南海、东海蒸发波导出现规律的对比分析

利用2002年1～3月的铁塔平台气象水文数据以及New蒸发波导模型分析研究了南海及东海海域蒸发波导的出现规律,并利用实测数据对模型结果进行了检验.结果表明:南海海域蒸发波导的出现概率、高度、强度分别为100%、13.4m和30.3M,而东海海域分别为90%、9.1m和16.6M;除以14时为代表的中午时刻,南海海域一天当中蒸发波导基本上都出现在不稳定及近中性层结条件下,而东海海域蒸发波导在稳定、不稳定和近中性层结条件下的出现概率差别不大;相对蒸发波导高度而言,New模型诊断蒸发波导出现概率和强度的效果更好;不稳定及近中性弱不稳定层结条件下,New模型诊断的蒸发波导高度偏低,稳定层结条件下模型结果偏高,近中性弱稳定条件下模型结果与实测最吻合.     

基于目标函数的微波超视距雷达天线高度优化方法

利用海上蒸发波导可以使舰载微波超视距雷达实现远距离低空目标探测,然而大气波导内的超折射和多径传播效应会产生不利于目标检测的雷达盲区。该文提出一种基于目标函数的微波超视距雷达天线高度优化方法,针对形成蒸发波导的海-气界面稳定层结、中性层结和不稳定层结3种情况,利用电波传播数值算法和雷达评估模型仿真分析了蒸发波导内特定区域不同目标函数时的雷达目标检测性能,给出了雷达天线高度优化结果。该文方法可以为微波超视距雷达系统设计、探测性能分析和大气环境自适应技术提供参考。     

蒸发波导环境测量与雷达探测性能分析

舰载微波超视距雷达主要通过大气波导传播效应实现对目标的超视距探测。利用测量的水文气象参数,根据蒸发波导模型预测蒸发波导高度,讨论了中性、稳定以及不稳定条件下的3种蒸发波导剖面。给出了便于蒸发波导环境下使用的修正雷达方程,基于抛物方程模型形成微波超视距雷达的探测性能分析方法。在我国南海海域开展了舰载蒸发波导环境测量及微波雷达探测的对比试验,在超视距预测的性能上理论预测结果与实际探测结果较为一致。分析结果对雷达探测及电子战应用具有重要意义。     

海上湍流通量与蒸发波导高度计算及相关性分析

基于2017年11月26日至2018年5月31日海上平台采集的气象数据,结合海气边界层耦合海洋-大气响应试验算法,引入稳定条件下发展的普适函数,计算了动量通量、感热通量、潜热通量、蒸发波导高度,并对海气界面通量与蒸发波导高度的相关性进行分析.结果表明:动量通量位于-0.5~0 N/m2,感热通量位于-10~5 W/m2,潜热通量位于0~300 W/m2,蒸发波导高度位于0~25 m;蒸发波导高度与动量通量相关系数为-0.23,与感热通量相关系数为-0.05,与潜热通量相关系数为0.77;蒸发波导高度与潜热通量的相关系数在稳定条件下为0.73,在中性条件下为0.93,在不稳定条件下为0.95.这些分析结果可为揭示海上不同大气条件下的蒸发波导形成机理提供有力支撑.     

蒸发波导模型与微波超视距传播试验对比

海洋蒸发波导是实现近海面超视距电波传播的重要环境,利用蒸发波导模型和电波传播数值算法是获取路径损耗的主要途径. 基于海上平台约7个月测量的水文气象参数,对比了Paulus提出的PJ模型和美国海军研究生院（Naval Postgraduate School, NPS）提出的NPS模型,同时利用约1个月的海上超视距传播测试数据,分析了蒸发波导模型在不同环境条件下路径损耗的计算结果. 研究表明:1）PJ和NPS蒸发波导模型在不稳定大气条件下预测一致性较好,但通常NPS预测的蒸发波导高度小于PJ模型,而在稳定大气条件下预测结果相差较大;2）利用单点水文气象测量数据,NPS模型预测的传播损耗优于PJ模型,特别是在不稳定大气条件下;3）以传播损耗统计累积中值为标准,PJ和NPS模型预测的中值路径损耗与实际测量损耗中值的差值分别为–14.02 dB和–10.06 dB. 所得研究结果对利用单点测量的水文气象参数进行海洋或海岸区域微波超视距电波传播的路径损耗预测和无线通信系统的规划具有一定的指导意义.     

