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雷达数据评估方法、装置及系统与流程一、引言雷达技术是一种利用电磁波进行探测和测距的技术，广泛应用于航空、气象、军事等领域。
随着雷达技术的不断发展，雷达数据的评估方法、装置及系统与流程也得到了不断优化和改进。
本文将对雷达数据评估的方法、装置及系统与流程进行介绍和讨论。
二、雷达数据评估方法雷达数据评估方法主要包括数据质量评估和数据性能评估两个方面。
1. 数据质量评估数据质量评估是指对雷达采集到的原始数据进行质量检查和分析，以确定数据的可靠性和准确性。
常用的数据质量评估方法包括以下几种：（1）数据校正：对原始数据进行校正，消除仪器误差和环境影响。
（2）数据过滤：通过滤波和噪声抑制等方法，去除数据中的杂波和干扰信号。
（3）数据重建：对数据进行插值和重建，填补缺失值和不完整区域。
（4）数据一致性检验：对数据进行一致性检验，确保数据之间的逻辑关系和一致性。
2. 数据性能评估数据性能评估是指对雷达数据的性能进行定量评估和分析，以评估雷达系统的工作状态和性能指标。
常用的数据性能评估方法包括以下几种：（1）目标检测性能评估：通过计算目标的信噪比、虚警概率和漏报概率等指标，评估雷达系统的目标检测性能。
（2）距离测量性能评估：通过比较雷达测量到的距离和实际距离之间的误差，评估雷达系统的距离测量性能。
（3）速度测量性能评估：通过比较雷达测量到的目标速度和实际速度之间的误差，评估雷达系统的速度测量性能。
（4）分辨率评估：通过计算雷达系统的分辨率，评估雷达系统对目标的分辨能力。
三、雷达数据评估装置及系统雷达数据评估装置和系统是用于对雷达数据进行评估和分析的设备和软件系统。
常见的雷达数据评估装置和系统包括以下几种：1. 数据采集装置：用于采集雷达系统输出的原始数据，并对数据进行预处理和存储。
2. 数据处理软件：用于对采集到的雷达数据进行质量评估和性能评估的计算和分析。
3. 数据可视化工具：用于将评估结果以图形和图像的形式展示出来，方便用户进行观察和分析。
大气波导对雷达的影响研究一、概述海洋大气环境对舰载雷达、通信、电子侦察等设备有着显著的影响，其影响主要通过大气环境影响电磁波的传播而产生的，尤其是大气波导造成的电磁波异常传播对电子设备的影响尤为突出。
自人类开始使用雷达时，电磁波的大气波导传播效应就已经被观测到了，早期一个著名的事例是在第二次世界大战中，位于印度孟买的一部频率为200MHz雷达能够发现1700英里外阿拉伯海域的目标回波（1951年6月）[1]。
另一著名事例是2000年10月，俄罗斯苏-27飞机利用在美小鹰号航母上空出现的大气波导现象形成的电磁盲区孔，突防成功，对美小鹰号航母进行多次侦察拍照，而小鹰号航母编队中的警戒雷达由于大气折射作用产生的电磁盲区无法及时侦测到苏—27飞机[2]。
所谓的大气波导现象是指：电磁波受大气折射的影响，传播轨迹发生弯曲，正常折射条件下电磁波在大气中是弯向地球的，当弯向地球的电磁波轨迹的曲率超过地球的曲率时，电磁波将部分陷获在地球和一定高度的大气层内传播，就如同电磁波在金属波导中传播一样。
大气波导现象是普遍存在的自然现象，它的出现使部分电磁波被陷获在大气波导中，电磁波在波导内的传播衰减明显减小，从而使主动雷达探测范围和被动雷达截获范围明显增大，同时也造成了雷达测量误差的增加。
研究大气波导对电子装备的影响及其在作战中的应用是非常必要的，尤其是在现代高技术条件下，各种杀伤破坏力极大的反舰导弹广泛装备舰艇，使得先敌发现、先机制敌、实施超视距作战成为各国海军争夺的焦点之一。
而要实现舰载雷达的超视距探测，就需要充分研究和利用大气波导。
二、大气折射及大气波导（一）大气折射影响大气环境中的电磁波传播特性的主要大气因子是大气折射率。
