蒸发波导微波超视距信道衰落特性研究

针对利用海上蒸发波导效应的微波超视距通信,在三条不同距离跨海电路上开展了外场试验。基于测试数据,统计L、S、C和X频段超视距信道的衰落幅度、深度和速率,对比分析了蒸发波导和对流层散射信道的快衰落特性。并根据大气波导和对流层散射传播预测模型,统计比较了实测和模型预测路径传播损耗。结果表明与对流层散射信道相比,蒸发波导信道衰落幅度、衰落深度和衰落速率均较小,传播预测模型可有效的预测蒸发波导的慢衰落特性。     

14.1 GHz海上微波超视距传播衰落斜率特性研究

传输损耗衰落斜率特性的研究对于对流层微波超视距传播系统的抗衰落设计和评估有重要的意义.根据在我国黄渤海区域进行的一次14.1 GHz微波超视距传播试验,结合散射抛物方程,高级折射效应预报系统(Advanced Refractive Effects Predicition System,AREPS)以及当地的气象数据分析了其衰落损耗数据的可用性;重点研究了其衰落斜率特性,根据其衰落斜率特性分析了电磁波通过波导、超折射、对流层散射三种环境及其共同作用进行超视距传播时信号的稳定性.     

蒸发波导超视距信道建模及容量估计

为衡量海上蒸发波导环境下的超视距通信系统性能,提出了一种超视距信道建模方法及容量估计方案. 基于蒸发波导折射率模型和抛物方程（parabolic equation, PE）模型研究电波沿海面蒸发波导信道传播的大尺度衰落特性,结合统计性模型研究其小尺度衰落特性,形成基于电磁仿真和统计规律的混合蒸发波导信道模型,并由此推导出系统信道容量的估算方案. 对实际海面传播环境进行电磁建模,计算了蒸发波导环境中的路径损耗分布和多天线系统的信道容量,量化了使用多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）技术带来的超视距传播性能提升. 仿真结果表明,在蒸发波导环境中采用MIMO技术能够有效地提升信道容量,实现较好的超视距传播效果. 本文结果对海上超视距通信系统的应用及性能评估具有重要意义.     

海上对流层微波超视距传播与海洋大气环境特性相关性研究

海上对流层微波超视距传播与海洋大气环境特性的相关性研究对电波传播的短期预测以及无线电通信系统的设计和应用有着十分重要的意义。该文根据在我国黄渤海海域进行的14.1 GHz海上对流层微波超视距传播试验的传输损耗数据以及在发射端塔基平台上同步进行的气象梯度仪试验的气象数据,分别分析了风向、风速以及气海温差对传输损耗和蒸发波导高度相关性的影响,研究了沿海海域气象数据在微波超视距传播链路中的可用性,并结合散射抛物方程方法和高级折射效应预报系统(AREPS)对分析结果进行了验证。该文的研究结果对海上对流层微波超视距传播的传播特性以及短期预测的研究有一定的指导意义。     

对流层散射超视距通信传播信道分析

基于对流层大气不均匀体散射机制的对流层散射通信是微波超视距通信的一种重要方式。对于对流层散射通信系统,其超视距远距离通信能力由传播路径上天线波束公共体积内具有不同几何尺度和介电特性的不均匀散射体所确定。针对对流层散射通信电路几何参数的设计需求,通过构建对流层散射超视距路径模型,分析了对流层散射通信系统随收发天线仰角及收发点距离变化时公共散射体的离地高度、特征尺度及传播路径损耗特性,其计算结果可用于对流层散射实验设计和超视距通信性能分析参考。     

蒸发波导条件下海上超视距通信距离研究

大气波导的存在对海上电磁波传播产生严重影响,蒸发波导因发生概率、波导高度等特殊性对舰载微波通信装备影响尤为突出。研究了蒸发波导特征及电磁波形成波导传播条件。利用抛物线方程分布傅里叶算法计算蒸发波导条件下电磁波传播损耗,提出了基于蒸发波导条件下海上超视距通信距离估算方法及计算流程。仿真分析不同波导高度电磁波传播损耗,验证了该方法的可行性。仿真结果表明蒸发波导条件下,可实现海上微波超视距通信,能够定量估算有效通信距离,通信距离可达上百公里。研究结论对指导舰载微波频段的通信应用具有重要意义。     

海上超视距传播的探测

<正>针对目前海上广泛存在的超微波超视距传播现象，利用民用信号接收设备对海上目标进行监视时信号接收距离以及范围的异常变化，可以实时探测超视距传播的形成。通过在沿海地区广泛布设民用信号接收设备，组网构建覆盖周边海域的超视距传播探测系统，为海上超微波信号的超视距侦察监视提供有力支撑，对于提升沿海超微波侦察监视系统的效能具有重要意义。海上超视距传播主要是指超短波、微波等信号在大气折射率变化时，通过大气波导或者对流层散射进行超视距传播。     

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.     