改进的蒸发波导RSHMU模型及预测性能分析

针对稳定条件下蒸发波导RSHMU模型过于敏感不便使用的问题,引入BH91关系式、CB05关系式和SHEBA07关系式给出了相关的改进方法,并对不同风速以及不同相对湿度的敏感性进行了分析. 结果发现引入稳定条件下的剖面稳定度函数对蒸发波导高度诊断的敏感性改善不大. 进一步地,借鉴Paulus给出的订正方法,给出了P-RSHMU蒸发波导模型改进预测方法,有效解决了已有模型稳定条件下的不合理诊断结果. 与渤海梯度塔实测数据对比分析表明:稳定条件下P-RSHMU蒸发波导模型预测蒸发波导高度的平均误差为?1.02 m,均方根误差为1.49 m,显著优于已有RSHMU模型.     

海上电波传播预测模型研究与仿真

研究了海上电波传播的预测模型,重点论述了抛物方程法的理论基础,详细给出了该方法下的电波传播损耗计算的模型推导和求解方法。在此基础上利用MATLAB分别对海上中性大气层结条件下的水平和垂直极化电波传播特性进行了仿真计算。仿真结果与理论研究和实际实验结论相符,说明了仿真的正确性。通过设置辐射源和大气参数进行对比仿真,具体分析了大气环境特别是蒸发波导对水平和垂直极化电波传播的影响。最后给出了需要深入研究的方面。本文的研究可为海上电波传播的研究提供有益的参考。     

基于气象梯度仪的蒸发波导探测

蒸发波导是海洋大气中一种常见的自然现象,受其影响,电磁波的传播轨迹会显著改变。针对蒸发波导的探测,提出了利用岸基铁塔气象梯度仪进行蒸发波导探测法方法并进行了分析,同时与蒸发波导模型的结果进行了初步比较,表明梯度仪是蒸发波导探测的有效手段,对波导模型的修正和蒸发波导条件下雷达最大探测距离的预测具有一定的指导意义。     

东南沿海对流层大气波导结构的出现规律

沿海地区和海上是有利于大气波导结构出现的地区，通常需要在这些地区开展专题试验研究来掌握当地的大气波导层结的出现情况，以便给无线电应用系统提供基础。文章介绍了1997年10月份在我国东南沿海地区开展的大气波导层结探测试验，详细讨论该试验得到的海上蒸发波导，近地大气波导和低空大气波导结的出现情况及它们和气象条件的关系。     

基于蒸发波导传播的雷达定位误差研究

大气参数满足一定条件(修正折射率梯度小于0)时会形成大气波导,利用大气波导可实现雷达的超视距探测。由于近海面易形成蒸发波导,利用蒸发波导实现雷达的超视距探测已成为目前舰船雷达最实用的方法之一。雷达电波射线在不均匀大气中传播时会产生折射误差,为提高舰船雷达的定位精度,必须研究雷达在蒸发波导中超视距探测时的大气折射误差。根据电波传播理论,利用电波射线描迹技术,建立了舰船雷达在蒸发波导中实现超视距探测时的大气折射误差模型。仿真实验表明,蒸发波导条件下雷达超视距探测目标时的大气折射误差较大,且计算时不能采用常规的折射误差计算方法。     

舰船雷达超视距探测中的定位方法研究

蒸发波导是海洋大气环境中出现概率最高的一种大气波导,当舰船雷达工作在蒸发波导环境下时,在一定的条件下雷达电波被陷获在蒸发波导内传播,如果采用雷达常用的定位方法就会产生很大的定位误差。根据电波传播理论和蒸发波导特征,基于射线追踪技术,提出了蒸发波导环境中舰船雷达电波传播路径的计算方法和雷达对目标的精确定位方法。仿真结果表明,满足蒸发波导传播条件情况下,舰船雷达采用常用方法对目标定位时在水平方向的误差较小,在垂直方向上的误差很大。采用蒸发波导环境下的舰船雷达定位方法可以实现在蒸发波导条件下对目标精确定位,从而提高舰船雷达的作用效果和精度。     

蒸发波导环境中的雷达探测性能分析

应用抛物型方程和电波传播的基本理论,计算了电磁波在近海面中性层结条件蒸发波导中和标准大气中的传输损耗,得到了蒸发波导中电磁场的空间分布特性.利用伪彩色图分析了蒸发波导厚度、天线高度和发射仰角对雷达探测性能的影响,数值仿真克服了目前射线描迹技术尚不能精确描述空间场分布的缺点,为有效预测雷达系统的探测盲区以及覆盖区提供了可靠的依据.     

