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OSMAR-M01小型阵列变频高频地波超视距雷达

技术简介

       海洋开发利用、海洋环境监测、灾害预测与预报和国防,都依赖于对风、浪、流、潮等物理海洋要素基础数据、变化规律的掌握和预测预报。为能够及时准确地掌握海洋自身运动变化的规律,确保海洋经济的健康发展及海洋资源的可持续利用,维护海上权益,防治海洋污染和预防海洋灾害,迫切需要先进的海洋环境监测设备和技术,对海洋环境实现全方位、多手段的立体监测。

       高频地波雷达(又称为高频表面波雷达)利用垂直极化的高频(3~30MHz)电磁波在海洋表面绕射传播衰减小的特点,能超视距探测风场、浪场、流场等海洋动力学参数和海上低速移动目标。与传统海洋探测设备相比,高频地波雷达具有覆盖面广、实时性好、全天候、运行费用低等优点,是实现海洋“面”的层面上实时监测的基本工具,可以弥补我国常规海洋监测仪器能力不足,提高我国周边海域海洋环境实时监测的能力。

       该项目在“十一五”国家863计划课题“变频多功能新型高频地波雷达”的研究成果基础上,实现标准化设计、生产与应用,同时针对海边宽阔场地难寻等问题,实现小型变频高频地波雷达的产业化,从而推进科研成果服务海洋强国战略。

       该项目突破了小型圆形阵天线互耦的关键技术瓶颈,解决了接收天线隔离度等关键问题,在高频地波雷达领域,开发了OSMAR-M01系列,特别是在雷达对海流提取的通道校准、抗瞬态干扰、抗电离层干扰等方面具有独立自主知识产权。

       根据海洋表面流探测距离和浪高谱探测的频谱分布特点,经过仔细的理论分析和仿真计算,本系统工作频段为7.5MHz~27MHz,可以从中任意选出2~4个频率点实现帧间变频方式,以满足风浪流探测的要求。在雷达波形设计上,通过数字方法实现线性调频中断连续波FMICW体制与脉间线性调频相兼容,实现收发共站。通过适当选择工作频率组合,可以同时达到探测距离远、探测精度高等指标要求。

       硬件系统采用基于LXI(LANeXtensionsforInstrumentation局域网的仪器扩展)总线技术的数字化宽带硬件平台方案,包括宽带发射天线、宽带接收天线阵、宽带雷达发射机、宽带多通道接收机、频谱监测、系统同步控制器/频率合成器、以太网交换机、系统控制和海态反演计算机等。


技术指标

一、雷达探测性能技术指标
1.流场测量:
a.探测距离:200km;
b.测量范围:流速0~300cm/s,流向0~360°;
c.获取率:80%;
d.相关系数:85%;
e.误差(均方根):流速≤15cm/s,流向≤25°。
2.风向测量:
a.探测距离:200km;
b.测量范围:流向0~360°;
c.获取率:80%;
d.误差(均方根):对稳态风场且风速>5m/s时,≤35。
3.风速测量:
a.探测距离:50km;
b.测量范围:1m/s~75m/s;
c.获取率:80%;
d.误差(均方根):对稳态风场≤2m+测量值的20%。
4.浪场测量:
a.探测距离:50km;
b.测量范围:1m~10m;
c.获取率:80%;
d.误差(均方根):有效浪高≤0.8m+测量值的20%(H/3)
浪周期≤1s+测量值的10%。
二、雷达设备性能技术指标
1.工作频段:7.5MHz~10MHz、13MHz~16.5MHz、18.5MHz~22MHz、24MHz~27MHz,工作频率任意设定(符合国际电信联盟要求),频段切换时间≤2ms。
2.距离分辨率:1~5km可变
3.雷达发射机峰值功率:≤300W
4.接收天线形式:直径为5米、7根天线构成的圆形阵
5.抗风能力:13级台风
6.输出结果类型:流场(流速、流向分布)、风场(风速、风向分布)和浪场(浪高、浪周期分布)。
7.输出数据更新率:≤10分钟/场
8.物理特性

⑴.体积和重量

序号 设备名称 外形尺寸 重量 数量 安装位置 备注
(W×D×H,mm3 (kg)
1 发射天线 φ4000(max)×7200 40 1部 室外  
2 接收天线 φ100(max)×2150   7根 室外 注1
3 接收天线阵 φ8000(max)×5100(max) 280 1部 室外 注2
(含支架)
4 主机 540×650×1400 80 1台 室内  
5 射频电缆 发射电缆100m,其余50m   8根   注3
备注:

1.接收天线形式为小型共形阵、线阵的配置;
2.小型环形阵的配置,包括7根接收天线和支架。接收天线阵的总高度根据场地情况确定,最小高度2350㎜;
3.含一根发射电缆馈线。
⑵.冷却
自然风冷
⑶.安装和维护条件
a.需要向室内设备提供交流220V不小于1.5kW的电源;
b.室内设备需要占用不少于的4㎡室内空间,应有良好的通风条件;
c.为充分发挥雷达探测能力,室外天线应满足下列要求:
发射天线:15×15m2平整场地,需要铺设地网,天线场地要做好排水处理,防止积水;场地内避免出现除天线外的高大金属结构;
接收天线:小型共形阵、线阵:15×60㎡平整场地;小型环形阵:场地不需要平整。
9.环境要求
供电电源:交流220V(-20%~+10%)50±2Hz,1.5kW;
工作温度:-10℃~45℃;
贮存温度:-20℃~70℃;
相对湿度:≤93%。
10.可靠性
基本可靠性指标:MTBF≥1000h;
任务可靠性指标:MTBCF≥2000h。
11.设计寿命:10年
12.噪声、电磁兼容特性和安全符合国家和有关行业规定。

技术特点
(1)功能齐全,测量参数丰富:可以同时探测海洋表面海流、海浪和海风要素;在7.5~27MHz的频段内按照国际电信联盟对海洋雷达频谱资源的规划和分配规定任意变频:涵盖近程、中程雷达的频率范围,能够兼顾远距离的海流探测和近距离的海浪的探测。
(2)性价比高:全频段多频点,单部雷达相当于中程、近程、超近程多部雷达;
(3)占地面积小:小型圆形阵列式,阵列直径5米,占地面积小,抗风性能好。占地面积与Codar相近,性能与Wera相近;
(4)电磁兼容性好:全工作频段符合国际电信联盟(ITU)规定;
(5)抗干扰能力强:采用独特的专利技术,可在强干扰和电离层干扰环境下工作;

技术水平

       国际先进

应用领域和范围

       海岸警戒、海啸预报、海上交通管制、国防以及预测失灵船漂浮和监测污染物的扩散。

专利状态

       已取得专利4项

技术状态

       试生产、应用开发阶段

合作方式

       许可使用、技术服务

投入需求

       1000万元

转化周期

       半年

预期效益

       高频地波雷达利用垂直极化的高频(3~30MHz)电磁波在海洋表面绕射传播衰减小的特点,能超视距探测风场、浪场、流场等海洋动力学参数和海上低速移动目标。与传统海洋探测设备相比,高频地波雷达具有覆盖面广、实时性好、全天候、运行费用低等优点,是实现海洋“面”的层面上实时监测的基本工具,可以弥补我国常规海洋监测仪器能力不足,提高我国周边海域海洋环境实时监测的能力。

       高频地波雷达应用广泛,可用于海岸警戒、海啸预报、海上交通管制、国防以及预测失灵船漂浮和监测污染物的扩散,具有极大的应用价值。