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淞皇
第卷第期遥感技术与应用., .
年月.
机载海洋雷达高度计工作模式及数据处理
一郭伟张俊集张升伟、、.
中国科学院长春地理所长春
摘要简要介绍雷达高度计原理。设计了一套适合于机载海洋雷达高度计系统的
柞模式,完成数据处理子系统的研制。详细论述系统内定标的算法,设计了系统的模
式控制及数据处理的软件。通过对大量模拟数据的测试,软件运行良好,可用于机载飞行。
关键词雷达高度计全击斜坡内定标捕获跟踪
卫星遥感是全球海洋监测及研究的最有效手段。星载海洋雷达高度计能够全天候、全天
时监测海洋,提供平台至海平面高度、海洋有效波高及后向散射系数等海洋动力学参数,成
为海洋研究的最有效的微波遥感器,由于以往传统的脉冲雷达高度计都是在时域内对回波
进行处理,其测高精度只达到了米的量级年美国研制成功的第三代雷达高度计
高度计采用了“全去斜坡”及滤波器组分辨回波等方法,将信号从时域转换到
频域进行处理,首次在星载轨道上达到了的测高精度“,此后各国纷纷投入力量研制
的海洋雷达高度计,都是以为设计基础在我国,高度计研究的重点主要集中
于机载海洋雷达高度计的研制,为将来星载高度计提供技术先导和实践基础。年中科
院长春地理所完成了“全去斜坡”及滤渡器组分辨回波的原理性实验,成功地解决了这项关
键性技术。此后,机载海洋雷达高度计被列为我国“八五”重点攻关项目,通过中科院空间中
心与我们的合作,研制出了机载高度计的收发系统。本文根据系统性能指标的要求,设计了
系统的工作模式,建立了各模式的数学模型,给出了系统各主要参数的算法,通过软件设计,
实现了工作模式的控制及数据处理,经大量地面模拟实验,表明符合机载飞行要求。
机载海洋雷达高度计原理
海洋雷达高度计通过垂直向海面发射线性调频脉冲,接收海面回波并进行处理来精确
观测平台至平均海平面的高度、海面有效波高及后向散射系数于年给出了一
个清晰的海面回波卷积模型,表示为:
●
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其中,表示海面平均回波功率;表示平坦表面的巾激响应;表示散射面上散
国家八五重点攻关项目———
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遥感技术与应用总第期
射元的高度概率密度函数;表示雷达系统的点目标的冲激响应。
经过数学推导,海面回波功率可简化为。’:
。‘”娌
其中,。表示含有后向散射系数信息的系数;一。;。是平台至平均海
平面的时间延迟; 秒为粗糙海洋表面时回波功率斜坡引导沿的上升时问,它与系统的分
辨率及均方根波高有关,即√《孕。
图给出了式描述的回波功率曲
线。曲线表示平坦海面,即一时的
回波功率。曲线表示粗糙海面的回波
功率曲线,其斜坡引导沿的斜率与波高有
关。对于一般的海况,斜坡引导沿通常为几
纳秒至几十纳秒。如果在时域内进行处理,
很难达到几纳秒的系统分辨率,采用“垒去
图回波功率曲线斜坡”及滤波器组分辨回波的方法能很好
解决这个问题。所谓“垒去斜坡是指海面
回波信号和接收机中某一本振信号都是性质相同的线性调频脉冲信号, 者混频结
果是将来自海面上不同高度点回波信号之间的时延转换成频差,即:△—· △,为线
性调频频率变化斜率。这样就将信号从时域转换到了频域进行处理。图给出了机载海洋
雷达高度计功能框图。
图机载海洋冒选高度计功能框图
如图所示,,由天线
垂直向海面发射。预计回波到来时,系统第二次触发产生器,产生本振脉冲与回波进
行“垒去斜坡”混频,混频后就将海面上不同高度点回波信号间的时延转换成频差,即天线与
海面各散射间点的不同距离同混频后信号中的不同的频率分量一一对应。这些频率分量被
中放后的滤波器组分离开来,经采样后送至计算机处理可见,采用“垒去斜坡”技术能够使
高度计精密跟踪处理海面回波信号,为建立系统的工作模式和数据处理提供了技术基础。
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第期郭伟等:机载海洋雷达高度计工作模式及数据处理
工作模式的设计
高度计的工作模式是实现系统实时控制及数据处理的关键。它通过计算机软件的设计,
结合系统硬件的配置,按照一定的时序控制雷达系统的工作状态,实现系统对海面回波信号
的捕获、跟踪及数据处理。
. 系统的工作模式
.. 作模式的功能
距离字控制——通过定时器中的粗距离字计数器和精距离字计数器。,把预估的高
度值转换成两个计数器的置数来控制本振脉冲产生时间,实现对回波信号的捕获和跟踪。
控制——用于把接收信号保持在最佳的动态观测范围。
噪声、偏置的测量——用于设置对回波捕获的判别门限