刘成国[1]2003年在《蒸发波导环境特性和传播特性及其应用研究》文中研究表明以蒸发波导为代表的对流层大气波导传播，可使电波在较小的衰减下沿波导传播得很远，从而严重影响合适的无线电系统。对于通信电路，它使系统间的相互干扰问题变得复杂，既可能干扰其他系统又可能形成另外的系统，从而影响系统的有关参数如中继电路的最佳组合(分布、间隔)和协调距离，对于探测系统产生的则是雷达空洞、超视距探测等问题。这些问题对相关无线电系统特别是军事应用系统可能是致命的，因而以波导传播为代表的反常传播特性研究受到极大重视。经过多年的研究，目前蒸发波导传播等电波传播问题成为非常复杂的多学科问题，涉及到电磁波理论、大气科学和应用科学等，成为对流层传播研究中的一个热点和难点问题。我国在应用上急需蒸发波导环境的预测技术、蒸发波导传播条件下雷达探测性能评估和超视距传播引起的海面目标距离误差评估等具体问题的研究成果。使开展蒸发波导环境特性传播特性及其应用的研究具有重大理论意义和军事价值。 根据上述情况，结合我国尽快得到蒸发波导环境预测技术及在其中运作无线电系统的性能预测技术等需求，本文针对蒸发波导传播及其相关应用这一热点难点问题较深入地研究了蒸发波导环境预测技术的理论及其应用、蒸发波导环境中雷达探测性能评估所要求的基本理论之一——射线描迹技术及其在代表性蒸发波导环境中雷达探测性能评估技术方面的应用和我国应用所需的我国大气波导环境特性等几个方面。 对这几个方面的研究，本文得到了如下结论： 一、本文首次提出的以伪折射率为核心相似参量的蒸发波导环境预测理论是成功的。根据外场试验的结果，其预测蒸发波导环境出现的准确率可达到80％，对平均蒸发波导高度的预测误差约为28％，在试验可测量的高度范围内，不同蒸发波导高度的误差在24.6～57.6％之间。 二、本文选用的以电波射线微分方程为基础的射线描迹解决方案，可有效地避免沿用已久的积分算法计算效率低、零度初始仰角附近难以计算等局限，并保持较高的计算精度和计算效率。计算证实，真实高度相应的雷达视在距离在1％以内和已有结果一致，每确定一组视在距离和真实高度所需的时间为亚毫秒量级，基本可满足当前应用的要求。 叁、对两个应用问题的讨论表明： 基于本文发展的蒸发波导预测理论，使用微波折射率仪为传感器：(1)开展通量关系研究时，可以用于边界层温度、湿度和折射率无量纲梯度函数的精确测定和得到蒸发波导环境预测所需的伪折射率参数化函数关系；(2)预测蒸蒸发波导环境特性和传播特性及其应用研究发波导环境时可以避免使用传统气海界面要素测量中存在的局限，并用折射率音d面不太高的精确测量结果精确预测蒸发波导环境。 基于电磁场几何光学理论的射线描迹方法可以评估给定的蒸发波导环境中雷达的探测性能.对雷达天线高度分别为sm和IOm时在试验测得的典型蒸发波导环境中电波覆盖范围的评估表明:(1)和正常大气传播条件相比，蒸发波导环境增强了雷达对海面附近目标的探测能力，沿海面的探测距离大大超出了正常的视距范围。(2)以雷达视在距离作为海面目标的地面距离时，蒸发波导传播造成的地面距离误差基本随地面距离线性增加，在400km的地面距离内，可有约150m的误差。(3)天线高度的不同会给探测能力造成一定的影响，但对目标地面距离误差的影响不大。 四、我国陆上波导环境的气候区可划分为南部沿海地区、东南沿海地区、东部沿海地区、西北地区等四个波导频繁出现区与青藏高原四力嘛地和云贵高原地区、天山以北地区、黄土高原及内蒙古高原、东北平原等四个无波导区，且这些气候区中大气波导环境特性是随季节和月份变化的;我国东海和南海海域蒸发波导环境的出现概率很高，平均年出现概率通常在85%左右，平均高度在13一15米左右。 这些研究结果，可以一定程度上满足实际应用对我国实用蒸发波导预测模式和技术、蒸发波导传播条件下雷达探测性能实时评估及我国对流层大气波导环境特性等几个问题的需求。
