蒸发波导

摘要： 跨海微波超视距远距离传播深受探测和通信领域的重视,其机制分析和规律观测有重要意义.本文对跨海微波超视距远距离传播的机制和有关原理进行了分析,对2019-09开展的C波段和X波段微波昼间跨海面超视距远距离传播试验进行了研究;利用试验测试记录和期间的气象站风观测数据,对试验期间观测到的C波段不同距离线路和X波段50 km线路上白昼的传播规律和机制做了总结分析.本文结论可供对流层微波超视距远距离传播(大气波导传播和散射传播)研究或应用的系统设计、数据分析和机制研究等参考使用,特别是跨海的试验测试可以直接运用.

摘要： 本文研究了雷达组网时目标雷达散射截面(radar cross section,RCS)在方位角上的分布对微波超视距雷达探测范围的影响.首先在蒸发波导条件下,利用抛物方程法推导了电磁波的传播因子,得到了电磁波场强随传播距离和高度的变化规律;然后在此基础上,结合目标RCS在高度和方位角上的分布,研究了目标的回波功率,利用改进的雷达方程得到了微波超视距雷达对目标最大探测距离的计算方法,建立了雷达网探测范围评估模型并进行了仿真.仿真计算结果表明:在目标运动姿态未知情况下,雷达组网使雷达的探测范围增加了11.20%,在特定方向上使探测距离增加了16.67%;在目标运动姿态已知情况下,雷达组网在部分方位角上增大了最大探测距离,为微波超视距雷达的组网使用提供了理论支撑.

摘要： 海上蒸发波导微波超视距电波传播对舰载雷达的运行具有重要的影响.本文基于粗糙海面电波散射特征和海面高度分布概率密度函数,提出了一种考虑海面遮蔽影响的海上电波传播计算方法,并与两种不包含遮蔽影响的粗糙海面建模的计算结果进行了模拟和试验对比.计算结果为:1)随着计算频率和风速的增大,不同粗糙海面处理方法的计算结果差异增大,对应位置的路径损耗差异可达10dB;2)基于试验数据的对比初步显示采用考虑遮蔽影响改进的抛物方程模型预测的路径损耗精度相对较高,粗糙海面对电波的遮蔽效应是蒸发波导传播损耗计算中的一个重要因素;3)试验结果为不稳定大气时采用NPS蒸发波导模型、稳定大气时采用PJ蒸发波导模型预测大气折射率剖面,所预测的路径损耗要优于采用单一蒸发波导模型的结果.本文所得结果对海上电波传播计算和大气波导的反演等具有参考价值.

摘要： 蒸发波导对近海面电磁波传播有重要影响,区域蒸发波导及微波路径损耗预报对评估海上雷达、通信、侦察等电磁系统的性能至关重要.本文基于美国国家环境预报中心的GFS预报产品和NAVSLaM蒸发波导预测模型,对我国南海海域进行了大面积蒸发波导预报,利用欧洲中期天气预报中心发布的ERA5再分析数据进行了对比,并结合电磁波传播抛物方程模型开展了微波在蒸发波导信道中的路径损耗预报;然后利用在南海北部的路径损耗测试链路,对预报结果的准确性及时效性进行了验证.再分析数据对比及海上试验验证结果表明,基于GFS数据开展的蒸发波导层中路径损耗预报,除个别异常点外,预报的路径损耗与实测值趋势相同,在前24 h结果与实测值较为吻合,误差在5〜10 dB,可以用于大面积蒸发波导层中路径损耗的预报.另外,试验发现,降雨会导致预报结果与实测数据有很大的误差,在进行电磁波传播计算时,应充分考虑雨衰、海面粗糙等海洋环境.

摘要： 为衡量海上蒸发波导环境下的超视距通信系统性能,提出了一种超视距信道建模方法及容量估计方案.基于蒸发波导折射率模型和抛物方程(parabolic equation,PE)模型研究电波沿海面蒸发波导信道传播的大尺度衰落特性,结合统计性模型研究其小尺度衰落特性,形成基于电磁仿真和统计规律的混合蒸发波导信道模型,并由此推导出系统信道容量的估算方案.对实际海面传播环境进行电磁建模,计算了蒸发波导环境中的路径损耗分布和多天线系统的信道容量,量化了使用多输入多输出(multiple-inputmultiple-output,MIMO)技术带来的超视距传播性能提升.仿真结果表明,在蒸发波导环境中采用MIMO技术能够有效地提升信道容量,实现较好的超视距传播效果.本文结果对海上超视距通信系统的应用及性能评估具有重要意义.

