[发明专利]一种波导超视距海浪监测雷达

说明书

技术领域

本发明涉及一种波导超视距海浪监测雷达，尤其涉及一种海面蒸发波导条件下通过海浪回波监测海浪的超视距雷达系统。

背景技术

海浪是海洋中重要物理参数之一，对船舶及海上作业有很大影响，甚至是致命的影响。全球每年因大风浪造成的船舶沉没、人员伤亡、海上建筑，沿岸结构破坏不计其数。随着人类活动向海洋进军，大风浪监测和预警已成为不可回避的实际问题。本项发明正是为了人类减灾、抗拒自然灾害提出的，具有重要的现实意义和市场前景。

选择X波段导航雷达作为海浪参数测量仪，具有较高的时空分辨率，目前，已经入商业化阶段，X波段船用导航雷达利用海表面电磁回波、海杂波图像获得海浪参数有德国的WamosII和挪威的WAVEX系统。

利用导航雷达对视距海面杂波提取。由于导航雷达架装（船或岸）高度限制，雷达发射电磁波以一个小角度与海面接触，随着距离增加视角会越来越小，如图4所示。海面反射杂波都集中在近视区（或雷达天线附近海区），随着船体摆动近视区视角不断变化使反射杂波量处于不稳定状态，无法精确提取统计，

更不能超视距大范围提取海浪波高和周期信息。

本发明原理弥补了申请号200910017953.8“双极化X波段雷达海浪参数测量系统”和WamosII和WAVEX发明的不足。

另外，选择导航雷达改进，主要是现今导航雷达普及率高，改进方便，更主要是导航雷达对夜间航行和雾天航行能起到关键作用，但不能对大风浪监测起到预警作用。本项发明正是为今后导航雷达改进、增加大风浪预警功能提供技术支持。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种波导超视距海浪监测雷达，具有：

发送和接收雷达波的传感器系统传感器系统、

测量水文气象数据的环境测量单元、其特征在于还具有：

计算当前气象条件下是否具有海面蒸发波导的波导计算模块以及判断雷达在当前气象条件下是否具有超视距性能的超视距评估模模块

海浪监测模块：在具有海面蒸发波导的情况下，对当前雷达的检测范围划定等距网格，记录每个网格的雷达回波强度，去除海面目标的强信号，保留回波中的海杂波弱信号；判定回波中海杂波弱信号强度大于周边网格的若干网格为浪峰；得到扫描区域内的所有海浪浪峰回波信号，得到相邻浪峰的长度，即海浪波长；

记录两个相邻的雷达扫描周期，得到海浪的移动方向、距离、移动速度和海浪频率，完成海浪监测。

海况分析模块，接收所述海况分析模块输出的海浪频率、波长、移动方向和移动速度的参数，根据海浪谱得出当前海浪的浪高，得出当前海况等级。

海况预警模块，与所述的海况分析模块和海浪检测模块通信连接，根据当前海浪的移动方向和速度，以及海况等级发出预警提示，同时计算船舶的合理规避航线。

具有水文气象风速传感器，当风速超过15米/秒时，统计明显增加的海杂波量，若海杂波量增加明显或超过阈值，则判定当前出现巨浪或狂浪，使用所述海况预警模块发出巨浪和狂浪预警。

所述波导计算模块根据所述环境测量单元采集的所述环境参数，通过计算理查森数Ri和Monin-Obukhov尺度长度L’计算所述大气稳定度；在不同大气稳定度的状态下计算海面蒸发波导高度和该波导的大气修正折射指数；

所述超视距评估模块根据所述波导计算模块输出的海面蒸发波导高度和大气修正折射指数，判定当前雷达是否具有超视距性能；

工作时，所述的超视距评估模块根据所述波导高度和大气修正折射指数，计算当前海面蒸发波导的陷获频率，当所述陷获频率大于当前雷达的固有频率时，且波导高度高于雷达天线高度，判定当前雷达具有超视距性能。

还具有雷达探测距离评估模块：通过比较不同传输距离的雷达回波功率与雷达的最小可检测信号功率：若某个距离的雷达回波功率大于雷达的最小可检测信号功率，则当前距离为雷达的可探测距离。

波导计算模块、超视距评估模模块和海浪监测模块集成在一板卡上，可与现有导航雷达系统对接，使现有的导航雷达具有波导超视距海浪监测功能。