王海华[2]2006年在《大气波导环境中电波传播特性及其应用研究》文中指出对流层大气波导,可以使电波在较小的衰减下实现超视距传播,从而对无线电电子系统的运作产生严重的影响。对于通信电路,它使系统间的相互干扰问题变得复杂;对于探测系统,产生的则是雷达空洞、超视距探测等问题。因此开展大气波导环境中电波传播特性及其应用的探究具有重大的理论意义和军事价值。本文首先描述了大气波导形成的环境特征、参数特征及波导对电磁波传播的影响。在此基础上分析了目前较为成功的两种蒸发波导环境预测模式,即PJ模式和MGB模式。并将实测波导高度与模式预测的波导高度进行分析比较,对预测理论中存在的局限性进行了分析。其次本文通过对赫姆霍兹方程的分析,求得了大气折射指数不均匀分布时电磁波传播满足的抛物型方程,利用傅立叶分步算法求解了抛物型方程,得到了波导环境中的电磁场空间分布,计算了蒸发波导环境中衰减因子随高度、传播距离的变化及电磁波的传输损耗。最后讨论了对流层大气波导环境下电波异常传播特性的应用:结合具体的雷达系统参数,模拟计算了大气波导对雷达作用距离及发现概率的影响,对雷达系统的总体设计具有重要的参考价值;对表面大气波导环境下的卫星地球站通信协调区域进行了确定,从理论上很好地给出了协调距离量级的概念,为卫星地球站与地面微波站之间的协调提供了依据和参考;分析了利用海面蒸发波导来快速预测平流海雾的新方法,完善了平流海雾的预报方法,对海上安全作业和生产具有重要的意义。
赵小龙[3]2008年在《电磁波在大气波导环境中的传播特性及其应用研究》文中指出大气波导是由于大气表面层折射指数随高度迅速下降而形成的一种区别于标准大气的异常大气结构,它能够使电波射线向下弯曲的曲率大于地球表面的曲率,从而将电磁能量陷获在波导结构内形成大气波导传播。特别是在贴近海面的几十米高度空间内,大气表面层内海水与大气的双重交互作用使得大气结构变化更加剧烈,蒸发波导就是频繁出现在海洋环境中的一种大气波导形式。大气波导传播现象的出现不仅可以使电磁波偏离原来的传播方向,而且能够使电磁波以较小的衰减沿波导传播到视距以外很远的地方,严重影响了雷达、通信、侦察等基于电磁传播的无线电武器系统。如何充分利用大气波导传播这一现象来提高电子系统的工作效能,同时如何有效克服大气波导传播给电子系统性能带来的负面影响,使大气波导环境中电磁波的传播特性及其在雷达、通信等问题中的应用研究具有重要的理论意义和实用价值。本文在大气波导的环境特性参数描述及预测预报技术、大气波导中电磁波的传输特性及其在雷达、通信中的应用等方面进行了研究,主要工作内容及取得的成果如下:(1)研究了大气波导的形成、参数特征以及大气波导对电磁波传播的影响;分析了几种大气波导环境的预测预报技术,并对我国大气波导环境的试验测量以及环境特性进行了研究;利用大气边界层理论研究了蒸发波导环境中不同大气层结的修正折射率剖面以及理论分析研究中常用的几种修正折射率剖面参数模型,并对利用雷达海杂波反演大气波导中修正折射率的理论方法进行了分析。(2)几何光学理论是高频近似条件下描述电磁波传播问题的有效方法,本文利用射线描迹技术对标准大气、蒸发波导环境中的电波射线传播路径进行了分析,针对大气波导环境中雷达目标探测中的实际问题,利用射线描迹技术对视在距离、视在仰角、视在高度与目标高度间的关系进行了研究,并将大气波导环境中视在距离、视在仰角、视在高度的误差与标准大气中的误差进行了比较。