蒸发波导折射率剖面数据采集系统设计

计算估计蒸发波导折射率剖面是雷达部队比较关注的问题。本文设计的海上蒸发波导折射率剖面数据采集系统采用小火箭发射技术和单片机、传感器与无线数据传输技术,克服了现有的探空气球等系统的缺点,为海上蒸发波导折射率剖面估计提供一种更准确实用的方法,以满足研究和作战的需求。     

海上蒸发波导PJ模型在我国海区的适应性初步研究

 本文简述了海上蒸发波导的测量方法,分析了气象水文参数测量误差对Paulus-Jesk(PJ)模型的影响,利用近两年海上实验采集的我国部分海区在各种气象条件下蒸发波导大气折射率剖面和海面气象水文数据,研究了PJ模型的适用条件,以及PJ模型估计出的蒸发波导高度与实测结果的偏差情况,可为蒸发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提供参考.     

一种高敏感度的蒸发波导剖面模型

以提高全球定位系统(Global Positioning System,GPS)信号反演蒸发波导的精度、简化现有蒸发波导折射率剖面模型为目的,通过分析四参数蒸发波导剖面模型的GPS海面散射信号功率特性,改进得到了一种三参数模型——高敏感度的蒸发波导折射率剖面模型,并针对其GPS海面散射信号功率特性,同现有剖面模型进行了对比分析,通过粒子群优化算法的反演结果验证了三参数模型的高敏感度在反演中的优势.     

基于不同天线高度雷达海杂波的蒸发波导反演

分析了影响雷达海杂波反演海洋蒸发波导的几个关键因素,建立了蒸发波导修正折射率剖面的两参数模型,提出了一种提高蒸发波导反演精度的方法。由于天线高度不同时,雷达接收的海杂波携带的波导特征信息不同,基于天线伺服系统,建立了可调天线高度雷达系统的两参数蒸发波导反演模型。通过与固定天线高度的蒸发波导两参数反演比较,验证了该反演模型具有较高的稳定性和反演精度。     

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.     

海上湍流对雷达波传播影响模拟研究

基于海洋大气近地层相似理论,给出了大气折射指数和微波波段湍流强度垂直廓线模型;基于一维Kolmogorov湍流谱,数值模拟随机瞬变大气折射指数,并将其叠加在大气折射率垂直廓线上,建立了海洋大气近地层考虑湍流影响的大气修正折射率垂直廓线模型.利用海面水文气象观测数据和美国海军高级传播模型,数值模拟了蒸发波导和湍流对雷达波传播和雷达探测性能的影响,发现:海洋大气近地层湍流在一定程度上增大了蒸发波导内雷达波传播损耗,减弱了雷达对海面目标的超视距探测能力;而在蒸发波导高度以上部分空域,湍流效应在一定程度上减弱了雷达波传播损耗;因此,在定量评估舰载雷达探测性能时有必要考虑蒸发波导和湍流的综合影响.     

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.     

Li—Na离子交换型光波导折射率剖面的研究

本文在简单介绍Li-Na离子交换的基本规律之后,着重对此类光波导二维折射率剖面进行了分析和数值计算,给出了折射率剖面的计算和实验结果。     

海上大气负折射现象及其对电波传播影响分析

近地层负折射结构是海洋大气环境中一种少见的异常折射结构,它对电磁波传播的影响与蒸发波导陷获电磁波传播的效果截然相反.利用蒸发波导模型中的伪折射率概念,研究了海洋大气近地层负折射层高度及廓线参数的计算方法,通过仿真手段比较分析了负折射与蒸发波导的差异及其对电磁波传播影响的"反波导"特征,并利用2002年5月福建平潭岛的试验数据对负折射廓线及其对电磁波影响的"反波导"特性进行了验证分析.     

蒸发波导与雷达最大探测距离查询数据库的设计

为方便总结蒸发波导高度与雷达最大探测距离分布规律,开发了蒸发波导与雷达最大探测距离查询数据库,并对数据库性能进行检验.检验结果表明:查询得到的蒸发波导高度分布规律与美国海军所用折射率影响高级预测系统(AREPS)统计结果基本吻合,且能提供更高的空间分辨率,与AREPS相比,本数据库由气象水文数据计算得到的雷达最大探测距离更接近实测值.     

