船载高频地波超视距雷达海洋动力过程遥测技术基础研究

船载高频地波雷达(HFSWR)利用高频垂直极化电磁波沿海面绕射损耗低的特点，可超视距获取大范围海态信息。相比于岸基系统，船载平台的机动性可以实现船载HFSWR对选定海域(如南海低纬度海域)的遥测；而利用平台的运动效应可以获得更高空间分辨率的海洋遥测信息。因此船载HFSWR是对海面风浪流等海洋动力要素以及污染漂流带进行全天侯大范围实时遥测的有效手段。本项目以船载HFSWR为传感器，面向低纬度超视距海域实际应用，通过高频海面回波谱信息构建海洋动力过程要素获取与处理模型；研究实际船载平台及电离层干扰所引起的系统及信号处理关键技术；研制船载HFSWR试验系统并开展外场试验，实现船载HFSWR海洋动力要素遥测技术的原理性验证，进而为海洋动力过程信息提取及应用提供理论支持。本课题将开创我国船载HFSWR海洋动力过程超视距遥测新领域，并对我国海洋科学和海洋监测发展具有十分重要意义。

船载高频地波雷达(HFSWR)利用高频垂直极化电磁波沿海面绕射损耗低的特点，可超视距获取大范围海态信息。本项目以船载HFSWR为传感器，主要开展了天线小型化技术、海面高频电磁散射特性及不同船载平台运动状态下的海面散射截面积方程、海面回波信号稀疏特性及空时谱提取、海面风向及风场反演、海面径向流及矢量流场反演等方面基础理论及应用技术研究；改造并构建基本试验系统并开展多批次外场实测数据录取试验，国际上首次获得重要的船载HFSWR海洋回波关键数据以用于海态反演算法验证。.本项目在以下三方面取得重要的突破性成果：1）船载HFSWR海面散射截面积方程：推导出匀速直线运动情况下船载HFSWR一阶海面散射截面积方程，实测数据处理结果验证了该方程的正确性。进一步推导出匀速直线运动情况下船载HFSWR二阶散射截面积方程、匀速直线运动与摇摆运动共存情况下船载HFSWR一阶、二阶海面散射截面积方程，完善了HFSWR海态遥感理论体系；2）船载HFSWR海面流场反演：分别提出了基于MUSIC的海面径向流反演方法、基于稀疏表示的空时二维MUSIC法的海面径向流估计方法，进一步分别基于船载平台的多次观测特性、一阶流函数实现了单站船载高频地波雷海洋表面矢量流的估计；3）船载HFSWR海面风场反演：基于船载HFSWR一阶海面回波谱的空–时分布特性及展宽机理，首次提出了一种利用单个接收阵元进行无模糊的海面风向提取方法。进一步，基于风向与扩展因子的关系，提出基于船载HFSWR一阶展宽谱提取海面风场（风向和风速）的方法，实测数据处理结果验证上述方法的有效性。.上述成果国际上首次构建了船载HFSWR海态遥感理论体系，并实现相应反演技术的原理性验证，为进一步的海洋动力过程信息提取及应用提供了理论支持，开创我国船载HFSWR海洋动力过程超视距遥测新领域，对我国新型海洋观测科学仪器的研制、海洋科学和海洋监测的发展具有十分重要的意义。