摘要： 针对稳定条件下蒸发波导RSHMU模型过于敏感不便使用的问题,引入BH91关系式、CB05关系式和SHEBA07关系式给出了相关的改进方法,并对不同风速以及不同相对湿度的敏感性进行了分析.结果发现引入稳定条件下的剖面稳定度函数对蒸发波导高度诊断的敏感性改善不大.进一步地,借鉴Paulus给出的订正方法,给出了P-RSHMU蒸发波导模型改进预测方法,有效解决了已有模型稳定条件下的不合理诊断结果.与渤海梯度塔实测数据对比分析表明:稳定条件下P-RSHMU蒸发波导模型预测蒸发波导高度的平均误差为-1.02 m,均方根误差为1.49 m,显著优于已有RSHMU模型.

摘要： 折射率是气体的重要物理性质,精确测量气体的折射率具有重要意义。以腔体微扰理论为原理,利用微波谐振腔的谐振频率随腔内介质的折射率变化而发生偏移的特性,通过测量微波谐振腔谐振频率的偏移量获得气体的折射率,由于该方法采用3 cm微波谐振频率,其频率的偏移量可以精确测量出来,获得的折射率精度很高。通过实验表明该系统具有反应速度快、稳定性好、时效性好的特点。在海上蒸发波导实际测试中,可精确测量出大气结构参数,为蒸发波导在线测量,实现雷达超视距探测和波导电磁盲区补盲措施提供可靠依据。

摘要： 为了提高海上作战环境中蒸发波导特性预测的准确性,支撑系统规划设计、作战指挥控制以及占领电磁环境和频谱战优势,引入机器学习的方法,重建了一种蒸发波导特性智能化预测模型.对比分析结果显示,所建模型与实测剖面偏差为0.45 M-unit,相对误差降低到0.14%,均方根误差为1.20m,相比于Gerstoft模型精度提升量为3.46%.该方法预期在提高中国区域乃至全球范围内预测蒸发波导高度的准确性方面具有很大的潜力.

摘要： 利用蒸发波导效应实现舰船雷达超视距探测是扩大其作用范围的有效方法之一。针对蒸发波导实际测量困难的现状,利用预测模型对蒸发波导剖面进行描述是较好的实用方法。通过对常用单参数预测模型、双参数预测模型和三参数三种蒸发波导预测模型在大气修正折射率剖面描述、对雷达电波射线描述等情况与实测蒸发波导参数的比较,证明了在描述蒸发波导剖面和利用蒸发波导参数进行电波传播分析等方面,双参数预测模型都具有较好的精度。

摘要： 获得蒸发波导参数是舰船无线电系统实现超视距作用的关键因素之一。利用微波折射率仪等设备测量蒸发波导参数是目前精度最高的方法。为实现蒸发波导参数的精细测量,进行基于STM32的高速蒸发波导数据采集和传输系统设计。系统首先以STM32为核心对传感器采集的各类数据进行快速整理编辑,然后通过无线通信模块传输数据,以获得蒸发波导的详细参数。另外,为避免数据的丢失,增加实时存储单元。该数据采集和传输系统克服传统数据采集的低便携性、实时性差和有线传输线繁琐的不足,适合长时间、高精度、高频率、低成本的蒸发波导数据采集和通信工作。

摘要： 大气修正折射率剖面能够描述大气波导的特征,基于中尺度WRF模式,以NCEP再分析资料FNL数据作为背景场和边界场,采用二重嵌套,模拟了东海区域蒸发波导高度和强度分布,根据四参数蒸发波导M剖面模型建立M剖面,并与单参数蒸发波导M剖面和伪实测蒸发波导M剖面进行对比,结果发现和单参数模型相比,四参数模型可以更加灵活更加准确的描述蒸发波导M剖面.

