海上對流層波導(dǎo)的雷達海雜波-GPS 信號反演方法研究.pdf

1、 海上對流層波導(dǎo)是一種發(fā)生在海上低空對流層大氣中的異常負梯度折射率結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠使得電磁波在傳播過程中向下彎曲，曲率大于地球表面的曲率，從而被陷獲在一定厚度的大氣層結(jié)內(nèi)發(fā)生對流層波導(dǎo)傳播。這種異常傳播機制對工作在海洋大氣環(huán)境中的雷達、移動通信等無線電系統(tǒng)的性能具有嚴重的影響。提前感知對流層波導(dǎo)環(huán)境，就可以采取相應(yīng)的手段對波導(dǎo)陷獲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響進行補償和修正，還可以利用對流層波導(dǎo)中的異常傳播現(xiàn)象來實現(xiàn)雷達系統(tǒng)對低空突防目標的超視距探測

2、等。因此，對海上對流層波導(dǎo)特征參數(shù)的實時探測反演具有重要意義。
本文首先研究了實際粗糙海面上對流層波導(dǎo)環(huán)境中雷達波和低仰角GPS信號的傳播特性，然后在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)地研究了基于雷達海雜波和GPS海面散射信號的海上對流層波導(dǎo)反演方法。主要的研究內(nèi)容及取得的研究成果如下：
1、系統(tǒng)闡述了海上對流層波導(dǎo)陷獲結(jié)構(gòu)形成的機理、分類以及區(qū)域分布特性，分析了電磁波在海上對流層波導(dǎo)環(huán)境中的傳播機理以及能夠形成波導(dǎo)傳播的條件；詳細描

3、述了計算海上對流層波導(dǎo)環(huán)境中電波傳播的拋物方程(PE)理論和射線描跡理論，并使用這兩種理論方法分析了雷達波和GPS海面散射信號在海上對流層波導(dǎo)環(huán)境中的傳播特性和陷獲特性。
2、對粗糙海面上包含與不包含島嶼不規(guī)則地形兩種情況下對流層波導(dǎo)環(huán)境中的電磁波傳播進行了建模，分析了海面粗糙度以及海島尺度對雷達波傳播特性的影響；計算了水平非均勻?qū)α鲗硬▽?dǎo)環(huán)境中的電波傳播特性并與水平均勻情況進行了比較分析；提出了一種新的球形、粗糙、阻抗海面

4、上低仰角GPS信號傳播的PE初始場模型，對該類海面邊界條件情況下對流層波導(dǎo)環(huán)境中的低仰角GPS信號傳播特性進行了建模。
3、在對海上對流層波導(dǎo)環(huán)境中的雷達海雜波傳播進行正演模擬的基礎(chǔ)上，詳細給出了海上對流層波導(dǎo)的雷達海雜波反演模型；提出了一種新的具有更高的蒸發(fā)波導(dǎo)剖面匹配性能與反演性能的四參數(shù)蒸發(fā)波導(dǎo)修正折射率剖面模型；為了獲得對流層波導(dǎo)反演的不確定性統(tǒng)計信息，建立了波導(dǎo)參數(shù)的貝葉斯反演模型，計算了波導(dǎo)參數(shù)的一維與多維后驗邊

5、緣概率密度，實現(xiàn)了海上對流層波導(dǎo)反演的不確定性統(tǒng)計估計。
4、分析討論了影響雷達海雜波反演海上對流層波導(dǎo)精度的影響因素，在此基礎(chǔ)上提出了兩個提高對流層波導(dǎo)反演性能的方法：(1) 提出了一種用于對流層波導(dǎo)雷達海雜波反演的自適應(yīng)目標函數(shù)模型，該模型針對不同的雷達系統(tǒng)參數(shù)對不同距離處的實測雷達海雜波功率給予目標函數(shù)的貢獻進行加權(quán)，從而提高對流層波導(dǎo)的反演精度；(2) 提出了基于變天線高度雷達海雜波的雜波功率增量圖匹配法用于海上對流

6、層波導(dǎo)反演。此外，建立了用于海上對流層波導(dǎo)反演的雷達參數(shù)優(yōu)劣定量評判模型，分析了用于我國周邊海域?qū)α鲗硬▽?dǎo)反演的最佳雷達系統(tǒng)參數(shù)。
5、使用主分量分析方法對水平非均勻?qū)α鲗硬▽?dǎo)剖面進行了建模，在此基礎(chǔ)上，建立了水平非均勻?qū)α鲗硬▽?dǎo)的雷達海雜波反演模型；提出了一種含區(qū)域?qū)α鲗硬▽?dǎo)歷史數(shù)值預(yù)報先驗信息的對流層波導(dǎo)參數(shù)的貝葉斯后驗概率估計模型，實現(xiàn)了區(qū)域性非均勻?qū)α鲗硬▽?dǎo)的反演，并且通過耦合進歷史數(shù)值預(yù)報先驗信息，提高了反演的精度