一种蒸发波导预测的改进模型

利用大概率的近海面蒸发波导效应实现雷达超视距探测已成为目前岸基、舰船无线电测量系统的关键技术之一。在实际应用中,需要由蒸发波导参数建立大气修正折射率剖面的预测模型。针对目前常用的蒸发波导预测只含波导高度和海面修正折射率两个参数,没有考虑波导强度的影响,使得该模型存在一定的误差的现状,通过在原有模型的基础上增加波导强度的影响,建立了高精度的改进模型,使得蒸发波导预测模型的精度得到了有效提高,进而可进一步提高雷达超视距探测精度。实验验证表明,蒸发波导预测改进模型的精度远远高于常用的模型,且波导强度越强,则改正模型的精度越高。     

海上对流层大气波导顶部电磁盲区研究

用射线追踪法, 分析了蒸发波导和表面波导顶部电磁盲区的分布特性.讨论了影响盲区面积大小的影响因素, 仿真结果表明:波导顶部盲区位置随天线高度增加而远离发射天线的位置, 随波导强度增大而接近发射天线位置; 而顶部盲区面积主要随波导顶高变化.从陷获射线数目来看, 表面波导对电波陷获能力要强于蒸发波导, 且两者均在波导层底部陷获效果最佳.最后给出了顶部盲区面积的近似计算式.     

粗糙海面建模及其在蒸发波导传播中的应用研究

海上蒸发波导微波超视距电波传播对舰载雷达的运行具有重要的影响. 本文基于粗糙海面电波散射特征和海面高度分布概率密度函数,提出了一种考虑海面遮蔽影响的海上电波传播计算方法,并与两种不包含遮蔽影响的粗糙海面建模的计算结果进行了模拟和试验对比. 计算结果为:1）随着计算频率和风速的增大,不同粗糙海面处理方法的计算结果差异增大,对应位置的路径损耗差异可达10 dB;2）基于试验数据的对比初步显示采用考虑遮蔽影响改进的抛物方程模型预测的路径损耗精度相对较高,粗糙海面对电波的遮蔽效应是蒸发波导传播损耗计算中的一个重要因素;3）试验结果为不稳定大气时采用NPS蒸发波导模型、稳定大气时采用PJ蒸发波导模型预测大气折射率剖面,所预测的路径损耗要优于采用单一蒸发波导模型的结果. 本文所得结果对海上电波传播计算和大气波导的反演等具有参考价值.     

Surface wind speed retrieval using passive microwave polarimetry:the dependence on atmospheric stability

The results of the Joint US/Russia Internal Wave Remote Sensing Experiment are presented. An airborne Ka-band radiometer-polarimeter was used for surface wind vector retrieval based upon the polarizational anisotropy effect. The anisotropy versus wind speed curve was noted to be approximately twice as steep under unstable atmospheric stratification than under stable or neutral stratification. The dependence of anisotropy on both friction velocity and stability parameter z/L was examined. The correlation between anisotropy and stability parameter is significant, especially for slightly stable stratification. The paper concludes that atmospheric stratification should be taken into consideration to improve the wind speed retrieval algorithm     

大气波导对无源定位差分时延精度的影响

利用泰勒级数近似的射线追踪算法,针对1 000 km范围内的超视距目标时差定位系统进行传播路径仿真建模,计算分析了不同波导环境下的差分时延误差和多径相对时延,评估了时差定位系统对大气波导超视距目标的时延差精度.计算结果表明,由于大气折射环境随距离的变化,无源定位系统的差分时延误差会随着通信距离的增大而增大.当系统通信距离达到近1 000 km时,较强的表面波导环境可使差分时延误差达到近30 ns,多径相对时延可达近20 ns;蒸发波导可使时延误差达近40 ns,多径相对时延同样可达近20 ns.通过对实际波导环境超视距链路时延效应的定量分析,为无源时差定位系统的工作性能和参数设计提供了环境保障和技术支撑.