摘要： 蒸发波导是海上频繁发生的一种因海水蒸发引起的特殊大气结构,预测蒸发波导最关键的是建立温湿普适函数,通常蒸发波导模型都直接使用由国外陆地实验数据建立的普适函数进行蒸发波导诊断.本文根据湍流涡动相关法,基于自测实验数据,建立了不稳定条件下的位温普适函数,并与实测结果进行了比较,初步验证了不稳定条件下的位温普适函数建立的合理性.

摘要： 蒸发波导作为一种永久或半永久存在的海面大气类型,可对雷达、通信等电子装备的作战性能产生严重影响,如何对蒸发波导高度做出准确预报是海洋环境保障工作的重要内容.本文修正了M-O相似理论,将其扩展到海洋表面层不均匀大气条件下,同时引入阵性风速和普适函数修正因子实现对Babin模式的改进,并利用这一改进后的诊断模式,对第二代军用数值预报天气系统和潜艇活动区水位及三维温盐流数值预报产品提供的海面气温、气压、风速、相对湿度和海表水温的要素预报场进行解释应用,实现对中国近海蒸发波导高度及预报.

摘要： 本文在NPS模型和总体通量算法的基础上提出了B类蒸发波导模型的通用计算方案，通过引入稳定度关系式的最新研究成果，深入分析了稳定度关系式对模型计算蒸发波导高度的影响。结果表明：稳定度关系式是影响蒸发波导模型计算结果的关键因子。对于不稳定层结，采用Fairall96和HYQ92关系式计算的蒸发波导高度普遍高于采用Grachev00、Fairall03、Edson04关系式的计算结果，而且后三种关系式计算的蒸发波导高度非常接近。对于稳定层结，SHEBA07、HYQ92关系式的引入对于抑制模型在较强稳定层结条件下计算蒸发波导高度异常偏高的现象作用明显。

摘要： 大气修正折射指数（M）廓线是描述大气折射环境的重要参数，也是评估电波传播的关键因子。为了提高稳定特 别是强稳定层结条件下模型预测M 廓线的效果，本文引入三种非线性无量纲相似函数BH91、CB05、SHEBA07 对原 始的Babin_V25 模型进行了改进，并利用铁塔平台实测气象水文数据对改进后的模型预测效果进行了评估，同时将 其与改进前的Babin_V25 模型以及Local_HYQ92 模型的效果进行了比较。结果表明：引入非线性相似函数能够明显 改进模型预测M 廓线的效果，尤其是最新发展的SHEBA07，改进后的Babin_SHEBA07 模型能使稳定层结条件下预 测M 值、0~5m 以及5~40m 内的M 梯度均方根误差分别减少64.5%、16.6%和60.4%，但这种方法对蒸发波导高度 的预测效果改进不明显；而基于局地相似理论的Local_HYQ92 模型则能使稳定层结条件下M 值、0~5m 内、5~40m 内的M 梯度以及蒸发波导高度d 的预测均方根误差分别减少76.7%、40.2%、83.7%和58.0%。考虑到在电磁波传播 特性的评估中，M 梯度比蒸发波导高度和M 值本身更为重要，因此本文最终推荐在强稳定层结条件下选用 Local_HYQ92 模型和Babin_SHEBA07 模型。

摘要： 本文利用我国渤海、南海的实测水文气象数据和雷达同步试验数据对P-J 模型、Babin 模型、局地相似蒸发波导模型（Local 模型）进行了对比试验评估。结果表明：在不稳定层结条件下，特别是风速较大的情况，Babin 模型诊断的波导高度比其它两个模型更加精确；在稳定层结、高风速条件下适合用Babin 模型来诊断蒸发波导，低风速条件下适合用LOCAL 模型来诊断蒸发波导。

摘要： 蒸发波导能增大雷达探测距离,产生超视距现象,因此军事意义非常大。文中简要介绍了蒸发波导PJ模型以及抛物线方程的基本埋论,并通过仿真分析了蒸发波导条件下C波段雷达的探测能力。

