典型地波雷达系统介绍-海洋遥感探测技术与应用

1.典型的海态测量地波雷达系统

用于海态监测的地波雷达产品主要有美国CODAR公司研制的SeaSonde、德国汉堡大学研制的WERA和国内的OSMAR系列。

（1）美国的SeaSonde雷达

美国CODAR公司生产的SeaSonde雷达，采用单极子交叉环接收天线形式，其主要优点是低功率与高灵活性。其发射信号波形为调频中断连续波，发射天线的平均发射功率为40 W，峰值发射功率为80 W，其有效波高测量精度为7%～15%。

表6.1给出了SeaSonde雷达的部分指标，其流速测量精度为7 cm/s，系统电源供给功率最低仅为350 W，这为其低功耗应用奠定了较好的基础。

表6.1　SeaSonde雷达系统参数

SeaSonde雷达在美国应用比较广泛，美国西部沿岸已经被SeaSonde雷达网络覆盖，在西部海岸形成了密集的沿岸高频雷达网络，可以提供连续、大面积的海流数据。近年来，我国台湾购进了十多部SeaSonde雷达，建成了覆盖台湾岛屿周围海域的雷达网络，此组网系统可以实时提供雷达覆盖海域的海表面流场数据及部分近距离处的浪高数据。

（2）中国的OSMAR系列地波雷达系统

国内的OSMAR系列雷达，采用线性调频中断连续波，雷达接收天线形式有阵列式和便携式两种。表6.2为OSMAR小型阵列式雷达测量海态的精度。

表6.2　OSMAR081-A8测量精度

OSMAR-S系列便携式高频地波雷达系统采用单极子交叉环紧凑型天线阵，通过单站雷达即可实现有效探测距离约10km内海浪和海面风的单点观测。OSMAR-S100便携式高频地波雷达可有效观测距雷达10km以内有效波高0.5m以上的海浪平均状况和平均风速5m/s以上的海面风，雷达反演有效波高和有效波周期的均方根误差分别为0.60m和1.60s，反演平均风速和平均风向的均方根误差为1.83m/s和16.7°。

（3）德国WERA地波雷达系统

德国汉堡大学研制的WERA雷达是典型的阵列式高频地波雷达产品。WERA发射信号形式为线性调频连续波，主要有两种阵列形式：4阵元方阵和16阵元线性阵。其中，4阵元方阵只能用来测量海流数据，16阵元线性阵既可以测量海流也可以测量海浪。(www.xing528.com)

表6.3为WERA雷达系统的部分参数。由表中数据可知，WERA工作在较高频率时，其探测范围较近，但使用阵列式接收天线，其角度分辨率很高。而且WERA可以用来进行民用船只的探测，目前已开发了用于目标探测的模块。

表6.3　WERA雷达系统参数

续表

目前世界范围内有超过500多部地波雷达系统应用于海洋观测，其中大范围（雷达频率3～10 MHz）观测雷达探测距离大于100km，短距离（雷达频率10～30 MHz）主要用于100km范围内的海洋监测。

2.典型的目标探测地波雷达系统

用于目标探测的地波雷达大多采用大型阵列式接收天线，以期获得更好的目标角度测量精度，典型代表为加拿大SWR-503和俄罗斯研制的“向日葵”系统。

（1）加拿大地波雷达系统

加拿大地波雷达系统主要有HF-GWR和SWR系列雷达。1990年，加拿大在纽芬兰东海岸Cape Race建立了地波雷达系统HF-GWR，该雷达工作频率为3～30MHz，峰值发射功率为1MW，最大探测距离可达600km，覆盖了带有9°波束宽度共110°的扇区。该雷达系统可实时监测大西洋和劳伦斯海湾之间的航行船只，实时探测和跟踪舰船、冰山和飞机，同时还可提供海面流和海浪信息。

2000年，雷声公司与加拿大国防部联合研制了两部高频地波雷达SWR-503，除了能够探测和跟踪EEZ 200海里内的船只、低空飞机和冰山外，还能完成海洋参数测量任务，为执行海洋法、海上安全和海上环境保护等活动提供支持，对大范围沿海地区进行全天候监视。SWR-503最大探测距离可达407km。SWR-610型号地波雷达，相对于SWR-503，其工作频率更高，增强了对中程距离范围内的较小尺寸目标的监测与跟踪。

近年来，雷声加拿大公司成功研制出了第三代高频地波雷达，该雷达采用了MIMO技术，基于软件雷达设计概念，采用直接数字下变频技术，与传统雷达相比减少了大量的模拟器件，该雷达能以交错脉冲的形式在两个频率连续独立工作。

（2）俄罗斯的“向日葵”系列地波雷达系统

俄罗斯莫斯科远程无线电通信研究所研制了TELETS高频地波雷达系统，用于探测海面移动目标。于1982年到1985年间在远东建立了多功能海岸实验探测系统，用于研究探测和跟踪海面目标的可能性。第一代探测舰船目标的地波超视距雷达已于20世纪90年代初装备俄罗斯海军，部署在海参崴，方位覆盖扇角60°，探测距离约为250km。经改进设计后的第二代地波超视距探测系统可以同时探测舰船和飞机目标，最大探测距离为300km，工作频段为5～15MHz，方位覆盖扇角90°，总发射功率为60kW，分军用型和民用型两种。民用型代号为“金牛座”，军用型代号为“向日葵”，“向日葵”性能优于“金牛座”20%～40%。