蒸发波导预测方法及其电波传播模式研究

摘要

随着军事和民用通信技术的发展，以蒸发波导为代表的对流层大气波导传播同显重要。目前国内只有三个研究单位在进行这一专题研究，但一直没有取得较大进展，主要难点一是蒸发波导的预测的精度较低，二是没有搞清电波在波导内传播适用模式。鉴于军民应用的急需，特进行这一专题研究，以期给出新的蒸发波导预测方法和建立电波传播模式。开展精确蒸发波导预测并有选择地进行信息传输具有重大的理论意义和军事价值。 本文首先根据大气温度、气压、湿度，以及大气折射率梯度的变化状况，研究大气波导出现的的成因和气象条件判据，同时给出特征参量，分析了大气波导对电波传播的影响。 其次，本文提出了一种新的蒸发波导环境预测理论方法。通过统计分析我国典型地区大气波导的气候分布，根据预测蒸发波导环境的理论，主要是局地相似理论、伪折射率预测理论等，研究蒸发波导预测技术，在分析现有技术的基础上，得到了以折射率为核心参数，直接利用雷达接收的海杂波反演蒸发波导剖面的蒸发波导环境预测的理论方法。 然后，本文成功地实现了利用射线微分方程的准确快速射线描迹算法，在一定程度上可满足有关应用的需求。根据对流层中无线电波射线理论，在系统地研究电磁场几何光学理论的基础上，利用电磁场中的麦克斯韦方程，加上大气波导的预测参数，逐点描绘出真实电波传播射线，从而研究电波在大气波导内的传播模式。同时，也进行计算机仿真计算。和国内一直沿用积分方程进行射线描迹的方法不同，本文在对流层射线理论和相关数值计算方法之后，选择射线微分方程进行射线描迹，避免了积分方程法存在的计算效率低、零度初始仰角附近计算困难等缺陷。 最后，本文针对利用雷达接收的海杂波反演蒸发波导剖面的蒸发波导环境预测方法，面向应用需求进行了计算机模拟，将理论的模拟结果、试验结果进行了对比分析，证明了本文提出的蒸发波导环境预测理论的正确性和实用性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本文研究目的与意义

1.2国内外研究状况分析

1.3本文研究内容

1.4本文解决的问题

第二章大气波导环境特征与传播

2.1大气波导环境特征

2.1.1折射指数和修正折射指数

2.1.2陷获折射形成的条件

2.2大气波导的分类和特性

2.2.1表面波导

2.2.2抬升波导

2.2.3蒸发波导

2.3由天气过程判断大气波导

2.4用伪折射率和相似理论来计算海上蒸发波导剖面

2.4.1伪折射率的定义

2.4.2伪折射率的相似表达式与蒸发波导高度的方程

2.4.3蒸发波导剖面

2.5我国对流层波导环境特性

2.6大气波导对电磁波传播的影响

2.6.1大气波导的特征参量

2.6.2大气波导特征量对可形成波导传播的电磁波波长(频率)范围的影响

2.6.3大气波导特征量对可形成波导传播的电磁波发射角度范围的影响

2.6.4电磁波形成波导传播的必要条件

2.6.5大气波导对电波传播的影响

第三章对流层波导环境预测预报技术

3.1对流层波导环境预测预报技术

3.1.1目前主要大气波导预测方法

3.1.2国内外测量预报发展新技术与趋势

3.2基于雷达海杂波反演折射率的理论基础

3.2.1 RFC预测方法的介绍

3.2.2利用雷达海杂波反演折射率

3.3环境模式Henv和反演运算法则

3.3.1环境模式Henv

3.3.2有关参数的边界问题

3.4雷达模式Hprop

3.4.1接收信号功率模式

3.4.2目标函数

3.4.3雷达扫过区域的统计

3.5灵敏度

3.5.1距离不相关参数的灵敏度

3.5.2距离相关性的灵敏度

3.6小结

第四章大气波导内电磁波传播模式建立

4.1麦克斯韦方程组

4.2对流层电波传播的基本理论

4.2.1波导模理论

4.2.2抛物型方程

4.2.3几何光学理论

4.3射线描迹技术

4.3.1几何光学理论和射线描迹技术

4.3.2电波射线的基本方程

4.3.3对流层大气中电波射线的几何光学方程

4.3.4基于一维渐变介质中的传播得到对流层中的射线方程

4.3.5基于球对称渐变介质中的传播得到对流层中的射线方程

4.3.6射线描迹准确快速算法的选取

4.4大气波导内射线模拟追踪分析

第五章仿真与分析

5.1雷达和有效数据

5.2反演结果的评价

5.2.1没有约束的反演

5.2.2有约束的反演

5.3误差统计和评估

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果