海上大气折射率对电波传播特性影响研究

海战场在一个国家的国防事业中发挥着重要的作用,在现代高科技作战背景下,掌握海战场电磁环境的需求越来越迫切。海上蒸发波导是由大气折射率剖面决定的。一般情况下认为大气折射率梯度在传播路径上是不变的。在远海区域这一假设合适,但在海岸区域气象条件变化剧烈,这一假设会导致电磁波传播预测误差增大。考虑了大气折射率随传播路径发生变化时的情况,并仿真分析了随传播路径变化的折射率剖面对电波传播特性的影响,与恒定折射率剖面下的电波传播特性进行对比,结果表明考虑了折射率剖面随传播路径的变化能够更好地表征电磁波传播特性。     

ROPP掩星数据反演软件及其精度分析

GPS掩星探测技术已成为地球大气和电离层探测的重要手段。介绍了无线电掩星数据反演地球大气参数的原理方法以及处理软件ROPP的功能和模块构成;并详细阐述了模块的算法原理。依据掩星探测几何关系,在球对称模式下利用ROPP软件进行参数配置,对COSMIC掩星数据进行预处理,由阿贝尔积分反演得到大气折射率廓线;并利用一维变分反演方法得到大气参数如温度、湿度和压强的廓线。反演结果图示说明,与CDAAC处理数据进行了比较和误差分析,分析表明折射率、温度、压强和湿度的吻合程度较好,30km以下折射率误差约在5%范围内;同时给出了误差的来源及分析。     

Ag+-Na+离子交换波导的折射率分布分析

用热扩散法制备了Ag^ -Na^ 离子交换光波导，对实验所得光波导测量了有效折射率，用逆分析转移矩阵方法得到了它们的折射率分布．     

非对称大气模式下二维射线追踪算子

在大气球对称假设下,可以从弯曲角观测资料通过Abel积分变换反演得到折射率剖面,而由于低层大气的折射率水平不均匀性,导致Abel反演在近地面的误差可能达到10%.避免该误差的一种有效方法就是不采用Abel反演,直接将弯曲角同化到数值天气预报模式中.文中介绍了一种非球对称大气模式的弯曲角二维射线追踪算子,通过模拟计算检验了折射率水平不均匀性所产生的误差,并对四阶Runge-Kutta法的积分步长做了测试.     

基于硅酸盐玻璃的Ag~+-Na~+离子交换光波导

在硅酸盐玻璃基质上用Ag+-Na+离子交换法制备光波导。采用棱镜耦合法测量光波导有效折射率,并用IWKB法计算光波导折射率分布曲线。得到了交换工艺条件和光波导性能之间的关系,讨论了Ag+离子浓度、交换温度和扩散时间对光波导制备工艺的影响。     

光波段折射率在蒸发波导下规律分析

分析蒸发波导成因及传播条件。利用公式计算得到光波段的大气折射率数值,针对蒸发波导条件下光波段折射率规律进行分析,并与在相同条件下微波段折射率对比。通过仿真结果得出,虽然由于频段不同其折射率的公式也不同,但随气象参数的变化具有同样的变化规律。     

光波段折射率在蒸发波导下规律分析

分析蒸发波导成因及传播条件。利用公式计算得到光波段的大气折射率数值,针对蒸发波导条件下光波段折射率规律进行分析,并与在相同条件下微波段折射率对比。通过仿真结果得出,虽然由于频段不同其折射率的公式也不同,但随气象参数的变化具有同样的变化规律。     

特征向量数量对反演大气参数的影响

大气温湿信息是天气预报、研究和业务的主要参教。具有通道多、信息量大、光谱窄等优点的AIRS已逐渐成为大气垂直探测的主流和方向。如何从卫星观测到的辐射测值推算出大气参数显得尤为重要。本文运用特征向量法反演晴空大气温度、臭氧廓线,试验不同数量的特征向量对反演晴空大气温度等参数精度的影响。结果表明适当增加特征向量的数量,对改进反演大气温度、臭氧廓线的精度有明显改善。     