风向对蒸发波导环境特性影响的研究

海上蒸发波导环境特性在具体应用时很少考虑风向的影响.应用伪折射率模式,对我国东海和南海部分近海海域的数据分析表明,在我国近海海域,陆地风(离岸风)和海面风(向岸风)对蒸发波导的环境特性有一定的影响,影响程度随季节和海域的变化而不同.蒸发波导环境与传播试验场地的选择及其试验数据的处理应考虑风向的影响.     

PJ蒸发波导模型与雷达探测距离

蒸发波导是发生在海洋表面的常见现象,蒸发波导的高度和强度对舰载雷达的探测距离有着重要影响。文中分析了海面蒸发波导形成机理,给出了PJ模型的详细计算公式,并根据PJ模型构建了一套蒸发波导与雷达探测威力应用软件系统,用X波段对海搜索雷达与海上配合目标进行模型验证。结果表明:根据PJ蒸发波导模型计算的波导高度与雷达实际探测距离有着一致的结果。     

东海区域蒸发波导变化特性研究

为了分析东海蒸发波导高度的季节变化、月变化，讨论其分布规律，为雷达探测和无线电通讯提供参考，利用2008-2017年的十年NCEP-FNL再分析数据和改进的NPS蒸发波导模型，统计分析了我国东海海域蒸发波导发生规律和时空分布特征.结果表明:东海蒸发波导高度在春季和夏季呈西北高东南低的特点，其中春季为高度最高的季节，5月份东海西北部可高达20 m，夏季6月份在东海中部出现最低值；秋季和冬季反之，呈西北低东南高的特点.分析表明，东海蒸发波导高度存在明显的季节变化、月变化以及区域差异，这可能与东海的地理特征和气候变化相关.     

蒸发波导条件下C频段舰载雷达天线架高研究

为充分发挥C频段舰载雷达在海上蒸发波导条件下的目标探测能力,开展了雷达天线架设高度的研究.根据基于抛物方程(PE)的电磁波传播衰减计算方法,计算并比较了C频段舰载雷达辐射电磁波在不同蒸发波导高度条件下的传播衰减值,根据结果建议在蒸发波导高度普遍较高的南海,天线架高定在10 m左右,在蒸发波导高度一般不超过15 m的黄海海区,天线架高定在20～30 m之间,实际应用中需考虑雷达使用海区的蒸发波导高度分布规律.研究结果对于C频段舰载雷达的设计和使用具有参考价值.     

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.     

海洋大气近地层折射指数模式及其在蒸发波导分析上的应用

利用Ｍｏｎｉｎ－Ｏｂｕｋｈｏｖ相似理论给出了不同大气结条件下海洋大气近地层折射指数模式，并利用这些模式分析了蒸发波导内可能存在的波导模，给出了确定蒸发波导所能捕获最大电磁波波长及相应最低频率的计算式并对其在不同大气层结条件下的计算结果进行了比较，发现在不稳定、中性和近中性层结条件下，其计算结果比较接近，但在强稳定层结条件下，差异显著，最后给出了射线追踪方程，并通过用多层线性模式来近似蒸发波导内大气     

一种蒸发波导的集合诊断方法及其数值预报应用

基于Babin模型并分析了海上蒸发波导对气象输入参数的敏感性,引入数值天气预报中集合预报的思路,提出了一种新的蒸发波导诊断方法——集合诊断方法（Babin_Ens法）.运用它对中国近海4个岛屿站点的实测数据进行了波导诊断结果的对比验证,发现：与Babin模型（Babin法）相比,Babin_Ens法使波导高度与强度偏差的平均改进率分别达到了23.49%与19.29%.进一步尝试运用Babin_Ens法对WRF（Weather Research and Forecasting）模式的预报信息进行了蒸发波导的数值预报,波导高度与强度预报偏差的平均改进率分别提高了14.01%和16.92%.研究表明,集合诊断可以显著地提高波导信息的诊断准确度,是一种改进蒸发波导诊断准确度的可行途径.     

蒸发波导条件下雷达超视距探测距离研究

首先,对蒸发波导条件下舰载雷达超视距探测距离进行研究,描述了蒸发波导形成机理,以及需要监测的参数.然后,分析了对舰载雷达实现超视距探测的3个条件,给出了舰载雷达作用距离表达式.最后,采用分步傅里叶变换求解抛物方程法对蒸发波导条件下雷达电磁波传播损失进行了仿真分析,并给出了上下边界和初始场的处理方式.仿真结果表明,蒸发波导越高,目标高度越小,发射仰角越低,雷达作用距离越大.