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.     

海上蒸发波导电波传播特性预测

电磁环境计算是战场电磁环境预测仿真系统的核心,海面上温度的逆增和湿度随高度增加的剧烈递减,使得蒸发波导出现概率较高且持续时间较长。因此,海上蒸发波导具有较高的研究价值,给出一种基于PE模型的电场强度计算方法,引入修正折射指数描述不均匀大气结构,仿真分析了蒸发波导对电波传播的影响,仿真分析表明相比于标准大气结构的传播损耗,蒸发波导对电波传播产生了陷获作用,电波受大气折射,在波导层向下偏转,传播轨迹弯向地面,电波在波导层中传播损耗明显减小,形成超视距传播。     

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.     

海上电波传播预测模型研究与仿真

研究了海上电波传播的预测模型,重点论述了抛物方程法的理论基础,详细给出了该方法下的电波传播损耗计算的模型推导和求解方法。在此基础上利用MATLAB分别对海上中性大气层结条件下的水平和垂直极化电波传播特性进行了仿真计算。仿真结果与理论研究和实际实验结论相符,说明了仿真的正确性。通过设置辐射源和大气参数进行对比仿真,具体分析了大气环境特别是蒸发波导对水平和垂直极化电波传播的影响。最后给出了需要深入研究的方面。本文的研究可为海上电波传播的研究提供有益的参考。     

基于抛物方程的海上电波传播研究

抛物方程已经被广泛地应用于电波传播预测模型,并成为解决电磁波传播问题的主要工具。针对目前大多数预测模型处理粗糙海面的不足,引进了一种能包含海面阴影效应的粗糙度修正因子,并由于电波在海面上传播主要受到蒸发波导和粗糙海面的影响,结合抛物方程和蒸发波导理论对海面上的电波传播进行了研究,利用PE模型计算了电波在蒸发波导中不同条件下的传播损耗,并分析了蒸发波导和粗糙海面对电波传播的影响。     

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。     

舰船雷达超视距探测中的定位方法研究

蒸发波导是海洋大气环境中出现概率最高的一种大气波导,当舰船雷达工作在蒸发波导环境下时,在一定的条件下雷达电波被陷获在蒸发波导内传播,如果采用雷达常用的定位方法就会产生很大的定位误差。根据电波传播理论和蒸发波导特征,基于射线追踪技术,提出了蒸发波导环境中舰船雷达电波传播路径的计算方法和雷达对目标的精确定位方法。仿真结果表明,满足蒸发波导传播条件情况下,舰船雷达采用常用方法对目标定位时在水平方向的误差较小,在垂直方向上的误差很大。采用蒸发波导环境下的舰船雷达定位方法可以实现在蒸发波导条件下对目标精确定位,从而提高舰船雷达的作用效果和精度。     

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。     

电磁波在大气波导环境下传播特性研究

分析了大气波导环境下的电波传输损耗,结合应用需求,对大气波导环境下电磁波异常传播特性的应用进行了研究.给出了波导条件下电磁波传输损耗模型,波导环境下的电磁波传输损耗计算方法,为无线电系统的总体设计提供了重要的参考价值.     

海上湍流对雷达波传播影响模拟研究

基于海洋大气近地层相似理论,给出了大气折射指数和微波波段湍流强度垂直廓线模型;基于一维Kolmogorov湍流谱,数值模拟随机瞬变大气折射指数,并将其叠加在大气折射率垂直廓线上,建立了海洋大气近地层考虑湍流影响的大气修正折射率垂直廓线模型.利用海面水文气象观测数据和美国海军高级传播模型,数值模拟了蒸发波导和湍流对雷达波传播和雷达探测性能的影响,发现:海洋大气近地层湍流在一定程度上增大了蒸发波导内雷达波传播损耗,减弱了雷达对海面目标的超视距探测能力;而在蒸发波导高度以上部分空域,湍流效应在一定程度上减弱了雷达波传播损耗;因此,在定量评估舰载雷达探测性能时有必要考虑蒸发波导和湍流的综合影响.     

The study of the transmission of GHz waves.in the oceanic low altitude waveguide in the PEM-based gridded method

A parabolic equation method （PEM）-based discrete algorithm is proposed and is used to obtain the field distribution in the evaporation duct space. This method not only improves the computing speed, but also provides the flexibility to adjust the simulation accuracy. Numerical simulation of the wave propagation in the oceanic waveguide structure is done. In addition, the initial field distribution and progressive steps are determined. The loss model in the waveguide is solved through the numerical solution. By comparing the characteristics of the radio wave propagation in the duct and in the normal atmospheric structure, we analyses the radio transmission over the horizon detection in the oceanic waveguide.     