射线描迹技术快速、直观、形象地说明了大气波导环境中电波射线弯曲以及超视距传播特征,并有助于大气波导环境中雷达目标探测的误差修正。(3)系统分析了完全可导光滑边界情形的标准抛物型方程及傅立叶分步算法(FSS),并对不规则地形环境中抛物型方程的平化坐标变换及有限可导边界条件的混和傅立叶分步算法(MFT)进行了深入研究,有效解决了大气波导环境中电波传播的重点、难点问题,即在大气折射指数水平分布不均匀、粗糙海面、不规则地形等复杂环境中的电波传播理论和解决方法。根据天线理论分析了辐射场问题中方向性函数与天线孔径分布函数的关系,并对适于大气波导环境中电波传播的低旁瓣、窄波束的波束成形方法进行了初步研究。针对雷达探测中关注的重点问题,利用抛物型方程的傅立叶分步算法以及电波传播理论的传输损耗分析,研究了天线高度、天线发射仰角、波导高度等因素对蒸发波导环境中雷达探测性能的影响。通过利用海浪谱实现了一维粗糙海面的Monte Carlo仿真;采用小波分析方法有效消除了不规则地形的刃形结构,极大地扩展了利用抛物型方程进行精确求解的雷达探测范围;分析了粗糙海面对波导环境中电波传输损耗的影响、不规则地形中的电波传播等复杂地形环境中电波传播的重点、难点问题,从而使抛物型方程方法成为解决非均匀大气环境、不规则地形环境中电磁波传播问题的有效算法。(4)针对海上大气波导环境中雷达目标的识别,提出了蒸发波导中基于零记忆非线性变换(ZMNL)的海杂波实现方法。该方法确定了海杂波K分布参数与蒸发波导高度间的关系,得到了不同蒸发波导高度、不同探测距离处的相关K分布杂波序列。应用零记忆非线性变换(ZMNL)方法产生杂波序列的仿真实验证明了该方法用于蒸发波导中海杂波建模的有效性。(5)利用我国东南沿海海域夏季微波超视距通信的外场测试数据,统计分析了测试信号的中值电平、衰落幅度、衰落深度、概率分布及信道可靠度,结果表明信号衰落幅度的日变化与我国海上蒸发波导高度的日变化具有显着的相关性。通过信道传输损耗理论值、测试值以及通信系统设备能力的比较,结合我国东南沿海蒸发波导环境,提出微波信号在海上的超视距传播途径主要为海上蒸发波导传播。(6)针对大气波导环境中电磁波的多径传播特性,根据容量有限的Markov生灭过程得到了大气波导中到达接收站的射线径数;利用差分时延试验数据的近似瑞利分布提出了大气波导中的叁参数模型,并通过最小方差准则确定了模型参数;利用MUSIC算法对多径到达角进行最佳估计,数值仿真结果表明MUSIC算法极大地提高了到达角位置处的信噪比。根据以上参数提出了多特征路径信道模型,通过分析多特征路径信道模型多个时延周期散射分量与多径子特征路径散射分量之间的关系,得到了基于多径信号比(SMR)的子特征路径信号简化算法。最后,利用大气波导中的多特征路径信道模型通过Matlab的Simulink模块化程序设计对ASK、PSK、FSK叁种调制方式的通信系统进行了仿真,分析了大气波导环境中通信系统的误码性能,对海上微波超视距通信系统的总体设计有重要参考价值。
赵小龙, 黄际英, 温志贤, 张利军, 王玉平[4]2009年在《大气波导中的电波传播与环境特性研究进展》文中研究说明阐述了开展大气波导环境特性、传播特性及其应用研究的目的和意义。对大气波导中的环境特性研究、电波传播理论以及大气波导传播特性的应用研究等问题在国内外的研究进展进行了分析。探讨了开展大气波导中电波传播和环境特性研究重点、难点问题的方法和思路。
