抛物方程模型在海上电波传播中的应用

针对舰载雷达探测威力预报,推导了电磁波传播的抛物型方程模型.该模型基于修正平坦地面的抛物型方程,并使用分步Fourier算法求解,能够计算舰载雷达在空间各点的传播损耗和检测概率.计算结果同舰载雷达的实际观测值进行比较,表明两者之间有较好的吻合.     

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.     

蒸发波导环境测量与雷达探测性能分析

舰载微波超视距雷达主要通过大气波导传播效应实现对目标的超视距探测。利用测量的水文气象参数,根据蒸发波导模型预测蒸发波导高度,讨论了中性、稳定以及不稳定条件下的3种蒸发波导剖面。给出了便于蒸发波导环境下使用的修正雷达方程,基于抛物方程模型形成微波超视距雷达的探测性能分析方法。在我国南海海域开展了舰载蒸发波导环境测量及微波雷达探测的对比试验,在超视距预测的性能上理论预测结果与实际探测结果较为一致。分析结果对雷达探测及电子战应用具有重要意义。     

半导体器件非抛物型流体动力学模型

从 Boltzmann迁移方程出发 ,在载流子分布函数没有任何限制 ,能带结构也没有任何假设的情况下导出了 Boltzmann迁移方程的前三阶矩方程 ,然后在 Kane弥散关系和指数定律弥散关系两种非抛物型能带关系下分别得到了非抛物型流体动力学模型 ,并对模型作了归一化处理。     

抛物方程方法的亚网格模型及其应用研究

该文在抛物方程非均匀网格技术的基础上,提出了抛物方程方法的亚网格模型,并给出了该亚网格模型的具体构建方法,以快速准确地求解大尺度复杂电磁环境中存在关键目标的电波传播问题。通过对存在强散射体的复杂电磁环境中电磁波的分布特性进行模拟,探讨了抛物方程亚网格技术的高效性。结果表明:与细网格相比,亚网格技术使得抛物方程的计算速度提升了4.57倍,网格空间数下降了86.64%,且较非均匀网格具有更高的计算精度。可见,抛物方程的亚网格模型能够极大地提升抛物方程的仿真效率。     

宽角抛物方程在阻抗边界条件下的应用

对抛物方程中的伪差分算子进行Feit-Fleck宽角近似处理,分析了这种近似所带来的误差;详细阐述了阻抗边界条件下求解这种宽角抛物方程的分步傅立叶变换方法,并以此计算了海平面上电波传播情况,与窄角抛物方程及几何光学双射线模型的计算结果进行比较,说明了这种宽角抛物方程在阻抗边界条件下计算较大仰角电波传播问题是可行的.     

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.     

基于抛物方程法的粗糙海面电波传播分析

提出了一种改进阻抗边界条件的方法,并用格林函数法求解抛物方程的初始解:从而提高了抛物方程法的稳定性与精确度.最后基于抛物方程法分析了粗糙海面上的电波传播特性,得到的结果与Miller-Brown模型进行对比,结果吻合很好.     

Pade型双向抛物方程及其在室内电波传播问题中的应用研究

针对室内垂直墙面、家具等对电磁波后向反射较大的问题,提出了Pade型双向抛物方程,在增大抛物方程计算角度的同时提高了室内场计算的精度.利用Crank-Nicolson有限差分法推导了Pade型双向抛物方程的离散差分格式,同时,通过对室内天花板和地板采用阻抗边界条件,导出了上下边界场满足的有限差分格式,与射线跟踪法的对比验证了边界处理的正确性.采用双向抛物方程仿真了包含家具的单层单建筑物存在时室内电磁波的传播特性,结果表明,双向抛物方程的仿真结果是可靠的,其符合现实物理规律,最后基于该双向抛物方程模型模拟和分析了存在二栋双层建筑物时室内的电磁波分布特性.     

电离层与对流层模型对北斗RAIM可用性的影响分析

电离层和对流层是卫星导航系统测量的主要误差源,也是北斗卫星导航系统可用性变化的重要因素。采用星历数据仿真分析了电离层和对流层延迟误差模型对北斗导航系统RAIM可用性的影响,特别分析了不同对流层模型对民用航空的影响。实验表明电离层和对流层的延迟误差分别为0~14.5 559 m及0~23.7 796 m,且在民用航空的非精密进近阶段,用Saastamoinen模型、UNB3模型及Hopfield模型分别作为北斗的对流层误差模型的RAIM可用性分别为99.308%、92.041 5%和100%,相比较Hopfield模型更适合作为北斗卫星导航系统的对流层模型,能满足民用航空的99.9%RAIM可用性要求。     

GPS定位中4种对流层延迟修正模型适应性分析

系统地分析了对流层延迟特性及其误差改正模型的精度及适应性.对GPS信号的对流层延迟误差产生机理进行了理论分析;对常用的4种对流层误差改正模型:霍普菲尔德(Hopfield)模型、萨斯塔莫宁(Saastamoinen)模型、Black模型及Egnos模型的特点及建模方法进行了详细论述;利用从GPS技术权威支持机构Crustal Dynamics Data Information System(CDDIS)得到的GPS对流层相关数据,定量分析了4种对流层误差改正模型的精确性及适用性条件.最后,为对流层延迟改正模型的选择给出了结论性的意见,所得结果为GPS精确定位时对流层延迟改正模型的选择提供了理论依据,具有工程应用参考价值.     