对频率在1—100GHz范围内的电磁波，大气折射指数可表示为大气温度T（单位：K）、大气压力P(单位：hPa)和水汽压e（单位：hPa）的函数[3]，其关系为：2573 . 3 6 . 77 T e T P N ⨯+ =（1）当电磁波传播距离很短时,可近似认为地球表面为平面,但若电磁波传播距离较长时,就必须考虑地球曲率的影响,此时,为了将地球表面处理成平面,通常使用进行了地球曲率订正大气修正折射指数M（单位：M）,其表达式如下：610⋅+=RZNM（2）式中R=6.371×106m为平均地球半径,Z(单位:m)为地表以上的高度。
气象雷达探测技术的评估与优化气象雷达是一种非常重要的天气探测设备，通过它可以获得大气中的各种气象参数，如降水、风速、风向、反射率等。
气象雷达在气象预报、天气研究、天气救援等方面都有着广泛的应用，但是由于气象雷达的工作原理比较复杂，因此需要对其进行评估与优化。
一、气象雷达的工作原理气象雷达是通过向大气中发射一束电磁波，然后接收它从云层或其他大气物体反射回来的电磁波，从而得到大气中的物理参数。
气象雷达的工作原理是利用雷达的发射与接收系统，将发射出去的电磁波与接收到的反射波进行处理，得到目标的位置、大小和物理参数等信息。
二、气象雷达的优化方法为了保证气象雷达的准确性和稳定性，需要对其进行优化。
下面就从雷达数据质量、雷达数据处理和雷达校正三个方面介绍气象雷达的优化方法。
1.雷达数据质量雷达数据质量是影响气象雷达数据准确性的重要因素之一。
在收集雷达数据时，必须充分考虑天气条件、设备状态和数据采集技术等相关因素，因此，一些方法可以提高雷达数据质量：1）选择合适的扫描方式在选择雷达扫描方式时，不同的扫描方案会对雷达数据准确性产生不同的影响。
通常，垂直扫描雷达比水平扫描雷达能够获得更准确的数据。
此外，雷达的扫描速度和扫描时间也应该尽量合适，避免影响数据质量。
2）矫正气象干扰在进行雷达数据采集时，容易受到气象干扰的影响。
为了矫正气象干扰的影响，必须对气象学进行深入的研究，了解干扰的来源以及相关来源对数据产生的影响，并采取相应的措施进行处理。
2.雷达数据处理为了提高雷达数据的准确性和可靠性，需要进行数据处理。
下面介绍两种常见的雷达数据处理方法：1）回波降噪雷达数据中常常存在一些杂波，对于这些杂波，需要采用回波降噪技术进行处理。
回波降噪技术有多种，如中值滤波、高斯滤波等。
这些技术可以有效地去除杂波信号，提高数据的准确性。
2）降水估计降水估计是气象雷达数据处理的重要方法之一。
通过对雷达数据进行分析和处理，可以估算下垫面的降雨量，并与实际降雨量进行比较。
超视距目标感知与预测方法
超视距目标感知与预测方法是一种先进的技术，用于检测和预测超出直接视线范围的目标。
这种技术广泛应用于军事、航空、无人驾驶等领域。
下面是一些常用的超视距目标感知与预测方法：
1. 雷达感知技术：雷达通过发射电磁波并接收反射回来的信号，能够探测到远距离的目标。
通过对反射信号的处理和分析，可以提取出目标的距离、速度、方位角等信息，实现超视距感知。
2. 光学感知技术：利用望远镜、摄像头等光学设备，通过图像处理和分析技术，可以检测到远距离的目标。
这种技术常用于天文观测、远程监控等领域。
3. 卫星感知技术：利用地球同步轨道卫星或低轨道卫星，通过遥感技术获取地面或海面的信息。
通过对遥感数据的处理和分析，可以实现对目标的超视距感知。
4. 预测技术：通过对目标的历史数据和当前状态进行建模和预测，可以估算出目标的未来位置和运动轨迹。
常用的预测算法包括卡尔曼滤波器、粒子滤波器、神经网络等。
这些方法各有优缺点，实际应用中需要根据具体需求选择合适的技术组合。
激光测风雷达风场探测性能评估激光测风雷达风场探测性能评估激光测风雷达（Lidar）是一种基于激光技术的远程风速和风向测量工具。
相比传统的塔式风杆观测和气象探空测量方法，激光测风雷达具有非常大的优势，可以实现对风场的全方位、高时空分辨率的探测和监测。
