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。     

蒸发波导中电磁波异常传播特征研究及其应用

蒸发波导是海洋大气环境中一种典型的异常大气折射结构。它能够部分地陷获电磁波的传播,从而改变电磁波的传播特征。这种特性在雷达、通信、电子对抗等设备的使用方面具有广泛的应用。该文主要利用电磁波传播的抛物型数值方程和裂步傅里叶算法,通过仿真方法研究了蒸发波导环境下电磁波所具有的异常传播特征,并利用2003年8月大连海域的雷达异常探测试验作为应用实例,说明了蒸发波导对电磁波异常传播以及对雷达异常性能的影响。     

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。     

蒸发波导条件下电磁波传播的敏感性分析

为了分析蒸发波导条件下气象参数变化对电磁波传播的影响,利用Paulus-Jeske(P–J)模型,得到不同气象参数条件下的蒸发波导折射率剖面,然后利用抛物方程模型计算雷达探测距离。为今后利用气象数据和蒸发波导参数预测雷达电磁波传播距离提供一定的参考。     

基于气象梯度仪的蒸发波导探测

蒸发波导是海洋大气中一种常见的自然现象,受其影响,电磁波的传播轨迹会显著改变。针对蒸发波导的探测,提出了利用岸基铁塔气象梯度仪进行蒸发波导探测法方法并进行了分析,同时与蒸发波导模型的结果进行了初步比较,表明梯度仪是蒸发波导探测的有效手段,对波导模型的修正和蒸发波导条件下雷达最大探测距离的预测具有一定的指导意义。     

蒸发波导条件下C频段舰载雷达天线架高研究

为充分发挥C频段舰载雷达在海上蒸发波导条件下的目标探测能力,开展了雷达天线架设高度的研究.根据基于抛物方程(PE)的电磁波传播衰减计算方法,计算并比较了C频段舰载雷达辐射电磁波在不同蒸发波导高度条件下的传播衰减值,根据结果建议在蒸发波导高度普遍较高的南海,天线架高定在10 m左右,在蒸发波导高度一般不超过15 m的黄海海区,天线架高定在20～30 m之间,实际应用中需考虑雷达使用海区的蒸发波导高度分布规律.研究结果对于C频段舰载雷达的设计和使用具有参考价值.     

蒸发波导条件下雷达超视距探测距离研究

首先,对蒸发波导条件下舰载雷达超视距探测距离进行研究,描述了蒸发波导形成机理,以及需要监测的参数.然后,分析了对舰载雷达实现超视距探测的3个条件,给出了舰载雷达作用距离表达式.最后,采用分步傅里叶变换求解抛物方程法对蒸发波导条件下雷达电磁波传播损失进行了仿真分析,并给出了上下边界和初始场的处理方式.仿真结果表明,蒸发波导越高,目标高度越小,发射仰角越低,雷达作用距离越大.     

海洋大气波导对雷达探测性能影响的研究

建立了海洋环境中典型波导的经验模型,用电磁波传播的地型抛物方程以及分步傅里叶算法对电磁波在各种波导情况下的传播衰减情况进行了数值模拟,并构建了雷达性能评估模型,应用该方法评估了不同波导环境下雷达的探测性能,分析了由于大气波导环境的影响所产生的雷达低空异常探测特征。     

舰载微波超视距雷达天线架设高度研究

针对X波段舰载微波超视距雷达,研究了蒸发波导条件下雷达天线架设高度对其探测距离的影响.利用抛物方程模型建立了评估模型,通过仿真分析了天线架高对电磁波传播损耗及雷达作用距离的影响,研究结果表明,不同的层结条件下,虽然天线架高对电磁波传播损耗的影响不相同,但对雷达探测距离的影响却具有一般规律,即波导高度较低时,雷达作用距离随天线架高的增加而增大;当波导高度较高时,雷达探测距离随大线架高的增加先增大后减小.最后针对X波段海上雷达系统天线的架设高度给出了建议.     

蒸发波导环境对雷达探测性能的影响

蒸发波导环境中电磁波传输特性与自由空间不同,给雷达的探测性能带来了很大影响.建立了基于蒸发波导环境的传输损耗和射线轨迹模型,分析了其对雷达探测性能、测角精度和测距精度等方面的影响,为雷达探测性能的评估和修正提供了参考.     

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。     

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.     

大气波导对雷达异常探测影响的评估与试验分析

针对海洋大气波导环境对雷达性能影响的定量评估问题,本文建立的方法将对流层大气中电波传播的抛物型数值方程模式与雷达接收机理论结合起来,通过对雷达电磁波在实际波导环境下的传播损失分布规律进行阈化处理来分析雷达的最大探测距离特征.雷达探测评估的仿真数据显示,该方法能够较方便地评估雷达在大气波导环境下所具有的超视距探测等异常特征,该方法应用于某海域的试验分析中,评估的结果与实际雷达探测效果较为一致,验证了方法的实用性及大气波导环境下雷达的异常探测能力.     

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。     

基于柱坐标抛物方程的海上雷达覆盖范围研究

为预测雷达波在海面的全向传播特性,提出了基于柱坐标抛物方程(parabolic equation,PE)的电波传播模型,用于海上雷达覆盖范围的研究.从亥姆霍兹方程出发,推导出柱坐标系下的前向PE形式.再利用PE通解中三角函数的正交性,求解各电波传播模式的激励系数,结合分步傅里叶变换实现柱坐标PE的步进迭代算法,以预测电...     

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.     

大气波导对舰载电子装备作战性能的影响

大气波导是海洋大气近地层内普遍存在的现象,对海上舰船的电子信息装备作战性能有着非常重要的影响。介绍了大气波导的形成原因、分类和形成波导传播的条件,分析了大气波导对舰载雷达、电子对抗和通信系统的作战性能影响。最后提出了运用大气波导的方法措施。     

海面大气环境下雷达作用距离的预报方法

研究了海洋大气环境条件下雷达对已知散射截面积目标作用距离的预报方法。通过气象信息得到大气折射率剖面,利用抛物型方程计算出电磁波传播单程损耗,利用雷达方程得到目标的传播损耗门限,最后得到雷达对目标的最远作用距离。实测结果表明,此方法是可行的。     

异常海洋大气条件下红外与微波折射特征差异研究

研究了海上异常折射环境对于雷达微波和远红外波段的影响,利用近海面大气折射环境数值模型以及福建平潭和西沙永兴岛的海洋环境观测数据对两个波段进行了对比.结果表明,当雷达微波出现负折射时,红外波段却出现"波导"超折射特征,但强度和厚度较弱;当微波出现大气波导时,红外波段多为负折射特征.该项研究可为复杂海洋大气环境下两种探测系统的优化配置以及海洋环境对舰载光电探测系统的影响研究提供科学参考.     

湍流影响下的近海面大气折射率剖面

海上近地层大气折射剖面是影响海上舰船雷达低空探测的主要因素,通常不考虑大气湍流的影响往 往导致雷达探测误差较大。基于海洋大气近地层相似理论,给出了利用近海面气象参数和海面温度确定平均大气折射指数和脉动折射率剖面的方法,建立了考虑湍流影响的近海面大气折射率剖面模型,并进行了数值模拟和初步的试验验证。建立的近海面大气折射率剖面模型对于近海面电波传播的准确预测和提高雷达系统的性能具有一定的指导意义。