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.     

对流层散射传播中的偏移损耗分析

针对对流层超视距无源探测中可能遇到收发天线波束不能对准的情形,该文给出了对流层散射传播偏移损耗的理论计算方法。利用收发天线窄波束的特点,假定高斯型的天线方向性函数,建立了对流层散射传播接收功率中的方位项函数,得到了散射传播偏移损耗理论公式。与文献中的试验数据比较发现:二者具有较好的一致性。另外对收发天线均偏离大圆路径情形下的偏移损耗进行了仿真。此种传播损耗计算方法,可为对流层超视距传播的无源定位与探测系统设计提供参考。     

海上微波超视距传播试验研究

跨海微波超视距远距离传播深受探测和通信领域的重视,其机制分析和规律观测有重要意义. 本文对跨海微波超视距远距离传播的机制和有关原理进行了分析,对2019-09开展的C波段和X波段微波昼间跨海面超视距远距离传播试验进行了研究;利用试验测试记录和期间的气象站风观测数据,对试验期间观测到的C波段不同距离线路和X波段50 km线路上白昼的传播规律和机制做了总结分析. 本文结论可供对流层微波超视距远距离传播(大气波导传播和散射传播)研究或应用的系统设计、数据分析和机制研究等参考使用,特别是跨海的试验测试可以直接运用.     

毫米波室内传播的场强测量

介绍了毫米波室内传播的场强测量。通过对测量的数据进行处理,可得无论使用全向天线还是定向天线作为接收天线,路径损耗指数都约等于２。慢衰落的累积概率分布符合对数正态分布。快衰落的累积概率分布在没有直达波的民政部下符合瑞利分布,而在有直达波的情况下,如果使用全向天线则趋向瑞利分布,使定向天线符合莱斯分布。     

电波环境及微波超视距传播

电波环境是信息化系统和武器装备的重要组成部分,微波超视距传播基于对流层电波环境中的大气超折射(大气波导)和散射机制,可实现数百千米的地基/岸基/船载雷达微波超视距远距离目标探测或无中继微波超视距远距离通信,具有较大的实际应用价值。文章介绍了电波环境的概念和数据要素、对流层大气波导和散射传播的特点以及微波超视距效应评估技术,在此基础上分析了微波超视距雷达探测技术的典型应用场景。     

隧道中UHF窄带无线电波传播信道的特性

本文以在五个不同隧道中的实验数据为基础，分析了窄带ＵＨＦ无线电波在隧道中的传播特性，给出了表征空直隧道传播损耗的距离因子，并讨论了隧道中的行人、车辆及隧道弯曲度对传播特性的影响。研究表明，接收信号的慢衰落基本服从对数正态分布，快衰落在直遂道中满足Ｒｉｃｉａｎ分布，在弯曲隧道中Ｒａｙｌｅｉｇｈ分布并不能很好地模拟快衰落的分布。     

On the analysis of statistical distributions of UWB signal scattering by random rough surfaces based on Monte Carlo simulations of Maxwell equations

The field strength level of received signal and its statistical distributions are important in the study of signal propagation and scattering for wireless communication and remote sensing. In this paper, the scattering by random rough surface is analyzed by solving the solution of Maxwell equation. The method of moments is used to discretize the integral equation into the matrix equation. The sparse-matrix canonical grid method, which is a fast matrix solver, is applied in the analysis. Conjugate gradient (CG) method is adopted to solve the solution of matrix equation. With the solution of Maxwell equations, the magnitude of the scattered field is then used to predict the field statistics. Both time harmonic scattering and ultrawide-band (UWB) scattering are considered. For the time domain response, the electromagnetic scattered field in the vicinity of center of rough surfaces is first calculated in the frequency domain. Then the time domain signal is obtained by mean of the Fourier transform. The fading statistics are compared with that of the Rayleigh and Nakagami distributions. Results reveal that UWB signal exhibits less fading than the narrow band signal.