大气波导与气象物理量场相关性的模拟分析

利用NCEP再分析数据和探空数据,使用MM5中尺度数值模式模拟分析了发生在中国东南沿海的一次大气波导过程与温度、湿度和位涡等气象物理量场的相关性.数值模拟分析表明:此次悬空波导的发生是西风槽等系统携带的冷空气与北上台风共同作用引起的,同时位涡场极大值区域(极大值一般大于2PVU)与大气波导出现的区域相对应,分析位涡场变化可作为大气波导机理和预报研究的途径之一.     

悬空波导环境下AIS信号超视距传播特性分析

大气波导可陷获无线电波信号,使其发生超视距传播现象,影响无线电系统信号传播预测和性能评估应用。本文针对由探空数据诊断的悬空波导个例,利用对流层电波传播确定性方法模拟岸-船自动识别系统(automatic identification system, AIS)传播链路,定量研究了不同悬空波导环境影响下AIS信号的超视距传播特性。结果表明：波导强度50 M单位且底高约7 m的悬空波导环境下,AIS信号发生明显超视距传播现象;波导底高约700 m且强度较大的悬空波导环境也会对AIS信号传播产生影响;相比于单一悬空波导模型,复合悬空波导(文中指两个悬空波导层结构组成)环境对AIS信号传播影响更大。本文研究成果可为大气波导监测反演、无线电系统设计、装备效应评估等应用提供重要理论参考。     

一次大气波导过程天气雷达超视距海面回波分析

大气波导引起的反常地物回波是影响天气雷达数据质量的重要因素,本文针对大气波导对天气雷达海面回波的影响及应用,利用青岛多普勒天气雷达资料,结合探空数据对2014年7月18和19日一次大气波导过程造成的超视距海面回波进行了分析. 通过分析处理探空剖面数据,得到18日20时存在表面波导,而雷达资料显示该时刻雷达存在明显的超视距海面回波. 此次大气波导超视距过程持续约24 h,雷达超视距海面回波总体趋势是先从弱到强,再变弱直至消失,其空间分布和时间变化非常复杂. 进一步基于实测雷达回波数据,采用抛物方程和粒子群算法反演获得了水平不均匀的大气波导剖面,比较了实测回波功率和以反演剖面为输入的计算回波功率,两者之间相差较小,表明基于天气雷达回波的大气波导反演方法具有有效性.     

一次伴随雷达异常地物回波的超视距探测成因分析与数值模拟研究

大气波导对电磁波的陷获作用可以通过雷达超视距探测和异常地物回波等现象被直观感知和捕获. 文中基于欧洲中期数值预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF) ERA5再分析资料、葵花卫星云图和WRF4.2模式,对福建中南部及粤东沿海天气雷达探测到的一次伴随异常地物回波的超视距探测现象开展成因分析和数值模拟研究. 研究结果表明:此次大范围异常地物回波的出现与台湾海峡持续存在的显著大气波导过程有关. 台湾海峡受高空槽后下沉运动与低空暖脊共同影响,存在逆温层结与强烈的湿度随高度锐减层,有利于大气波导形成;模拟时段中后期,台湾海峡几乎被顶高200~600 m的表面波导全覆盖,且波导强度持续增强,最终整体强度达到40 M 单位以上. 进一步利用WRF模式模拟预报的气象雷达传播路径上非均匀大气波导廓线,输入电磁波传播模型,结果与雷达实测回波的主体结构吻合,证实了利用中尺度模式开展大气波导预报与传播应用的良好前景.     

大气波导传播现象研究及通信应用设想

对流层中的大气波导是一种支持高性价比超视距通信的优质通信信道资源。介绍了大气波导的陷获折射传播机制及波导分类;基于华北地区、黄海海域典型链路试验结果,研究了大气波导与对流层散射双模式传播现象,分析了大气波导的存在性、信道传输特性和通信可用性;鉴于大气波导低损耗高电平、不连续但有日变化趋势性发展规律的特点,提出波导/散射联合超视距弹性通信技术及基于大气波导的容中断伺机通信技术设想,其对波导资源的高效利用可支持超视距通信效能的显著提升。     

大气波导条件下某型雷达的超视距精度试验分析

雷达波在近海面传播时受到各种因素的影响,使得雷达探测出现异常,尤其在出现大气波导效应时,雷达将出现超视距现象;本文根据大气波导效应时某雷达超视距试验数据．论述了大气波导条件下雷达精度的可靠性。     

海洋大气波导信道特性分析与应用

大气波导是海洋上经常产生的超视距传播环境,对岸基和船载电子信息系统性能具有重要的影响。论述了海上大气波导测量与预测方法、大气波导特征参数的统计结果以及大气波导传播特性计算方法,重点分析了波导传播对信息系统的影响评估及其实际应用。计算结果表明,大气波导可使雷达实现超视距探测,对雷达检测具有重要影响。     

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。     

大气波导对岸基警戒雷达影响研究

通过分析2009年～2011年的大气波导环境数据,从理论上阐述了岸基雷达产生超视距探测的必要条件,对岸基雷达超视距探测现象进行了分类.首先,比较了两种典型的对流层内雷达波传播衰减计算方法,得出基于分阶傅里叶算法和抛物线方程法的混合模型算法更适合计算大气波导环境中雷达波能量的空间分布;然后,使用该模型计算了两类超视距现象在探测距离、测距精度、测向精度及探测效果方面的差异;最后,提出了利用雷达超视距探测的建议.     

