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数字化高频地波雷达

技术简介

       高频地波雷达又称为高频表面波雷达(HFSurfaceWaveRadar),它是利用垂直极化高频电磁波沿高导电率海水表面的绕射特性,实现对海洋环境(如风、浪、流等海洋动力学参数)的超视距探测。高频地波雷达的探测距离视雷达对回波信号的检测能力而定,最远可达400km以上。高频电磁波沿海水表面传播时,一方面电磁波绕地球表面爬行传播,另一方面电磁波与海面波浪和海上目标相互作用而被散射。高频地波雷达利用接收到的波浪的后向散射回波Doppler谱和Barrick建立的海洋回波一阶和二阶散射截面方程,可得到如海流、浪高、风场等海态信息,从而实现对海态的监测。

       数字化高频地波雷达,由技术开发单位自主创新研制的新一代高频地波雷达。该雷达利用了研制单位长期以来从事海军雷达装备研制生产所积累的特色雷达信号处理技术成果,最大程度的采用了数字化技术和软件无线电技术,是当今国际首创的全数字化高频地波雷达,达到了国际、国内领先水平。
与国内外现有的同类体制雷达相比,数字化高频地波雷达充分展现了数字化技术和软件无线电技术的优越性及更为优异的电气性能。系统灵敏度、动态范围和信噪比等重要性能指标得到了全面的提升,雷达回波信号质量和探测能力明显提高,雷达抗干扰能力和可靠性更为强大。


技术指标

流场探测性能指标(平均发射功率100W)

序号

参数名称

性能参数

1

标准阵列式─三元八木发射天线和八元阵列接收天线

1.1

探测距离/获取率

150km/95%180km/90%200km/85%(最大探测距离350Km)。

1.2

测量范围

流速0300cm/s,流向0360°。

1.3

距离分辨率

0.5km/1.25km/2.5km/5km可在线切换。

1.4

方位分辨率

2°。

1.5

平均测量误差

流速≤±5cm/s,流向≤±5°。

 

2

小型阵列式─单极子发射天线和便携式四元小型阵列接收天线

2.1

探测距离/获取率

120km/95%150km/90%200km/80%(最大探测距离280Km)。

2.2

测量范围

流速0300cm/s,流向0360°。

2.3

距离分辨率

0.5km/1.25km/2.5km/5km可在线切换。

2.4

方位分辨率

5°。

2.5

平均测量误差

流速≤±5cm/s,流向≤±5°。

 

3

便携式─单极子发射天线和便携式单极子/交叉环接收天线

3.1

探测距离/获取率

100km/95%150km/85%200km/75%(最大探测距离250Km)。

3.2

测量范围

流速0300cm/s,流向0360°。

3.3

距离分辨率

0.5km/1.25km/2.5km/5km可在线切换。

3.4

方位分辨率

5°。

3.5

平均测量误差

流速≤±5cm/s,流向≤±5°。

浪场探测(平均发射功率100W)

序号

参数名称

性能参数

1

标准阵列式─三元八木发射天线和八元阵列接收天线

1.1

探测距离/获取率

50km/90%80km/70%120km/50%(最大探测距离180Km)。(注:对H1/3=3m的波浪)

1.2

测量范围

浪高1.5m10m,浪向为0360°,浪周期为015s

1.3

距离分辨率

0.5km/1.25km/2.5km/5km可在线切换。

1.4

方位分辨率

15°。

1.5

均方测量误差

浪高≤(0.5m+实测值的20%),浪向≤25°,浪周期≤1s

 

2

小型阵列式─单极子发射天线和便携式四元小型阵列接收天线

2.1

探测距离/获取率

40km/90%70km/70%100km/50%(最大探测距离150Km)。(注:对H1/3=3m的波浪)

2.2

测量范围

浪高1.5m10m,浪向为0360°,浪周期为015s

2.3

距离分辨率

0.5km/1.25km/2.5km/5km可在线切换。

2.4

方位分辨率

30°。

2.5

均方测量误差

浪高≤(0.5m+实测值的30%),浪向≤30°,浪周期≤1s

浪场探测(平均发射功率100W)

序号

参数名称

性能参数

1

标准阵列式─三元八木发射天线和八元阵列接收天线

1.1

探测距离/获取率

风向:<120km/90%150km/75%200km/50%(最大探测距离250Km);风速探测距离同浪场指标。

1.2

测量范围

风向0360°,风速575m/s

1.3

距离分辨率

0.5km/1.25km/2.5km/5km可在线切换。

1.4

方位分辨率

10°。

1.5

均方测量误差

风速(稳态风场)≤(2m/s+测量值的20%),风向≤25°。

 

2

小型阵列式─单极子发射天线和便携式四元小型阵列接收接收天线

2.1

探测距离/获取率

风向:<100km/90%120km/75%150km/50%(最大探测距离200Km);风速探测距离同浪场指标。

2.2

测量范围

风向0360°,风速575m/s

2.3

距离分辨率

0.5km/1.25km/2.5km/5km可在线切换。

2.4

方位分辨率

15°。

2.5

均方测量误差

风速(稳态风场)≤(2m/s+测量值的30%),风向≤35°。

输出数据更新率

每小时输出所覆盖海域的数据6次(1次/10分钟)。

技术特点

       数字化高频地波采用了当今最先进的数字射频接收和信号处理技术,克服了传统数模结合型高频地波雷达的缺点,从而使系统达到了更高的性能,其的技术特点如下:

(1)、采用数字射频接收技术、数字阵列信号处理技术和软件无线电技术,避免了模拟处理方法带来的各种附加干扰,提高了系统探测性能;
(2)、采用单板一体化十六通道数字阵列信号接收、处理和信号合成模块,最大程度减少了信号互联和转接,保证了多通道的幅相一致性和隔离度,极大地提高了系统探测的精确性、稳定性和可靠性;
(3)、采用软件无线电实现频谱监测和自动选频功能,无需专用的频谱监测通道,简化了系统,提高了系统可靠性;
(4)、采用快速、标准、可靠的千兆网数据传输方式,安装使用方便,适宜远程操控和无人值守;
(5)、采用全固态、高集成、数字程控发射机,不但能够适应不同使用需要的功率要求,而且保护性能好,可靠性高;
(6)、硬件平台具备很好的通用性,通过编程设置,既可实现便携、中近程、中远程和超远程的系列化,也可实现海洋环境与海上目标的共同探测,还可实现变频和双频功能;
(7)、采用了独特的双向色标表征径向海流的方法,单站雷达就能够清晰地显示海流流场结构和变化趋势;
(8)、硬件高度集成,设备体积小、重量轻、功耗低、可靠性好。


技术水平

       国际先进


应用领域和范围

       国家海洋局、中国气象局等单位


专利状态

       已申请专利8项


技术状态

       小批量生产、工程应用阶段


合作方式

       合作开发


投入需求

       1200万元


转化周期

       1年


预期效益

高频地波雷达的市场和应用需求主要有以下几个方面:

国家海洋局及其下属三个分局和沿海各省市地方海洋渔业局;
中国气象局及其下属沿海各省市县气象局;
国内海上油田、海上风电等对海洋环境信息依赖较大的大型企业;
中国海监总队及其下属三个分区总队;
国内国防领域;
国外东南亚和其它一些沿海发展中国家。
       根据以上的需求情况分析,国内总的需求量在100部(双站)以上,国外需求也有几十部,按每部雷达330万元计算(含备件,不含配套设备),国内总的市场规模近4亿元,本项目的目标是获得国内三分之二以上的市场份额。