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。     

舰载微波大气波导雷达作用距离计算模型

分析微波雷达实现超视距探测的探测机理,分别利用P-J模型和抛物方程对大气波导高度、电波传播损耗进行求解,结合大气波导传播条件,给出了舰载微波大气波导雷达作用距离的计算模型。     

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。     

大气波导对雷达作用距离的影响

舰载雷达在大气波导条件下可实现超视距传播,可提高雷达探测性能,具有重要的理论意义和军事价值。详细介绍了产生大气波导的各种条件,同时也给出了在大气波导条件下的雷达探测距离的计算公式,并对标准大气和大气波导条件下雷达探测性能做了比较。     

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.     

电磁盲区随蒸发波导特征参数的变化特性

受雷达天线的低高度、地球凸起的影响,舰船雷达低角探测的范围非常有限。为了对远距离海上目标探测,扩大该舰船雷达探测范围,利用出现概率较大的蒸发波导实现超视距探测是一种较好的方法。但是,在基于蒸发波导的雷达超视距探测时,也会出现电磁盲区,且电磁盲区受蒸发波导特征参数影响。通过分析蒸发波导特征参数,利用描述大气波导中电磁波传播的射线描迹法对蒸发波导特征参数引起的雷达电磁盲区变化进行了计算和仿真,获得了电磁盲区随蒸发波导特征参数的变化规律,为利用蒸发波导实现雷达超视距探测的工程实际应用奠定了基础。     

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。     

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。     

海上大气波导的抛物方程法分析

大气波导是影响电子信息系统的重要环境因素,影响着海上雷达等无线电系统的运作,文中利用抛物方程的离散混合傅里叶变换算法,建立了海上大气波导中电磁波传播路径模式,并对标准大气、蒸发波导和表面波导中的电磁波传播损耗进行比较,结果表明海上大气反常传播可实现低空目标的超视距探测。     

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.     

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。     

海杂波中的超视距雷达探测性能分析

海上大气波导在使微波雷达实现超视距探测的同时,也使海杂波回波信号增强,从而降低雷达的检测分辨性能。利用雷达性能评估模式,仿真计算了雷达在不同发射频率、发射仰角以及天线高度下,典型波导环境中海杂波和目标的回波功率,进行了海杂波干扰下微波超视距雷达的探测性能分析与评估。分析结果表明,在实际工作中选择合适的雷达系统参数,可以有效的降低海杂波的干扰,同时又不容易遗漏较远距离处的目标。     

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.     

基于已知传播模式数目的海杂波抑制方法研究

天波超视距雷达海杂波谱受电离层多模传播影响大幅展宽, 需进行杂波抑制才可实现舰船目标检测, 利用电离层返回散射探测可获得海杂波谱先验模式数目信息.针对常用的两种海杂波抑制方法——特征值分解法和循环对消法, 仿真分析了传播模式数目识别准确性对海杂波抑制效果的影响.结果表明:若传播模式数目识别错误, 则会造成目标漏检或虚警.在传播模式数目已知的前提下, 利用仿真和试验数据研究了目标与一阶海杂波多普勒相对位置和多普勒分辨率对上述两种方法海杂波抑制效果的影响.目标与一阶海杂波越接近, 海杂波抑制效果越差, 当二者相对多普勒位置小于分辨率时, 两种方法均失效; 多普勒分辨率越低, 海杂波抑制效果越差; 目标与海杂波越接近, 对多普勒频率分辨率要求越高.     

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.     

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。