《高頻地波雷達(dá)》word版

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1、一、簡(jiǎn)介高頻地波雷達(dá)(HFSurfaceWaveRadar，簡(jiǎn)稱(chēng)HFSWR)作為一種新興的海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)，具有超視距、大范圍、全天候以及低成本等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)各國(guó)專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)(EEZ)監(jiān)測(cè)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的高科技手段。各臨海發(fā)達(dá)國(guó)家均進(jìn)行了研發(fā)投入，并實(shí)施了多年的對(duì)比驗(yàn)證和應(yīng)用示范。高頻地波雷達(dá)利用短波（3～30MHz）在導(dǎo)電海洋表面繞射傳播衰減小的特點(diǎn)，采用垂直極化天線輻射電波，能超視距探測(cè)海平面視線以下出現(xiàn)的艦船、飛機(jī)、冰山和導(dǎo)彈等運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，作用距離可達(dá)300km以上。同時(shí)，高頻地波雷達(dá)利用海洋表面對(duì)高頻電磁波的一階散射和二階散射機(jī)制，可以從雷達(dá)

2、回波中提取風(fēng)場(chǎng)、浪場(chǎng)、流場(chǎng)等海況信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋環(huán)境大范圍、高精度和全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。?高頻地波超視距雷達(dá)的工作原理（R1為視距，R2為雷達(dá)作用距離）??在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，地波超視距雷達(dá)的工作波長(zhǎng)和電波傳播特性決定其具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)（相對(duì)于微波雷達(dá)而言）：（1）作用距離遠(yuǎn)（300～400km）；（2）極強(qiáng)的反隱身能力；（3）抗低空突防；（4）抗反輻射導(dǎo)彈，等等。在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，地波超視距雷達(dá)具有覆蓋范圍大、全天候、實(shí)時(shí)性好、功能多、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，在氣象預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)、航運(yùn)、漁業(yè)、污染監(jiān)測(cè)、資源開(kāi)發(fā)、海上救援、海洋工程、海洋科學(xué)研究等方面有廣泛的應(yīng)用

3、前景。高頻地波雷達(dá)應(yīng)用示意圖???由于其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景，許多臨海發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相研制、購(gòu)置和部署地波超視距雷達(dá)，以抵御現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的威脅并滿足海洋開(kāi)發(fā)與研究的需要。美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、加拿大、德國(guó)、法國(guó)、澳大利亞、日本和新加坡等都研制過(guò)或正在發(fā)展高頻地波超視距雷達(dá)，其中典型代表有加拿大的SWR-503系統(tǒng)、美國(guó)的Seasonde系統(tǒng)和德國(guó)的WERA系統(tǒng)等。美國(guó)CODAR公司生產(chǎn)的著名SeaSonde地波雷達(dá)（交叉環(huán)／單極子是其典型特征）德國(guó)漢堡大學(xué)研制的WERA地波雷達(dá)系統(tǒng)美國(guó)雷聲公司為加拿大生產(chǎn)的SWR－503系統(tǒng)武漢大學(xué)研制的中程高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)O

4、SMAR二、歷史雷達(dá)的前身是電離層測(cè)高儀。上個(gè)世紀(jì)初為了解釋Maconi成功實(shí)現(xiàn)跨越大西洋的無(wú)線電通信，Kennelly和Heaviside提出在地球大氣層中存在一個(gè)導(dǎo)電層——1902年Kennelly猜測(cè)無(wú)線電波在大約80km的高空經(jīng)一傳導(dǎo)層反射，同年“聰明、憤世嫉俗、自學(xué)成才的數(shù)學(xué)家和工程師”O(jiān)liverHeaviside在為大不列顛百科全書(shū)撰寫(xiě)的一篇文章中也獨(dú)立提出類(lèi)似的思想。現(xiàn)在我們當(dāng)然知道那就是電離層，當(dāng)時(shí)科學(xué)家和工程師把那叫做“Kennelly-Heaviside層”，但那個(gè)層是否存在還眾說(shuō)紛紜。隨后二極管、三極管、正反饋和超外差接收機(jī)等等無(wú)

5、線電技術(shù)如雨后春筍般地出現(xiàn)，為電離層存在性的驗(yàn)證準(zhǔn)備了必要的技術(shù)條件。到1925年Breit和Tuve設(shè)計(jì)出一個(gè)無(wú)線電脈沖發(fā)射及接收裝置，通過(guò)向上空發(fā)射無(wú)線電脈沖并接收到反射回來(lái)的脈沖(Echoes)，驗(yàn)證了電離層的存在，同時(shí)可通過(guò)收發(fā)脈沖之間的時(shí)間間隔計(jì)算電離層的高度。這個(gè)裝置就是電離層測(cè)高儀。????個(gè)人認(rèn)為Breit和Tuve發(fā)明的電離層測(cè)高儀其實(shí)就是雷達(dá)，也就是說(shuō)雷達(dá)是在1925年就被發(fā)明了，而不是如同現(xiàn)在流傳的是二戰(zhàn)前幾年由英國(guó)人發(fā)明的。只不過(guò)Breit和Tuve的工作不夠“軍事”、不夠“傳奇”、不能體現(xiàn)雷達(dá)這個(gè)字眼的神秘性罷了。????上世紀(jì)

6、四、五十年代人們發(fā)現(xiàn)在海岸擔(dān)任探測(cè)和警戒任務(wù)的雷達(dá)總是受到來(lái)自海面不明原因的“干擾”。1955年，Crombie關(guān)注這一現(xiàn)象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)“數(shù)十米波長(zhǎng)的電磁波與海洋表面的相互作用，將產(chǎn)生Bragg繞射現(xiàn)象”。原來(lái)那些干擾是波長(zhǎng)等于無(wú)線電波波長(zhǎng)一半、傳播方向平行于（接近或遠(yuǎn)離）雷達(dá)發(fā)射波束方向的海浪與無(wú)線電波“諧振”散射所產(chǎn)生的回波。Crombie的研究揭示了上述“干擾”的物理來(lái)源，同時(shí)使地波雷達(dá)超視距探測(cè)海面狀態(tài)成為可能。????冷戰(zhàn)期間美、蘇部署了為數(shù)不少的超視距雷達(dá)用于探測(cè)對(duì)方的軍事動(dòng)態(tài)，客觀上也為科學(xué)家研究無(wú)線電波與海洋粗糙面相互作用提供了很

7、好的實(shí)驗(yàn)條件。1968～1972年，在NOAA工作的D.E.Barrick定量解釋了海面對(duì)無(wú)線電波的一階散射和二階散射的形成機(jī)制，為高頻雷達(dá)探測(cè)海洋表面狀態(tài)建立了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。?500米陣長(zhǎng)的海洋探測(cè)用高頻雷達(dá)（圖片來(lái)自CODAR公司培訓(xùn)資料）????Barrick和美國(guó)國(guó)家海洋大氣局（NOAA）電波傳播實(shí)驗(yàn)室（EPL）經(jīng)過(guò)十多年理論和實(shí)驗(yàn)研究，于1970年代末研制成功用于探測(cè)海洋表面狀態(tài)的CODAR(CoastalOceanDynamicsApplicationRadar)系統(tǒng)，并于1983年成立CODAR公司，實(shí)現(xiàn)了高頻地波雷達(dá)的商品化。與軍用高頻

8、超視距雷達(dá)動(dòng)輒數(shù)公里長(zhǎng)的天線陣不同，Barrick創(chuàng)造性地運(yùn)用一組交叉環(huán)／單極子