舰船雷达超视距探测的关键技术研究

论文摘要

现代海战中,雷达是C4ISR系统和武器控制中最重要的环节,发挥着至关重要的作用,因而在海战争中如何最大限度的发挥雷达探测性能已成为决定战争胜败的关键因素,准确评估和预测电磁波在大气环境中的传播状况和有效覆盖范围也成为舰船雷达或海岸雷达的研究热点,是目前军事中舰船雷达最实用方法之一。无线电波在不均匀大气中传播时会产生折射效应,从而使电波射线发生弯曲,尤其当射线的曲率超过地球表面曲率时,电波会偏离原来的传播轨迹,部分地被陷获在一定厚度的大气薄层内,并经上下大气层来回反射向前传播,形成大气波导传播。在所有种类的波导中,蒸发波导是出现频率最高、持续时间最长的波导,它使正常情况下雷达能探测到的区域出现电磁盲区,也可以使雷达原来探测不到的区域,此时不仅能探测到电磁波信号,且雷达信号会十分强烈,因而它对海面附近的舰船雷达探测性能的影响最大。本文从蒸发波导环境特性中雷达的超视距出发,主要研究了蒸发波导环境的观测方法及预测理论、蒸发波导环境中的空间场分布和舰船雷达超视距探测的关键技术。文中介绍了大气波导的有关概念、蒸发波导的特征参量以及蒸发波导对电磁波传播的影响,在此基础上建立了蒸发波导环境的观测方法和预测理论,并从无线电气象参数折射率中引入了一个相似参量—伪折射率,得到了稳定层、中性层和不稳定层三种不同层结条件下的修正折射率剖面。利用分布傅里叶算法和已知的复杂边界条件,求得了抛物方程的答案,并用matlab软件模拟了蒸发波导环境中不同层结条件下电磁场空间分布。通过构建基于射线追踪技术的电磁波传播路径的微分计算方法,绘制了蒸发波导环境中超视距条件下雷达对目标定位的轨迹图,根据舰船雷达超视距探测和定位的实际需要建立了相应的探测误差计算模型。最后对蒸发波导所造成的电磁盲区范围进行了仿真分析。研究结果表明,蒸发波导能够在近地表低高度范围内形成一定面积的雷达电磁盲区,当雷达发射源在蒸发波导层内时,随着天线高度的不断增加,雷达电磁盲区的起始位置在不断增大,盲区范围会不断减小,当电磁波发射源在蒸发波导层外时,雷达盲区分布情况和标准环境时基本一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究历史与现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 论文的结构安排
• 第二章 蒸发波导的形成条件和特征参量描述
• 2.1 大气波导
• 2.1.1 大气折射的基本类型
• 2.1.2 陷获折射与大气波导
• 2.1.3 大气波导的分类和基本形成原因
• 2.1.4 描述大气波导的特征参量
• 2.2 蒸发波导
• 2.2.1 蒸发波导及其特征参量
• 2.2.2 雷达信号在蒸发波导中形成波导传播的条件
• 2.2.3 蒸发波导对雷达性能的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 蒸发波导环境的观测方法及预测理论
• 3.1 蒸发波导环境的观测方法
• 3.1.1 蒸发波导环境特性的研究方法
• 3.1.2 确定蒸发波导的海洋气象观测系统
• 3.2 蒸发波导环境预测理论
• 3.2.1 利用GPS 预报蒸发波导
• 3.2.2 利用天气图、卫星云图预报蒸发波导
• 3.2.3 利用中尺度数值天气预报系统预报大气折射率廓线
• 3.3 蒸发波导剖面
• 3.4 本章小结
• 第四章 蒸发波导环境中的空间场分布
• 4.1 电波传播研究的理论方法
• 4.2 电波传播的抛物方程近似描述和傅立叶步进法的分析
• 4.2.1 电波传播的抛物型方程
• 4.2.2 抛物方程的傅里叶步进解法
• 4.2.3 边界条件和初始场
• 4.3 蒸发波导环境中的电波传输损耗
• 4.4 本章小结
• 第五章 蒸发波导环境中舰船雷达探测参数确定技术
• 5.1 雷达距离方程
• 5.1.1 自由空间中雷达距离方程
• 5.1.2 蒸发波导环境中的舰船雷达探测距离
• 5.2 蒸发波导环境中的雷达定位方法
• 5.2.1 电波射线跟踪方程
• 5.2.2 雷达在蒸发波导中的定位方法
• 5.2.3 蒸发波导中雷达定位误差
• 5.3 蒸发波导环境下雷达的电磁盲区研究
• 5.3.1 蒸发波导环境中雷达电磁盲区的形成
• 5.3.2 蒸发波导环境中天线高度对雷达电磁盲区的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录