对流层对地球同步轨道SAR成像的影响研究

地球同步轨道SAR（GEO SAR）具有超长孔径时间和大覆盖范围的特性,使得传统低轨SAR成像中采用的对流层冻结模型假设失效。因此,需要考虑时变条件下的对流层效应对GEO SAR成像的影响。本文根据对流层中电磁波的传播规律,利用射线描迹法,分析了GEO SAR中相位误差的特点;并通过建立时变对流层影响下的GEO SAR回波信号模型,研究了对流层引起的GEO SAR图像偏移及图像散焦现象,并分析总结了相关影响的边界条件。最后,基于仿真数据,分析了对流层效应对GEOSAR成像的影响。      

风廓线雷达数据获取率的统计分析

数据获取率是反映风廓线雷达探测性能的一个很重要的指标。经统计分析表明,夏季的数据获取率明显高于冬季;边界层风廓线雷达在2.5 km高度以上、对流层风廓线雷达在12 km高度以上,数据获取率随高度升高开始明显下降。如果以全年数据获取率不小于80%为衡量标准,在研制或采购时,确定边界层风廓线雷达的探测威力为2 km,而对流层风廓线雷达的探测威力为12 km,总体来讲比较合理和符合实际。     

车载直接探测多普勒测风激光雷达光学鉴频器

基于建立的车载直接探测激光雷达系统,对接收光学鉴频器进行了研究。针对边界层、对流层和平流层不同的气溶胶和大气分子浓度以及风速动态范围,同时采用直接探测的两种主要技术。利用多光束菲索(Fizeau)干涉仪(MFI)和阵列光电倍增管(PMT),接收气溶胶散射信号,获得边界层风速。采用双法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪(DFP)和光电倍增管探测器,分析分子散射信号,得到对流层风场。使用实际的激光雷达系统参数和大气模型参数,对两个鉴频器进行了优化设计,分析了它们的风速测量灵敏度和精度。多光束菲索干涉仪鉴频器系统在±50 m/s风速范围内测量灵敏度为1.3%/(m.s-1),高度分辨率为200 m,边界层内风速测量误差小于1 m/s。双法布里-珀罗干涉仪鉴频器系统在±100 m/s风速范围内的测量灵敏度约为0.3%/(m.s-1),高度分辨率为1000 m,对流层风速测量误差小于3 m/s。     

对流层散射实现雷达信号超视距传输的研究

非均匀对流层对投射的电磁波会产生二次辐射,从而进行前向散射,形成超视距传播。文中介绍了对流层散射的传播原理、对流层的几种数学模型,对流层散射的各种损耗,以及基于对流层散射传播原理的微波超视距无源探测定位系统的探测性能分析,给出了探测距离R与工作频率f的关系曲线和探测距离R与辐射源功率P的关系曲线。     

微波辐射计与GPS 联合反演大气折射率

地基单站微波辐射计是被动反演对流层大气折射率剖面的一种有效设备,亮温是其进行反演的基础量.地基单站GPS(Global Position System)接收到的低仰角信号的斜路径延迟也是进行对流层折射率剖面反演的基础量.由于对流层的中低层大气变化较大,以上两种设备对其折射率的反演误差较大.将地基单站微波辐射计与地基单站GPS两种设备的实测数据相结合,建立联合反演模型,可以综合两种探测设备对大气不同层结的敏感性,有效改善对流层中低层折射率的反演精度.对太原和青岛两个地区历史探空数据的仿真反演结果验证了此联合模型的有效性.     

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.     

对流层散射双向时间比对中对流层斜延迟实时估计

对流层斜延迟是对流层散射双向时间比对中一个重要误差源,该文提出一种对流层散射双向时间比对中对流层斜延迟实时估计方法。通过GPT2w模型计算测站气象数据,克服对流层斜延迟估计中对实时气象数据的依赖。针对Hopfield模型中固定的对流层散射顶层高,利用几何方法计算动态对流层散射顶层高,以解决对流层散射双向比对的实际应用问题。选取日本地区3个测站,两两进行比对,在验证Hopfield模型精度后,计算3组比对站在不同入射角和不同时间的对流层斜延迟。计算结果表明,对流层散射双向时间比对中对流层斜延迟呈现出随比对距离增大而增大,随入射角增大而减小的特性,并且四季变化特性也比较明显。3个比对站的对流层散射斜延迟10~35 m之间,经比对抵消90%后的时间延迟为3.5~11.8 ns。     

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.