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.     

粗糙海面对电波传播的影响研究

蒸发波导能够部分陷获电磁波的传播,从而改变电磁波的传播特征,形成超视距传播,但是粗糙海面对电波传播的影响会削弱这种传播特性。基于抛物方程(PE)模型,采用包含粗糙海面阴影效应的反射系数来计算电波传播损耗,仿真结果略大于采用Miller-Brown模型做海面粗糙度修正的传播损耗值。表明当波长与浪高可比拟甚至远小于浪高时,粗糙海面的阴影效应对电波传播的影响不可忽略。     

PE模型预测蒸发波导中电波传播损耗

针对电磁波在蒸发波导中的异常传播现象,研究了电磁波在蒸发波导中的传播损耗,其传播损耗是电波传播的一个重要概念,并受到广泛关注。抛物模型(PE,Parabolic Equation Model)作为目前研究电波传播的主要模型,通过与Two-ray模型的对比分析验证了PE模型的可行性,且PE模型计算电磁波的传播损耗时可以克服其他模型预测粗糙海面时的不足。仿真分析表明,电波在蒸发波导中传播时的损耗值比在标准大气中的损耗值要小。     

粗糙海面蒸发波导传播和近掠入射散射分析

讨论在蒸发波导条件下粗糙海面对电波传播特性的影响。推导粗糙海面的表面反射系数,通过实验检验某粗糙海面电波传播预测模型在我国海域的适用性,并给出实验结果和分析。给出了不同条件下波导高度和传播损耗、最大探测距离间的关系。数据分析表明:冬季的粗糙海面情况下模型计算的传播损耗值与实测值比较接近,而秋季时两者相差较大,说明在海况较好时该模型适用于我国近海海域,而当风浪较大时,将导致表面粗糙度增大,影响模型的精度,使其低估传播损耗。     

基于分形的粗糙海面三维抛物方程模型及其应用

风驱海浪随机起伏变化是海面环境的典型特征之一, 而较大的风浪通常会给海面无线通信带来重要的影响.传统的抛物方程(Parabolic Equationmethod, PE)模型在预测粗糙海面的电波传播时, 未能充分考虑海浪的电磁散射以及阴影效应等.针对以上不足, 文中基于三维抛物方程, 引入动力学分形方法, 对传统的抛物方程模型进行了改进研究.相比传统的Miller-Brown近似方法, 改进后的预测模型能更好地反映出海浪几何特征对电磁波传播的影响.最后以舰载雷达的有效探测范围为计算背景, 对粗糙海面的电波传播特性进行了仿真分析, 结果表明了该模型在区域级海面环境电波预测的可行性.     

改进DMFT算法研究粗糙海上蒸发波导中的电波传输特性

基于抛物方程的改进离散混合傅立叶变换算法(DMFT)研究了无线电波在粗糙海面上蒸发波导环境下的传输特性.在辅助函数的离散过程当中采用后向差分公式代替以往的中心差分公式,保证了数值结果的稳定性.采用谱估计技术计算了粗糙海面上每个步长上的掠入射角并用Miller-Brown模型数值计算了粗糙海面的反射系数.用改进的DMFT算法数值模拟了无线电波在粗糙海面上蒸发波导中的传输损耗,并与标准大气和光滑海面蒸发波导中的传输损耗进行了比较,分析了海上风速和入射频率对传输损耗的影响.     

障碍物对蒸发波导中电波传播影响研究

利用快速傅里叶变换求解分段线性宽角抛物方程的方法,研究了单个障碍物和多个障碍物对海面上方蒸发波导中电磁波传播的影响,将光滑海面上有障碍物与无障碍物的蒸发波导中电磁波传播结果进行了比较和讨论。结果表明:随着障碍物的存在及传输距离和障碍物高度的增加,蒸发波导中电磁波路径传输损耗增大,这对评估海面上空含舰船和岛屿时蒸发波导的传输特性有重要意义。     

蒸发波导环境中的雷达探测性能分析

应用抛物型方程和电波传播的基本理论,计算了电磁波在近海面中性层结条件蒸发波导中和标准大气中的传输损耗,得到了蒸发波导中电磁场的空间分布特性.利用伪彩色图分析了蒸发波导厚度、天线高度和发射仰角对雷达探测性能的影响,数值仿真克服了目前射线描迹技术尚不能精确描述空间场分布的缺点,为有效预测雷达系统的探测盲区以及覆盖区提供了可靠的依据.     