摘要： 蒸发波导是近海面上空普遍存在的一种异常大气结构形式，可以陷获电磁波形成雷达探测盲区和超视距传输，对舰载雷达、低空飞行器、水面舰艇的作业都有显著影响。rn 本丈对计算海面电磁散射的常用基尔霍夫近似方法进行修正，求得低掠射角GPS海面散射信号源，并将其作为初始场引入到蒸发波导的电波传播研究中去，计算表明了利用GPS信号研究蒸发波导传输特性的有效性。

摘要： 在一定气象条件下，海边岸基雷达和舰载雷达进行低仰角探测时会出现雷达探测距离大于雷达视距的现象，此即为大气波导传播。如何根据雷达回波准确、可靠地探测大气波导，并进而反演出大气波导分布特征具有重要意义。本文结合大量的观测实验，分析了如何根据雷达回波判断是否存在大气波导的方法，并对基于雷达回波反演大气波导算法进行了初步研究。

摘要： 在一定气象条件下,海边岸基雷达和舰载雷达进行低仰角探测时会出现雷达探测距离大于雷达视距的现象,此即为大气波导传播.如何根据雷达回波准确、可靠地探测大气波导,并进而反演出大气波导分布特征具有重要意义.本文结合大量的观测实验,分析了如何根据雷达回波判断是否存在大气波导的方法,并对基于雷达回波反演大气波导算法进行了初步研究.

摘要： 本发明涉及一种利用蒸发率在世界海域范围内估算蒸发波导高度的方法，与现有直接测量或者间接估计大气折射率剖面从而得到蒸发波导高度等方法相比，不必先测量或者估计整个大气折射率剖面再获得蒸发波导高度，而是通过测量单一的蒸发率参数，直接获得蒸发波导高度的估值。利用本发明提出的方法，可以预先建立世界海域范围内蒸发波导高度与蒸发率量化关系数据库，嵌入到已有的蒸发波导环境历史数据库，用于海上舰船编队在不同海域对当前蒸发波导环境的实施评估，并用于通信、雷达、制导、电子对抗等系统的辅助决策。

摘要： 本发明提供了一种适用于稳定条件的蒸发波导修正模型，该修正模型通过提高海上稳定条件下蒸发波导预测精度，实现蒸发波导模型整体性能的改善提高。本发明在蒸发波导模型中，引入新的普适函数，修正现有蒸发波导模型中稳定条件下动量通量关系中的风速普适函数，修正现有蒸发波导模中稳定条件下感热、潜热通量关系中的温度、比湿普适函数；不稳定条件下则沿用经过海上试验数据证实的通量关系中的风速、温度、比湿普适函数。

摘要： 本发明公开了一种海域蒸发波导信道生成方法，通过参数设定、射线传播类型判别、公式改写、跳跃次数判别、公式求解、收发角度判别、参数计算、信道生成等步骤实现波导信道生成，其优点是将经过统计的条到达路径的信道参数带入到信道生成模块，形成蒸发波导信道。利用波导层接收端到达路径的每条到达路径实际参数，这些参数一般仅为简单实数，采用快速有效的数值计算法替代了复杂的抛物线方程计算，以减少了生成信道所需的时间，降低了生成信道的复杂度。增强光学射线方法的适用性，从而生成更符合实际情况的蒸发波导信道。

摘要： 本发明公开了一种蒸发波导高度的融合预测方法，包括如下步骤：(1)蒸发波导高度真值获取；(2)蒸发波导模型高度预测；(3)模型敏感性分析；(4)最小二乘支持向量机回归建模：根据敏感性分析结果，在不同环境区间，以获得的气象、水文观测数据和蒸发波导模型高度预测值为输入，以蒸发波导高度真值为输出，回归获得输入与输出之间的非线性映射关系，建立多个蒸发波导模型预测高度的融合预测模型；(5)蒸发波导高度预测。本发明所公开的预测方法能够有效的提高蒸发波导预测精度，在海洋开发、海上救援和军事勘察等方面具有重要意义。

