘J高频电磁波从海面的散射特性是近几十年来特别感兴趣的课题。这主要是由于它既可用来作为研究海洋物理特性的重要工具,又可用来作为实时探测海洋气象的手段。处理和分析高频雷达海洋回波谱,不仅能获得海洋的物理特性参数,如海浪波长,海浪高度和海浪方向,而且还能获得在所观测的特定海域上的实际气象条件,如风速的大小和风向。海洋动力学所取得的成果为研究高频雷达海洋回波谱特性打下了基础。它揭示了海浪形成机理、风与海浪之间的相互作用、海浪传播速度的色散方程及海浪能量谱。海浪能量谱把海浪能量与海浪角频率联系起来了,它对研究和解释高频雷达海洋回波谱是极其重要的。1955年,crombiel〕首先发现高频雷达海洋回波谱在两个多卜勒频率上有强的尖峰,这两个多卜勒频率对应于其波长等于雷达波长一半的到达和离去的海浪速度,在其它多卜勒频率上海洋回波的幅度小得多.1966年,wait从理论上证明了上述两个尖峰是由于电磁波与具有特定速度的海浪之间谐振的结果,与交射线在水晶中的Bragg散射机理很相似,估称为一阶Bragg散射。·本文1995年5月收到第2期黄德耀:高频雷达海洋回波错特性及影响其质童的因素七十年代初,Barick[2j〔,〕提出了一阶和二阶高频电磁波海洋返回散射理论,为利用高频雷达海洋回波谱来推出海态和海面气象条件提供了理论依据。在大量的实验研究的基础上,科学家们找到了从高频雷达海洋回波谱反演出海面风方向、速度;海浪高度、侮流速度的方法。高频雷达探测、跟踪海上目标,特别是低速目标(舰船),受到海洋杂波的种种限制。为了提高高频雷达探测海上低速目标的能力,对研究高频雷达海洋回波谱特性提出了新的要求。高频雷达海洋回波谱的基本特征是在零多卜勒频率两边对称地有两个尖峰,两个尖峰的周围是连续谱区。两尖峰之间的距离、尖峰相对噪声的幅度,尖峰的宽度、二阶连续谱相对噪声的电平及其形状与海态、电离层传播条件和雷达工作参数均有着密切的关系。高频雷达为了探测、跟踪海上低速目标,希望回波谱中的两个尖峰幅度低而尖锐,二阶连续谱的电平低,这样才能减少雷达盲速区,有利于探测、跟踪小型低速目标。高频雷达管理工程师应根据不同的海态,选择最佳的雷达工作参数和最佳的电离层传播条件,才能达到上述目的。这只有在深入了解海态、电离层传播条件、雷达工作参数是如何影响高频雷达海洋回波谱特性之后,才能办到。2.高频雷达海洋回波谱的形成机理海洋表面是在自然界发现的比较复杂的时变结构之一。它的运动初看起来似乎具有无穷的无法解释的变化:无风日平静如镜,有风日大浪滔天。海洋物理学[’1[s]把海洋表面波分为毛细波和重力波。重力波波长大于1.73cm,作用在扰动水质上的主要恢复力是重力,它是海洋物理学主要研究对象。对于海浪波长大于维持它的水深200倍的这些波称为浅水波。当足够深,以至底部对波的传播特性的影响可以忽略时,它们被称为深水波。除了海滩附近以外,大多数海浪都可以被认为是深水波。本文所考虑的是深水重力波.2.1风激励的海浪海水除受重力和自身粘力以外,常受风力的影响。风激励的海浪实际上是风的能量和海浪能量之间的交换过程。速度小于风速的海浪将从风获得能量,一部分用于使海浪高度增大,一部分用于加大海浪的传播速度。当海浪速度超过风速时,海浪将遭受到空气阻力,最后达到...