蒸发波导条件下雷达探测距离的估计方法

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现象,尤其在蒸发波导条件下,会形成波导传播。文中描述了通过气象水文信息得到蒸发波导折射率剖面,再由电波传播模型和修正的雷达方程估计出雷达在蒸发波导条件下的作用距离。并通过试验,初步验证了上述方法。     

超视距低空电波传播模式研究分析

文中提出了一种电波传播模式分析方法. 通过对PJ (Paulus-Jeske)波导进行参数估计,实现蒸发波导的完备性建模;采用抛物方程法分析气象环境中的二维电波传播路径损耗分布,利用最大值池化降低数据量,并采用自适应聚类分析实现电波传播模式分析,进而建立海杂波衰减规律与电波传播模式之间的映射,统计条件概率. 结果表明,蒸发波导环境下海杂波衰减与电波传播模式之间具有相关性,分析结果能够展示蒸发波导中的电波传播模式,并且能够为海杂波反演大气波导提供先验条件概率分析.     

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。     

区域蒸发波导及微波路径损耗预报与验证

蒸发波导对近海面电磁波传播有重要影响,区域蒸发波导及微波路径损耗预报对评估海上雷达、通信、侦察等电磁系统的性能至关重要. 本文基于美国国家环境预报中心的GFS预报产品和NAVSLaM蒸发波导预测模型,对我国南海海域进行了大面积蒸发波导预报,利用欧洲中期天气预报中心发布的ERA5再分析数据进行了对比,并结合电磁波传播抛物方程模型开展了微波在蒸发波导信道中的路径损耗预报;然后利用在南海北部的路径损耗测试链路,对预报结果的准确性及时效性进行了验证. 再分析数据对比及海上试验验证结果表明,基于GFS数据开展的蒸发波导层中路径损耗预报,除个别异常点外,预报的路径损耗与实测值趋势相同,在前24 h结果与实测值较为吻合,误差在5~10 dB,可以用于大面积蒸发波导层中路径损耗的预报. 另外,试验发现,降雨会导致预报结果与实测数据有很大的误差,在进行电磁波传播计算时,应充分考虑雨衰、海面粗糙等海洋环境.     

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。     

电波传播的抛物方程近似分析法

文中提出了一种电波传播模式分析方法. 通过对PJ (Paulus-Jeske)波导进行参数估计,实现蒸发波导的完备性建模;采用抛物方程法分析气象环境中的二维电波传播路径损耗分布,利用最大值池化降低数据量,并采用自适应聚类分析实现电波传播模式分析,进而建立海杂波衰减规律与电波传播模式之间的映射,统计条件概率. 结果表明,蒸发波导环境下海杂波衰减与电波传播模式之间具有相关性,分析结果能够展示蒸发波导中的电波传播模式,并且能够为海杂波反演大气波导提供先验条件概率分析.     

海上蒸发波导条件下电波传播的分析

抛物方程方法已经被广泛地应用于电磁波传播的研究,并成为解决电磁波传播问题主要的工具。应用抛物方程和电波传播的基本理论,计算了电磁波在蒸发波导和标准大气中的传输损耗,得到了电波的空间传播损耗图,与射线理论的射线描迹技术得到的结论是一致的,但是抛物方程方法求解速度快,具有很好的实时计算特性,并且能弥补目前射线描迹技术尚不能精确描述空间场分布的缺点,因此更具有实用价值。