霍亚玺[5]2017年在《基于声波扰动蒸发波导的超视距雷达目标隐身方法探究》文中认为雷达对抗过程中,海面蒸发波导环境中雷达超视距探测的应用越来越广泛,尤其在军事方面显示出强大的功能。同时,针对基于蒸发波导环境超视距雷达探测的目标隐身方法也成为学术界关注的焦点。雷达隐身是目标“隐身”的重要分支、各国瞩目的研究领域、国防实力的重要标志。本文另辟蹊径,从声波传播能够改变电磁波的传播媒质信道特性从发,提出了一种针对蒸发波导超视距雷达隐身的新方法,并进行理论研究和实验验证。本文的主要研究内容如下:讨论了蒸发波导超视距传输所需媒质信道的特性,探究了电磁波在蒸发波导中超视距传播的机理,并根据大气折射率梯度引起电磁波传播方向变化的射线描迹理论,分析了超视距雷达电磁波在蒸发波导中的传播模式。基于声波传播改变局部大气折射率的机理,根据声波干涉理论,获得人工可控的大气折射指数分布“不均匀体阵列”,并结合计算机仿真技术,论证了相干声波破坏蒸发波导环境折射率梯度结构的理论依据,揭示了相干声波改变折射率梯度的蒸发波导超视距雷达隐身方法的物理本质,设置实验验证了理论可行性。建立了蒸发波导超视距雷达目标隐身方法的理论模型,根据分波阵面法、阵列天线理论,结合电磁波在蒸发波导中的射线轨迹,设置了相干声波波源系统,仿真了声波扰动蒸发波导引起超视距雷达目标的隐身结果;结合蒸发波导环境特性理论设置了蒸发波导模环境拟系统,给出了适用于工程应用的隐身方法实验方案,以验证所提隐身方法的正确性及可行性;结合海上目标现存隐身、反隐身途径,探索了该方法的工程应用及实现模式。本文所研究的超视距雷达隐身方法,是蒸发波导中超视距传播理论、蒸发波导超视距雷达技术、雷达隐身技术以及晴空大气人工变态几个方面高度交叉融合的创新体,有望成为海上目标隐身领域的一项重大突破,在军事和民用方面都具有潜在的应用价值。
蔺发军, 王红光, 林乐科, 倪宏伟[6]2007年在《风向对蒸发波导环境特性影响的研究》文中认为海上蒸发波导环境特性在具体应用时很少考虑风向的影响。应用伪折射率模式,对我国东海和南海部分近海海域的数据分析表明,在我国近海海域,陆地风(离岸风)和海面风(向岸风)对蒸发波导的环境特性有一定的影响,影响程度随季节和海域的变化而不同。蒸发波导环境与传播试验场地的选择及其试验数据的处理应考虑风向的影响。
陈立松[7]2009年在《蒸发波导中雷达检测性能研究》文中研究指明蒸发波导是海洋大气环境中经常出现的一种特殊的表面波导,它是由于海面水汽蒸发使得在海面上很小范围内的大气湿度随高度锐减而形成的一种贴海面的蒸发波导。由于蒸发波导的存在,部分电磁波被陷获在一定厚度的大气层内,从而改变电磁波的传播特征,使电磁波产生异常传播现象。蒸发波导的这种特性在雷达、通信、电子对抗等设备的使用方面具有广泛的应用。蒸发波导的存在将会产生雷达超视距传播,同时也会出现雷达探测盲区的问题,因此开展蒸发波导环境中电波传播特性及其应用的探究具有重大的理论意义和实用价值。本文首先描述了大气波导形成的环境特性、参数特征及波导对电磁波传播的影响。由于蒸发波导是一种特殊的大气波导,在研究大气波导的基础上分析了蒸发波导的预测模式和修正折射率剖面。通过对赫姆霍兹方程的分析,求得了大气折射指数不均匀分布时电磁波传播满足的抛物型方程,利用傅立叶分步算法求解了抛物型方程,从而得到了蒸发波导环境中电磁波传输损耗公式。计算了在给定参数条件下电磁波传输损耗,并比较了在蒸发波导环境和在标准大气环境中的电磁波传输损耗。基于雷达理论分析了蒸发波导环境中雷达探测性能评估模式,利用该模式计算了雷达最大作用距离,分析了影响雷达最大作用距离的因素。最后结合某些雷达系统参数,分析了海杂波的特性,仿真计算了蒸发波导及海杂波对雷达发现概率的影响。本文的研究对雷达系统的性能评估具有重要的参考价值。