激光测风雷达的工作原理是利用激光束在空气中的散射现象。
当激光束经过空气中的气溶胶颗粒、水蒸气分子和尘埃等物质时，会发生散射。
通过测量散射光的回波特性，可以得到大气中气溶胶物质的浓度、风速和风向等气象参数。
首先，我们来评估激光测风雷达的风速测量性能。
激光测风雷达采用多普勒技术，通过测量散射光的频率偏移来计算风速。
然而，在实际应用中，由于多种因素的干扰，如大气湍流、水平和垂直风向变化等，风速的测量精度可能会受到影响。
因此，在评估风速测量性能时，需要考虑这些干扰因素。
为了提高测量的准确性和可靠性，可以采用多个激光测风雷达同时观测同一位置的风速，通过对比和统计分析数据，得出更加准确的结果。
其次，我们来评估激光测风雷达的风向测量性能。
激光测风雷达可以通过测量散射光的相位差来计算风向。
然而，在实际应用中，由于大气湍流和辐射等因素的影响，风向的测量精度可能会受到一定的限制。
在评估风向测量性能时，需要考虑这些干扰因素，并采用多个激光测风雷达进行观测以获得更精确的结果。
此外，激光测风雷达还可以测量大气中的气溶胶物质，并根据散射光的特征来判断气溶胶颗粒的浓度和大小。
这对于环境监测和空气污染防治非常重要。
在评估气溶胶物质测量性能时，需要考虑气溶胶颗粒的类型、形状和浓度等因素，并与传统的测量方法进行对比和验证。
最后，我们可以针对不同的应用场景评估激光测风雷达的性能。
例如，在风力发电领域，激光测风雷达可以用于测量风场，预测风能资源分布和风电场设计等。
在气象研究领域，激光测风雷达可以用于对大气运动和边界层特性进行研究。
通过对这些不同的应用场景进行性能评估，可以更好地了解激光测风雷达的优势和局限性，从而为其进一步的应用和改进提供参考。
一种海洋蒸发波导通信带限信道建模方法肖金光;周新力;张烨【摘要】针对海洋蒸发波导中多径信号场强计算和时延估计问题，提出了一种通信带限信道建模方法。
给出了一种分段的射线追踪算法，提出了多径到达信号分离和场强计算的方法，考虑了电波空间扩散、粗糙海面反射和接收球；研究了时延估计规律、系统设计和使用策略。
数值试验验证了建立的带限冲激响应建模方法的可行性，为海洋蒸发波导通信的链路预算和性能分析提供了有效的途径，通过控制信号频率、带宽和能量正余量可达到预期系统性能。
%To compute the field and estimate the time delay of multi-path signal in sea evaporation duct( SED) ,a method of modeling communication bandwidth channel is presented. Algorithm of ray tracing in subsections is proposed. A method of separating arriving multi-path signal and computing field is put for﹣ward,considering space wave diffusion, rough surface reflection and reception sphere. Characteristics of time delay estimation,system design and strategies of usage are studied. Feasibility of the constructed meth﹣od is verified by numerical experiments. The new method provides an effective way of link budget and per﹣formance analysis in SED communication to get expectable performances,with proper selection of signal fre﹣quency,bandwidth and energy surplus.