海洋大氣波導(dǎo)電磁傳播模型及波導(dǎo)參數(shù)反演算法研究.pdf

1、海洋大氣波導(dǎo)具有強(qiáng)烈的時(shí)空分布,根據(jù)Patterson統(tǒng)計(jì),世界范圍內(nèi)表面波導(dǎo)的出現(xiàn)概率平均約為15％,且不同地區(qū)的差異極大,而蒸發(fā)汽波導(dǎo)的出現(xiàn)概率要比表面波導(dǎo)更高。利用海戰(zhàn)場的大氣波導(dǎo)時(shí)空分布參數(shù),顯著提高艦載雷達(dá)遠(yuǎn)程探測的實(shí)際效能,提升艦艇遠(yuǎn)程打擊能力,對艦艇作戰(zhàn)輔助決策具有重要意義。
　　 常規(guī)監(jiān)測手段難以連續(xù)獲取大范圍的大氣波導(dǎo)參數(shù)。利用雷達(dá)海雜波反演大氣波導(dǎo)參數(shù)是近年來快速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù),采用該技術(shù)可以由海雜波功率信

2、息實(shí)時(shí)、連續(xù)地反演大氣波導(dǎo)參數(shù),診斷當(dāng)前海區(qū)是否存在大氣波導(dǎo)。如果存在則可以進(jìn)一步反演出大氣波導(dǎo)的高度、強(qiáng)度、厚度等參數(shù),以及這些參數(shù)隨雷達(dá)作用距離的分布情況。
　　 首先,本文介紹了大氣折射的類型和條件、海洋大氣波導(dǎo)產(chǎn)生的因?yàn)楹头诸?闡述了大氣波導(dǎo)對雷達(dá)波傳播的影響。接著,我們介紹了電磁波傳播的三種模型理論:利用射線追蹤技術(shù)分別仿真了標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境下和蒸發(fā)波導(dǎo)環(huán)境下的電磁傳播損耗,指出該仿真過程基本上可以確定電磁波的傳播軌跡,初

3、步確定在海洋大氣層結(jié)下是否會(huì)出現(xiàn)波導(dǎo)傳播以及出現(xiàn)的位置。介紹了拋物型方程原理,探討了其初始場與邊界條件問題,并利用分步傅立葉變換的方法給出了拋物型方程的數(shù)值解。給出了海洋大氣環(huán)境下電磁傳播損耗模式,并利用其計(jì)算了電磁波單程傳播損耗隨距離和高度的變化情況。介紹了波導(dǎo)模態(tài)理論,指出波導(dǎo)模態(tài)理論的優(yōu)缺點(diǎn)。最后,我們論述了海洋大氣波導(dǎo)參數(shù)反演方法,給出了粒子群優(yōu)化算法的流程圖；引入五參數(shù)大氣波導(dǎo)模型,并利用雷達(dá)圖像1350方位上的離散化雜波功率

4、數(shù)據(jù)與運(yùn)用拋物方程模型理論計(jì)算的海雜波構(gòu)造了目標(biāo)函數(shù),根據(jù)試驗(yàn)采集的海雜波數(shù)據(jù)和探空儀數(shù)據(jù),結(jié)合粒子群優(yōu)化算法反演了五參數(shù)波導(dǎo)模型的波導(dǎo)參數(shù)。作為大氣波導(dǎo)的重要組成部分,蒸發(fā)波導(dǎo)是海洋大氣中特有的一種波導(dǎo)形式。蒸發(fā)波導(dǎo)高度是蒸發(fā)波導(dǎo)重要的參數(shù)之一,是表征波導(dǎo)強(qiáng)度的重要物理量,也是確定蒸發(fā)波導(dǎo)對電子設(shè)備影響的一個(gè)重要參量。反演的蒸發(fā)波導(dǎo)高度為13.4m,而理論的高度為12.5m,相對誤差為7.2％,可以看出反演結(jié)果和實(shí)測值比較吻合,能夠反