利用单波长椭偏仪对各向异性薄膜光学常数和欧拉角的研究

基于椭偏测量原理和4×4矩阵法原理,提出了利用单波长椭偏仪在光轴平行于薄膜表面方向上测量各向异性薄膜的薄膜参数(包括双折射率、厚度及欧拉角)的方法.通过转动待测样品90°的方法,得到2组椭偏参数,利用反演算法对2组椭偏参数进行反演,得到各向异性薄膜的4个薄膜参数;采用数值模拟分析了入射角、薄膜厚度、欧拉角及其定位误差对测量结果的影响;实验测量了光轴平行于样品表面的各向异性聚酰亚胺薄膜样品在转动前后的椭偏参数,并进行反演.结果表明:该方法提出的算法反演稳定性好、精度高;该方法测得各向异性薄膜的寻常光折射率、非寻常光折射率、厚度以及欧拉角的精度分别达到0.000 1、0.000 1、0.1 nm及0.03°;寻常光折射率、非寻常光折射率、厚度的最大测量误差分别为0.001 2,0.004 4以及4.57 nm;该方法具有较好的测量稳定性、自洽性及可靠性.文中提出的方法具有测量过程简单、对实验仪器要求低的优点,拓展了单波长椭偏仪的测量范围,提出了各向异性薄膜参数的测量方法,具有实际应用意义.     

各向异性晶体通道波导的截止特性和单模条件…

在各向异性晶体通道波导中模式的电磁波理论和导模方程的有效折射率分析的基础上，将势阱模型、ＷＫＢ法和有效折射率法结合起来，分析了一维渐变折射率分布通道波导的模式本征 值；并分别对于阶跃型折射分布和渐变折射率的情况，讨论了各向异性晶体通道波导的截止特性和单模条件。     

Performance comparison of GA,PSO, and DE approaches in estimating low atmospheric refractivity profiles

Particles swarm optimization (PSO) and differential evolution (DE) algorithms based on optimization are employed to estimate low atmospheric refractivity profiles from radar sea clutter. Low atmospheric refractivity profiles are modeled as evaporation ducts. The objective functions, which are used to evaluate the fit of simulated and measured power in estimation procedures, are also investigated at different frequencies such as L-, S-, C- and X-frequency at 10 m/s wind speeds. The results show that all the objective functions are multi-peak functions. The Adjusted Barton Model of radar cross section (RCS) is adopted. PSO and DE algorithms are compared with genetic algorithm (GA) by 200 Monte Carlo simulation estimations. Simulation results indicate that DE has the best global search ability, and PSO has the highest success probability. According to the statistical results, PSO algorithm with the population size 30 is the appropriate way for evaporation duct estimation.     

Atmospheric duct estimation from multi-source radar sea clutter returns: theoretical framework and preliminary numerical results

Refractivity from clutter （RFC） technique estimates lower atmospheric refractivity from radar sea clutter returns. An important issue of RFC is how to make the estimate more robust. Rather than using only single beam radar sea clutter returns, this paper puts forward a theoretical framework of combining multi-source clutter power to improve the retrieved results by the variational adjoint approach. The derivation of the adjoint is accomplished by an analytical transformation of the parabolic equation model in a continuous domain. To test the theoretical algorithm, numerical simulations using multi-elevation clutter observations are carried. The results demonstrate that combining two elevation beams gives more stable estimate than using only single beam.     

基于分时双频的高频地波雷达海面目标探测

提出了一种分时双频方法用以提高其目标探测性能.分析了分时双频雷达波形,针对分时双频探测引起的目标相干积累时间减少以及多普勒谱点不对齐等问题,利用非均匀傅里叶变换将其转换为一不适定问题,并利用Cauchy-Gaussian模型正则化方法进行外推处理,从而获得目标多普勒谱图.仿真结果表明该方法能够有效地消除海面移动目标的检测盲区,提高检测性能.     

地球局部曲率中心修正特征的讨论

GPS掩星探测技术可以探测中性大气获得全球大气折射率、气压、密度、温度和湿度等气象参数,该技术基本原理是基于信号多普勒观测和球对称大气的几何光学近似下Abel积分反演,获得大气廓线.在归算过程中,需要考虑地球曲率、电离层传播时间延迟、大气大尺度水平梯度、多路径传播现象等物理因素对大气反演廓线的精度影响.研究了在标准大气模式下地球局部曲率中心相对于地球中心位置变化并拟合其最佳逼近函数,研究成果可以为相关领域的研究提供参考.     