Interaction of electromagnetic and acoustic waves in a stochastic atmosphere

In the Stanford radio acoustic sounding system (RASS) an electromagnetic signal is made to scatter from a moving acoustic pulse train. Under a Bragg-scatter condition maximum electromagnetic scattering occurs. The scattered radio signal contains temperature and wind information as a function of the acoustic-pulse position. In this investigation RASS performance is assessed in an atmosphere characterized by the presence of turbulence and mean atmospheric parameters. The only assumption made is that the electromagnetic wave is not affected by stochastic perturbations in the atmosphere. It is concluded that the received radio signal depends strongly on the intensity of turbulence for altitudes of the acoustic pulse greater than the coherence length of propagation. The effect of mean vertical wind and mean temperature on the strength of the received signal is also demonstrated to be insignificant. Mean horizontal winds, however, shift the focus of the reflected electromagnetic energy from its origin, resulting in a decrease in received signal level when a monostatic radio-frequency (RF) system is used. For a bistatic radar configuration with space-diversified receiving antennas, the shifting of the acoustic pulse makes possible the remote measurement of the horizontal wind component.     

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。     

基于WRF模式预报的微波湍流特性研究

大气湍流对对流层内微波的传播具有重要影响,正确认识大气湍流的特性有助于提高电波传播模型预测的准确性和可靠性. 本文利用天气数值预报（weather research and forecasting,WRF）模式预测气象要素,计算微波波段大气折射率结构常数,研究对流层内大气湍流的时空分布特性,并探讨其与温度、相对湿度和修正大气折射率的变化关系. 研究表明:近海面微波湍流强度具有明显的日变化特征;对流层内微波湍流的垂向结构具有较为明显的分层;大气环境出现逆温减湿现象,湍流活动较强. 这些研究成果可为微波在大气环境中传播的准确预测提供理论支持.     

太赫兹波大气衰减的抛物方程模型

抛物方程是一种模拟电波传播特性的高效模型,但目前抛物方程模型在模拟电波传播时,主要考虑大气的折射效应而忽略了其吸收作用,然而太赫兹波的大气衰减较为严重。通过引入大气分子吸收的复折射率,实现了应用抛物方程模型计算太赫兹波的大气衰减。该模型考虑了大气压强、温度和水汽密度等气象参数随高度变化对大气衰减的影响,且能够针对不同地区和季节的气象条件对大气衰减进行计算,与真实环境更加符合。最后利用该模型仿真分析了0.14 THz波的传播特性,给出了传播损耗随距离和高度的变化,并与忽略大气衰减的结果进行了对比,结果表明抛物方程模型能同时体现太赫兹的大气吸收效应和多径传播效应。     

宏小区无线电波传播预测模型仿真分析

无线电波传播模型主要用于计算无线电波传播路径损耗中值.针对宏小区无线电波传播需要考虑地形、环境类型以及构成环境的材料等各方面因素,研究了奥村经验模型中参数的算法和取值,用MATLAB仿真依据线性回归校正算法校正奥村经验模型.仿真结果表明,在频率一定的情况下,随着收发距离d的增加,电波传播路径损耗也增大;建筑物的密度越大,电波传播路径损耗越大.仿真结果与实际环境测试数据一致,也验证了校正的奥村经验模型的可靠性.     

新型声表面波湿度传感器的研究

乐甫(Love)波其质点振动方向垂直于传播方向,同时又平行于基片表面,在基片法线方向上无振动分量。因此当基于Love波的电子器件在接触液体时Love波能量损耗很少,因而乐甫波声表面波(SAW)传感器主要用于液相检测。在石英上表面及在其上面淀积的SiO2薄膜中激发、传播的乐甫波对SiO2薄膜质量的变化很敏感,因此该文研究了基于乐甫波的湿度传感器感知气体环境的湿度含量。该文乐甫波湿度传感器采用42.75°Y-旋转切割石英基片,传播方向为[0°,132.75°,90°]。吸湿膜采用APCVD制作的多孔SiO2薄膜,此类膜比PECVD制作的SiO2膜疏松,吸湿、脱湿迅速。传感器灵敏度为62kHz/%RH,最大湿滞约3%,测得的湿敏特性、迟滞特性表明,Love波SAW湿度传感器线性度较好,实验验证了该结构具有很好的气体测试前景。     

基于抛物方程的电波相位预测方法

针对大气波导和不规则地形等复杂环境下的电波传播相位预测,研究了基于抛物方程(PE)的相位计算方法,并通过与理想导体平面上自由空间条件下几何光学双射线模型计算的传播相位对比,对该相位计算方法进行了验证.在此基础上,利用PE方法计算的幅度和相位,研究了大气波导对脉冲信号传播的影响.     

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...