摘要： 本发明涉及一种基于深度神经网络的蒸发波导剖面估计方法，能够在指定的海洋区域内迅速估计蒸发波导修正折射率剖面和蒸发波导高度。本方法针对现有蒸发波导模型迭代计算效率低的缺点，利用美国国家环境预测中心气候预测系统，再分析气象数据及蒸发波导计算模型计算得到的大气修正折射率，训练了深度神经网络，并利用训练区域内(训练点除外)随机位置的数据验证方法的准确性，得到了以深度神经网络为基础的蒸发波导剖面估计方法，可用于大面积海域的蒸发波导预测，实时监测蒸发波导高度分布情况，便于针对蒸发波导情况的变化快速变更通信策略，保障海上超视距通信质量。

摘要： 本发明涉及一种利用蒸发率在世界海域范围内估算蒸发波导高度的方法，与现有直接测量或者间接估计大气折射率剖面从而得到蒸发波导高度等方法相比，不必先测量或者估计整个大气折射率剖面再获得蒸发波导高度，而是通过测量单一的蒸发率参数，直接获得蒸发波导高度的估值。利用本发明提出的方法，可以预先建立世界海域范围内蒸发波导高度与蒸发率量化关系数据库，嵌入到已有的蒸发波导环境历史数据库，用于海上舰船编队在不同海域对当前蒸发波导环境的实施评估，并用于通信、雷达、制导、电子对抗等系统的辅助决策。

摘要： 本发明涉及一种区域性非均匀蒸发波导下的雷达探测威力预测方法，通过获取雷达天线地理位置信息及海拔高度，根据模拟精度要求建立以雷达位置为中心的柱坐标系统，设定方位向步进；采用线性插值的方式对计算区域内大气折射指数剖面数据进行蒸发波导建模；采用二维前向、后向抛物方程模型步进求解每个方位向切片上的雷达与目标间的双程电波传播损耗；根据改进的雷达方程模型找出雷达的有效探测区域，得到雷达预测威力图。本发明由于采用前向、后向抛物方程对雷达波的传播进行模型仿真，可以直接考虑传播环境对前向雷达波和后向目标回波的影响，电波的非互易性的影响，避免了在区域非均匀性蒸发波导情况下电波非互易性对雷达探测性能带来的预测误差。

摘要： 本发明公开了一种基于深度卷积网络的海上非均匀蒸发波导剖面反演方法，其改进之处在于，包括如下步骤：步骤1，蒸发波导垂直M剖面的参数化建模：步骤2，距离向非均匀蒸发波导垂直M剖面样本的高斯‑马尔科夫过程生成：步骤3，构建一维残差卷积自动编码器网络模型：步骤4，计算多个海杂波接收功率：步骤5，构建深度卷积网络模型：步骤6，获得网络模型的最优神经元权重系数；步骤7，开展非均匀蒸发波导的反演测试和评估。本发明所公开的方法，采用一维残差卷积自编码器进行非均匀蒸发波导的特征提取，实现了蒸发波导垂直M剖面随距离方向的参数建模。

摘要： 本发明实施例提供一种蒸发波导探测装置，所述蒸发波导探测装置包括：环境感知模块，用于获取目标大气环境中参考点的大气压强；激光发射模块，用于出射目标激光至所述目标大气环境中；信号接收模块，用于获取所述目标激光在所述目标大气环境中传输时与大气分子碰撞产生的不同高度的拉曼后向散射光信号；以及信号处理模块，用于根据所述不同高度的拉曼后向散射光信号和所述参考点的大气压强确定所述蒸发波导。本发明实施例可以实现蒸发波导的全天时、连续、直接探测，有效接收0m至100m全高度范围内的有效信号，无探测盲区，还可以提高测量精度。

摘要： 本发明涉及一种海上蒸发波导监测系统布局，将信号源、隔直器、功率放大器通过同轴转换器依次相连，并与发射天线一起组成海上蒸发波导监测系统的发射组件，将低噪放、频谱仪通过同轴转换器相连，并与接收天线组成海上蒸发波导监测系统的接收组件，接收组件与发射组件共同组成海上蒸发波导监测系统的收发组件，并将此发射组件除发射天线、接收组件除接收天线集成到一密闭机箱中，并通过隔离板进行物理隔离，增大收发信号的隔离度。本发明创造的有益效果是，可以实时监测定点海域大面积非均匀蒸发波导分布情况，且成本低廉，便于大面积布放。