基于线性与非线性模型的海杂波预测

为对海杂波进行准确预测,根据海杂波具有的非线性不确定性,应用线性和非线性预测理论建立预测模型.针对logistic混沌映射信号和IPIX实际海杂波数据背景下的弱目标,分别采取基于自回归(AR)的线性模型、基于径向基神经网络(RBF)和Volterra级数滤波器的非线性模型进行预测.实验结果表明:非线性预测模型更适合于混沌背景下,因其目标和杂波的预测误差相差较大,可采取非线性预测并设置门限的方法进行目标检测;对于IPIX雷达数据,其混沌特性较logistic弱,目标和杂波的预测结果相差不大,可采用似然比检测方法.     

The ray-tracing mapping operator in an asymmetric atmosphere

In a spherically symmetric atmosphere, the refractive index profile is retrieved from bending angle measurements through Abel integral transform. As horizontal refractivity inhomogeneity becomes significant in the moist low atmosphere, the error in refractivity profile obtained from Abel inversion reaches about 10%. One way to avoid this error is to directly assimilate bending angle profile into numerical weather models. This paper discusses the 2D ray-tracing mapping operator for bending angle in an asymmetric atmosphere. Through simulating computations, the retrieval error of the refractivity in horizontal inhomogeneity is assessed. The step length of 4 rank Runge- Kutta method is also tested.     

利用第二类正则变换方法反演COSMIC掩星探测数据

为了验证第二类正则变换(CT2)方法反演折射率的精度,选取2007-2009年1月和7月的气象、电离层和气候观测系统星座(COSMIC)附加相位和振幅数据,利用CT2方法处理得到折射率,并与利用全谱反演(FSI)方法得到的COSMIC折射率数据、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)分析资料折射率进行对比。结果表明,CT2方法反演的折射率、COSMIC折射率以及ECMWF分析资料折射率的平均偏差在1~40km均不超过1%;在1~15km,CT2方法和FSI方法反演的折射率与ECMWF分析资料折射率的平均偏差均在1%以内;CT2方法与ECMWF分析资料折射率偏差的标准差小于FSI方法的。总的来说,CT2方法和FSI方法都具有很高的反演精度,但随着水汽含量的增加,CT2方法和FSI方法的反演精度会降低,并且CT2方法反演的不确定性小于FSI方法。     

Numerical simulation of radar surveillance for the ship target in oceanic clutters

A fast iterative approach of generalized forward-backward method with the spectrum acceleration algorithm (GFBM/SAA) is developed for solving electromagnetic field integral equation and is applied to numerical simulation of radar surveillance of the ship target in oceanic clutters. Randomly rough surface is realized by the Monte Carlo method using the Pierson-Moskowitz spectrum. Numerical results of bistatic and back-scattering from the ship target and oceanic clutters demonstrate the functional dependencies upon the situation of radar surveillance such as the incidence and observation angles, radar altitude, ship RCS and other oceanic conditions.     

高空俯视雷达的大气折射修正与定位误差模型

为了实施对地面目标的精确打击,空中飞行器上的雷达首先需要对地面目标精确定位.由于雷达电波在大气中传播时会产生折射误差,因而会影响雷达定位精度.针对有关部门的实际需求,以及目前大气折射误差修正基本上都是基于地基雷达的现状.通过选择高精度的对流层和电离层大气模型,利用全国对流层大气参数和电离层大气浓度剖面建立大气折射率剖面数据库.根据电波传播理论,利用射线描迹法推导出了位于电离层中俯视雷达的大气折射误差修正模型和定位误差模型.仿真实验表明,大气折射效应对高空俯视雷达探测精度影响很大.利用该模型可极大地提高俯视雷达的定位精度,为有效打击地面目标奠定基础.     

城市水体对热岛的消减效应——以南京市为例

以南京市为研究对象,利用2013年8月11日的Landsat8TIRS热红外数据,基于大气校正法反演地表温度;结合土地利用现状数据,定性分析南京市热岛的空间分布;利用缓冲区分析、剖面分析,定量分析河流、湖泊等城市水体在周边不同范围内对城市热岛的消减作用.结果表明:利用大气校正法可准确反演出南京市地表温度空间分布;南京市热岛主要出现在人口密集、工业发达地区;城市水体在300m范围内可以显著消减城市热岛现象,地表温度由水体向周围递增;城市河流比湖泊对城市热岛的消减效果更显著.