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。     

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。     

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。     

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。     

电磁盲区随波导内雷达发射角的变化特性

蒸发波导是一种出现概率最高的大气波导。利用蒸发波导可实现雷达的超视距探测,扩大探测距离,但是也会出现不同的电磁盲区,降低雷达性能。为了在雷达超视距探测中减小电磁盲区,需要掌握电磁盲区随雷达发射角的变化规律,以便在应用中对发射角进行调整。首先给出了抛物方程和射线描迹这两种描述大气波导中电磁波传播的方法,然后分别运用这两种方法对不同雷达发射角下的电磁盲区进行计算和仿真,获得了电磁盲区随雷达发射角变化的规律。同时也证明了尽管这两种方法的机理不同,但得到的电磁盲区的变化规律相同,它们都可以应用于电磁盲区计算。得到的结论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。     

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。     

大气波导传播类型及特性分析

电磁波在大气中传播时,除了正常的折射外,在特殊条件下还会产生超折射现象,从而形成大气波导传播.利用大气波导,可以扩大探测、截收、通信和电子对抗等电子系统的有效作用距离,为远距探测、预警和通信提供条件.同时,也会形成诸如向外扩展的电磁盲区,使雷迭系统的杂波增强等不利因素.要实现大气波导超视距传播,须对将电磁波在大气波导环境中的传播进行研究.通过对大气波导类型及形成条件、电磁波实现大气波导传播的必要条件的分析,用射线描迹方法研究了大气波导传播的8种类型,同时对其特性进行了分析,从而为电子系统在各种大气波导环境下的应用奠定了基础.     

蒸发波导对舰载雷达超视距干扰的影响

舰载雷达常利用蒸发波导实现对海上目标的超视距探测,同样蒸发波导也会对有源干扰性能产生影响。针对舰载雷达干扰对抗,基于蒸发波导区域预报数据和雷达干扰方程,对舰船自卫干扰方式的雷达回波功率、干扰功率、干信比等进行了仿真计算和分析,并获得干扰设备在蒸发波导环境中的合理布设区域。结果表明:合理利用蒸发波导条件,可形成对雷达的超视距干扰。评估海上蒸发波导环境下雷达的干扰性能,可为雷达对抗提供辅助决策信息。     

大气波导对无源定位差分时延精度的影响

利用泰勒级数近似的射线追踪算法,针对1 000 km范围内的超视距目标时差定位系统进行传播路径仿真建模,计算分析了不同波导环境下的差分时延误差和多径相对时延,评估了时差定位系统对大气波导超视距目标的时延差精度.计算结果表明,由于大气折射环境随距离的变化,无源定位系统的差分时延误差会随着通信距离的增大而增大.当系统通信距离达到近1 000 km时,较强的表面波导环境可使差分时延误差达到近30 ns,多径相对时延可达近20 ns;蒸发波导可使时延误差达近40 ns,多径相对时延同样可达近20 ns.通过对实际波导环境超视距链路时延效应的定量分析,为无源时差定位系统的工作性能和参数设计提供了环境保障和技术支撑.     

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.     

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。     

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.