【摘要】：對流層是大氣分層的最底層，也是與人類關(guān)系最密切，組成最復雜的分層。電磁波在海面對流層的傳播由于受到各種氣象、水文因素的影響變得尤為復雜。受到上述因素的影響，海面大氣的折射率分布并不均勻，海面上經(jīng)常出現(xiàn)大氣波導等特殊的電磁波傳播環(huán)境。通過探測海面大氣波導評估電磁波的傳播環(huán)境對雷達等無線電探測設備的正常運行具有重要意義。 本論文首先分析了大氣波導的形成機理以及海氣邊界層的相關(guān)理論。針對利用水文氣象參數(shù)探測大氣波導的方法進行了深入的討論。在了解了幾種探測模型的算法思路后，給出其中三種針對蒸發(fā)波導的探測模型即A模型、PJ模型以及海氣通量模型的計算方法流程，對三種模型進行了敏感性分析，并對它們的適用性進行了討論。利用Visual C++平臺對應用三種模型的大氣波導探測程序進行了設計與編寫。根據(jù)GNSS衛(wèi)星低仰角狀態(tài)時受到大氣波導影響路徑產(chǎn)生偏折的現(xiàn)象，研究了利用GNSS可視負仰角與接收站的幾何關(guān)系探測大氣波導的方法。設計了應用該方法的C++程序，程序基本滿足波導探測的要求。 在對多種波導探測方法分析的基礎上，提出利用多傳感器融合技術(shù)探測大氣波導的方法，并初步設計了利用多傳感器探測大氣波導的體系結(jié)構(gòu)，，該結(jié)構(gòu)采用多星系統(tǒng)、多模型、多傳感器探測，并將探測到的數(shù)據(jù)進行信息融合。 結(jié)合現(xiàn)場試驗，驗證了程序的穩(wěn)定性以及功能完整性，并積累了實驗數(shù)據(jù)便于后期數(shù)據(jù)分析，希望為后續(xù)波導探測技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供思路參考。 本文的創(chuàng)新點包括： 1.對PJ模型、A模型和海氣通量模型的計算方法進行了較為全面的敏感性分析，并對三種模型的適用性進行了討論。研究了氣象水文參數(shù)變化對波導探測結(jié)果的影響，為完成波導探測任務所需的參數(shù)類型選取提供了參考。 2.論證了將多傳感器融合技術(shù)應用于波導探測系統(tǒng)的可能性。初步設計了大氣波導探測系統(tǒng)中應用多傳感器協(xié)同探測技術(shù)的方法與結(jié)構(gòu)，應用蒙特卡羅方法進行了仿真分析。 3.基于現(xiàn)場實驗，應用實驗數(shù)據(jù)通過三種模型計算得到了蒸發(fā)波導高度，并對所得結(jié)果進行了多源信息融合，為后續(xù)波導探測提供了方法與數(shù)據(jù)參考。 本文討論了探測儀器的選擇、探測程序的編寫、最終數(shù)據(jù)結(jié)果的處理等內(nèi)容，形成了完整的波導探測過程，對海洋環(huán)境中的波導探測具有重要意義。
【圖文】：

度地區(qū)約 17~18km，高緯度地區(qū)約為 8~9km，平均 10~12km。從整個大氣層中看，對流層厚度雖然很薄，但卻擁有大氣中 75%的大氣質(zhì)量和 90%以上的水汽，而且主要天氣現(xiàn)象如云、霧、雨等都出現(xiàn)在對流層。因而它是天氣變化最為復雜、對人類生活和行動影響最大的層次。由于對流層擁有如此復雜的電磁環(huán)境，研究學者在對流層大氣中進行有關(guān)電磁波的實驗時，發(fā)現(xiàn)電磁波并不像實驗預想的那樣傳播。這些異常傳播的出現(xiàn)是由于大氣并不是像傳播定律假設的那樣理想勻質(zhì)。由于大氣層的水汽分布不均，大氣中的折射指數(shù)垂直分布并不像理想大氣中的那樣簡單的隨高度的升高而增大（如圖 1-1 所示），這就使得電磁波在大氣中的一定高度傳播時會發(fā)生彎折。當彎折的曲率大于地球表面的曲率時，電磁波會在這個厚度的大氣層中來回反射地向前傳播，這種傳播稱為電磁波的波導傳播，這段一定厚度的特殊大氣層稱為大氣波導層。一方面由于大氣波導層的存在，無線電（如雷達等）系統(tǒng)會出現(xiàn)盲區(qū)，如圖 1-1 所示。另一方面電磁波波導傳播損耗要遠遠小于一般的空氣傳播，因此電磁波在大氣波導中傳播能達到很遠的距離，即能夠探測到普通大氣探測距離以外的目標，這種探測被稱為超視距探測。

不同折射類型大氣中的電磁波傳播示意圖。表 2-1 大氣折射基本類型及其存在條件折 射 類 型負折射 無折射 標準折射 超折射 臨>0 0 -0.079~0 -0.157~-0.079 ->0.157 0.157 0.079~0.157 0~0.079 2-10）可知，大氣折射指數(shù)垂直梯度dZdN或大氣度、相對濕度以及大氣壓力的垂直梯度有關(guān)。一遞減率越大、濕度遞減率越大，發(fā)生大氣波導的
【學位授予單位】：國家海洋技術(shù)中心
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：P732;P714.2

【參考文獻】

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本文編號：2569917