不同极化方式实验及结果分析

由于电波的特性决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。因此我们传统的OSMAR系统中，天线采用垂直极化的方式。在海南陵水我们尝试了几种不同的极化方式。

2007年12月4日，我们进行了一次极化实验。如图5－72到图5－75所示，为现场实拍的不同天线极化方式。

图5－72　接收天线垂直极化方式的实拍图

图5－73　发射天线垂直极化方式的实拍图

图5－74　接收天线水平极化方式的实拍图

图5－75　发射天线水平极化方式的实拍图

由于收发天线架设的高度不同，导致电波掠入角也会相应地改变，所以我们进行了H－H、V－V、H－V和V－H四种极化方式对海洋进行探测。不同极化方式实测谱图如图5－76到图5－79所示。

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图5－76　收发天线水平极化方式的实测Doppler谱图，距离分辨率为30米

图5－77　收发天线水平垂直方式的实测Doppler谱图，距离分辨率为30米

图5－78　发射垂直极化，接收水平极化方式的实测Doppler谱图，距离分辨率为30米

图5－79　发射水平极化，接收垂直极化方式的实测Doppler谱图，距离分辨率为30米

由于实验条件的限制，各种极化方式并不是同时进行的，但不失一般性。我们可以从图5－76到图5－79中看出，在相同距离（180m）的海洋回波多普勒谱中，水平极化一阶峰非常不明显，并且海洋回波能量很弱；对于垂直极化方式，不仅可以明显看到一阶峰，而且回波高阶谱也能够清晰的表现，这些是在HF雷达中很难见到的。而在V－H和H－V极化方式的多普勒谱中，海洋回波能量介于前两者之间，也都有高阶谱的表现。

为方便观察，我们将这三种极化方式测得的谱图放在同一幅度中观察，因为V－H和H－V的幅度近似，为了使叠加图不至于凌乱，我们这里只选用了V－H方式的多普勒谱，如图5－80所示。

图5－80　不同极化方式测得的Doppler谱图

从图中可以看出，收发天线采用不同的极化方式，对于回波的影响非常大，同时为垂直极化时，测得Doppler谱图的一阶峰信噪比最大，约为45dB，高阶谱信噪比也很高；而同时为水平极化时，回波信噪比降为10dB，无法看出明显的一阶峰位置。收发采用不同极化方式时，回波信噪比介于两者之间。收发天线均为水平极化方式时，由于一阶峰很不明显，因此不适合进行海洋动力学参数的探测。同样，由于水平极化方式海洋回波能量较弱，在某些特点应用中正好发挥作用，比如移动目标探测时。具体实验结果下面介绍。