基于稀疏采样传播数据和决策树算法的蒸发波导反演

蒸发波导的超视距传播特性是影响海上无线电系统性能的重要因素,准确预测蒸发波导是进行系统 评估的基础。文中提出一种基于稀疏采样传播数据和决策树轻量梯度提升机(Light Gradient Boosting Machine, LightGBM)算法的蒸发波导反演方法。首先,采用抛物方程方法仿真得到稀疏采样传播数据并构建训练集和测试 集;其次,使用决策树LightGBM 算法搭建反演模型,通过不断调参改进模型的精度以达到较高的反演准确度;最后, 调用训练好的LightGBM 模型进行蒸发波导反演,并对反演结果的概率分布进行了分析。结果表明,基于稀疏采样 传播数据的蒸发波导反演方法能够有效且快速地实现蒸发波导反演,为海上蒸发波导预测提供了一种新途径。     

一种水平不均匀反常大气折射环境反演方法

针对反常传播中的水平不均匀大气折射率环境反演问题,提出了一种用于跨海微波超视距远距离电路观测场景和信息的反演方法。该方法基于原理要求的全面分析,用粒子群算法进行优化实现反演,确定了海岸-海面-海岸下垫面和近海面复合大气剖面模型,给出了粒子群算法的剖面参数粒子、搜索空间、搜索方法以及适用的适应性函数。研究结果表明,本文方法能够有效反演出水平均匀和不均匀大气环境,且反演结果具有实测剖面的特征,在研究场景中贴地波导高度的误差可低至9.4%。     

蒸发波导RSHMU 模型预测性能分析

大气波导能够改变电磁波的正常传播特性,因而得到学界极大关注。当前大气波导研究中所用蒸发 波导模型缺乏RSHMU 模型的预测性能分析,文中对RSHMU 模型的预测方法进行了深入研究。更正了文献中给出 的温度剖面稳定度函数表达式,利用正确的剖面稳定度函数,获得了该模型在不同风速以及不同相对湿度条件下的 敏感性分析结果。与渤海梯度塔实测数据对比分析表明:该模型预测蒸发波导高度的平均误差为-2. 2 m,均方根误 差为4. 5 m;预测强度的平均误差为1. 1 M 单位,均方根误差为2. 0 M 单位。不稳定条件下该模型的高度预测性能 优于美国海军研究生院提出的NPS 模型,而强度预测性能上二者相当。     

C波段蒸发波导传播衰落特征的试验研究

海洋蒸发波导是海上超视距传播的主要机制，对于海上无线电系统的设计和运行具有重要影响.利用在我国南海开展的蒸发波导环境下的C波段微波超视距传播试验数据，对比分析了不同传播距离下的路径损耗和信号快衰落分布特征.试验结果表明:随着传播距离的增大，路径损耗逐渐接近对流层散射传播损耗，主要传播机制也逐渐从蒸发波导传播向对流层散射传播过渡；5 min采样的接收信号电平快衰落分布接近为广义瑞利分布，衰落深度和衰落幅度均小于瑞利分布.所得结果对利用蒸发波导的通信系统设计具有参考价值.     

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。     

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.     

区域海面蒸发波导预报与监测试验对比分析

基于中尺度数值天气预报模式（The Fifth-Generation NCAR/Penn State Mesoscale Model,MM5）建立了大气波导预报平台,使用GFS数据对包含我国黄海、东海以及南海海域的区域蒸发波导分布进行预报.将2015年12月份海上航行过程中监测的不同时刻、不同海域处的蒸发波导高度同预报结果进行对比分析,结果表明二者具有较好的一致变化趋势.考虑到实时测量时间分辨率高以及数值预报预报区域广的特点,在实际舰船雷达效应评估中可充分利用两种数据,实现海上微波传播效应的预测和预报.     

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.     

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.     

湍流环境下的大气波导信道衰落特性研究

湍流大气环境不但会引起大气波导传播中能量的严重泄漏,干扰雷达对目标回波信号的检测,还会影响接收信号的快衰落特性。文中针对大气波导超视距信道,利用考虑湍流效应的抛物方程模型仿真计算了不同湍流强度下,波导高度内、外接收信号的超视距快衰落特性,分析比较了考虑与忽略湍流效应两种情况下,波导高度内、外接收信号的幅频特性,更加合理地对雷达进行系统效应评估,准确地反映大气湍流对海上电波传播的影响。