电波环境特性及模化技术重点实验室召开对流层大气波导学术研讨会

对流层大气波导基于特殊气象条件,可以直接应用于超短波、微波超视距无线电信息系统。为了推动国内大气波导基础成果应用,加强大气波导研究与应用领域学者的沟通和交流,提高大气波导的学术水平和应用能力,中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室于2012年11月4日-5日在青岛组织     

ERA-I数据在南海大气折射率环境中的应用评估

海上大气折射率环境是影响电磁波传播、目标探测准确性的关键因素之一.文中利用南海的GPS探空数据评估了ERA-I（ERA-Interim）再分析数据计算的大气折射率,结果表明:3 000 m以下修正大气折射率整体标准差为9.2 M单位,相对误差为1.4%;在分布上修正大气折射率误差在低层偏小,并且会发生小幅震荡,边界层顶以上偏大,这与大气层内水汽分布密切相关,相关系数为0.94.此外两种数据识别的波导参数中,波导高度拟合斜率接近1,最准确;波导厚度和强度斜率不到0.5,波导厚度偏厚,而强度偏小.说明ERA-I再分析数据是较为可靠的数据源,可用来研究海上大气折射环境特性.     

利用WRF模式对大气波导的数值模拟研究

利用WRF模式,以NCEP再分析资料作为背景场,并同化地面自动气象站观测资料,对发生在黄淮江淮流域的一次大气波导过程进行了数值模拟与对比分析,发现WRF中尺度数值模式可以反映出大气边界层内的逆温和湿度锐减并较好的模拟大气波导的变化,同化自动站资料比不同化模拟出的波导范围扩大、波导强度增强,与雷达回波的一致性更好。     

大气波导环境数据库及其应用

介绍了已建成的波导环境特性数据库，包括数据库中基本数据的处理方法、数据库结构和功能等，并对波导环境数据库的应用作了简要说明。     

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.     

基于特征建模的TDD系统大气波导干扰控制体系研究

大气波导干扰是特定气象条件下发生的时分双工（time-division duplex，TDD）系统内干扰，是TDD移动通信系统大规模组网面临的顽疾。在总结分析大气波导干扰成因和分类等的基础上，对大气波导干扰进行建模和表征，验证了海量干扰源在时域和频域的功率集总特征，并结合大量4G/5G现网实测数据给出了典型条件下内陆波导和海面波导的量化干扰信号传播模型，对于干扰的预测和预防具有重要意义。基于干扰特征，给出了TDD系统预防大气波导干扰的帧结构与组网的4项设计原则，5G现网数据表明干扰控制方案有效，上行干扰下降10 dB以上，相关原则对于6G系统的设计也具有指导意义。     

季风期间南海低空大气波导统计分析

根据1998年南海季风试验期间南海部分探空站、‘科学1号’和‘实验3号’观测的每天4次的高分辨率探空资料,引入截止波长判断式,统计分析了南海季风期间较强大气波导发生规律及时空分布特征。结果表明:季风期间南海较强大气波导的发生概率为30%左右,从北到南逐渐增加,波导层结高度逐渐降低,70%以上发生在1km高度之内;大气波导发生概率和层结高度呈现‘低-高-低’的日变化趋势,夜晚发生波导概率较高,深夜波导层结高度最低,比较稳定。     

环渤海大气波导监测和试验方法

在信息化武器装备海上试验和作战使用中,大气波导会对雷达等电子信息装备产生重要影响。研究了大气波导对海上试验和作战的影响,分析了环渤海海区大气波导试验现状,针对目前大气波导理论研究缺乏严谨的综合海上试验验证的现状,进行了环渤海大气波导监测试验方法研究。根据试验情况和资源优势,提出开展大气波导常规试验和大气波导专项任务试验两类试验。环渤海大气波导监测试验的开展将为充分掌握理解环渤海复杂气象环境、构建贴近实战的试验环境提供理论支撑。     

射线跟踪技术用于分析波导环境下电波异常折射误差

海洋大气环境中电磁波传播受大气波导影响常呈现出复杂的折射特征,本文通过构建基于射线跟踪技术的电波传播轨迹微分计算方法,研究了电波受蒸发波导和表面波导环境影响所形成的电波折射误差(仰角和高度误差)的异常特性,并对雷达试验的实际测量数据的误差进行了分析验证。