刘金海[8]2010年在《海上障碍物对蒸发波导中电波传播的影响及其反演研究》文中指出本文首先分析了大气波导的环境参数及大气波导的形成特点,并对大气波导的分类、传播条件以及大气波导对电波传播路径的影响做了详细的讨论。其次,通过对叁种类型的宽角抛物方程推导、比较、分析得出分段线性平移变换法在对复杂海面上的大气波导建模时具有精度高、便于计算等优点。在此理论基础上,本文对复杂环境下海面上的电磁波传播问题进行了建模仿真,并用分段线型宽角抛物方程方法分析了在海上不同高度、不同形状、不同距离条件下的障碍物对电磁波在蒸发波导内传播的影响。最后,利用电磁波在蒸发波导内传播计算结果,采用协同粒子群优化算法(CPSO)对蒸发波导折射率剖面进行了反演研究。
李磊, 吴振森, 林乐科, 赵振维, 张守宝[9]2016年在《海上对流层微波超视距传播与海洋大气环境特性相关性研究》文中研究说明海上对流层微波超视距传播与海洋大气环境特性的相关性研究对电波传播的短期预测以及无线电通信系统的设计和应用有着十分重要的意义。该文根据在我国黄渤海海域进行的14.1 GHz海上对流层微波超视距传播试验的传输损耗数据以及在发射端塔基平台上同步进行的气象梯度仪试验的气象数据,分别分析了风向、风速以及气海温差对传输损耗和蒸发波导高度相关性的影响,研究了沿海海域气象数据在微波超视距传播链路中的可用性,并结合散射抛物方程方法和高级折射效应预报系统(AREPS)对分析结果进行了验证。该文的研究结果对海上对流层微波超视距传播的传播特性以及短期预测的研究有一定的指导意义。
郭相明, 康士峰, 张玉生, 韩杰, 张守宝[10]2013年在《蒸发波导模型特征及其适用性研究》文中进行了进一步梳理蒸发波导是海面上经常出现的大气结构,实时获取蒸发波导环境下的大气折射率剖面,对于海上运作的雷达、通信、导航等系统效能发挥具有重要意义。通常通过测量近海面高度上的空气温度、湿度、风速和气压,以及海面温度,采用蒸发波导模型来确定蒸发波导环境下的大气折射率剖面。针对目前不同蒸发波导模型在相同大气条件下波导高度预测结果存在差异的问题,对5种蒸发波导模型进行了模型误差敏感性分析,同时基于铁塔平台实测水文气象数据计算的蒸发波导高度与不同模型预测的高度进行了比较,给出了不同大气稳定性条件下蒸发波导模型使用建议,所得结果对海上蒸发波导环境下的电波传播特性计算以及蒸发波导的预报具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]. 蒸发波导环境特性和传播特性及其应用研究[D]. 刘成国. 西安电子科技大学. 2003
[2]. 大气波导环境中电波传播特性及其应用研究[D]. 王海华. 西安电子科技大学. 2006
[3]. 电磁波在大气波导环境中的传播特性及其应用研究[D]. 赵小龙. 西安电子科技大学. 2008
[4]. 大气波导中的电波传播与环境特性研究进展[J]. 赵小龙, 黄际英, 温志贤, 张利军, 王玉平. 装备环境工程. 2009
[5]. 基于声波扰动蒸发波导的超视距雷达目标隐身方法探究[D]. 霍亚玺. 西安电子科技大学. 2017
[6]. 风向对蒸发波导环境特性影响的研究[J]. 蔺发军, 王红光, 林乐科, 倪宏伟. 电波科学学报. 2007
[7]. 蒸发波导中雷达检测性能研究[D]. 陈立松. 西安电子科技大学. 2009
[8]. 海上障碍物对蒸发波导中电波传播的影响及其反演研究[D]. 刘金海. 西安电子科技大学. 2010
[9]. 海上对流层微波超视距传播与海洋大气环境特性相关性研究[J]. 李磊, 吴振森, 林乐科, 赵振维, 张守宝. 电子与信息学报. 2016
[10]. 蒸发波导模型特征及其适用性研究[J]. 郭相明, 康士峰, 张玉生, 韩杰, 张守宝. 海洋预报. 2013