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P135-140)【关键词】蒸发波导通信;射线追踪;多径信号;场强计算;带限信道模型【作者】肖金光;周新力;张烨【作者单位】海军航空工程学院电子信息工程系，山东烟台264001;海军航空工程学院电子信息工程系，山东烟台264001;海军航空工程学院电子信息工程系，山东烟台264001【正文语种】中文【中图分类】TN011.31 引言海面上蒸发波导(Evaporation Duct，ED)发生概率较高，能够陷获频率和仰角满足一定条件的电磁波，形成超视距传播，对于雷达探测、通信、电子对抗以及低高度武器或平台的攻防都具有重要意义。
蒸发波导模型概述ESR Jinadasa;田斌;郭鹏【摘要】蒸发波导是在海上低空环境中发生概率最高的一种大气波导,可有效利用蒸发波导传播条件使雷达实现远距离目标探测.本文分析了海上大气波导的形成条件,阐述了蒸发波导模型提出的重要意义.综述了几种典型的蒸发波导模型研究应用状况.最后,展望了未来的研究工作方向.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2018(038)010【总页数】4页(P13-15,18)【关键词】蒸发波导;模型;应用状况【作者】ESR Jinadasa;田斌;郭鹏【作者单位】海军工程大学,武汉 430033;海军工程大学,武汉 430033;海军工程大学,武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】O436大气波导是一种可以使电磁波产生超折射的环境现象，它可以使部分电磁波陷获在波导层内，形成超视距传播，从而增加无线电系统的作用距离，实现超视距探测。
蒸发波导是海上发生概率最高的一种大气波导，其成因主要是海水蒸发使得空气中的相对湿度随着高度的增加剧烈下降，从而导致大气折射率垂直分布满足一定的形式所致。
该波导具有稳定性较好、持续时间较长，在水平方向上的延伸距离远等特点，垂直高度一般在40 m以内。
由于大多数舰载微波雷达的天线架设高度较低，正好位于蒸发波导的有效高度范围内，因此可有效利用蒸发波导传播条件进行远距离目标探测。
在海洋上，蒸发波导对雷达等电子装备的影响显著，能准确评估大气环境对敌我双方电子系统的影响，对作战实施人员进行战略部署以及掌握战场制电磁权显得极为重要，鉴于此，各军事强国均在该领域进行了较为深入的研究。
低空大气波导对电波传播和探测通信系统等具有重要影响，研究大气波导环境具有重要的现实意义。
无线电波在真空中传播的速度约为3×108 m/s，传播轨迹为直线，不过在实际媒质中，这两种特性将发生一定的变化，电磁波的速度会减小，当电磁波以一定的角度从传播速度较慢的介质到达传播速度较快的介质交界面时，传播方向将不再保持原来的方向，而是偏向慢速介质一方。
基于抛物方程的大气波导环境下电波传播的研究基于抛物方程的大气波导环境下电波传播的研究1 概述第二次世界大战以来，雷达已在许多领域得到广泛的应用。
人们在利用雷达进行探测时，经常会发现一些电磁波的异常传播现象。
其中一种显著的现象是：在一定的气象条件下，在大气边界层尤其是在近地层中传播的电磁波，受大气折射的影响，其传播轨迹弯向地面，当曲率超过地球表面曲率时，电磁波会部分地被陷获在一定厚度的大气薄层内，就像电磁波在金属波导管中传播一样，这种现象称为电磁波的大气波导传播，形成波导传播的大气薄层称为大气波导层。
大气波导现象使得雷达有可能观测到数倍于雷达正常探测距离处的目标，实现所谓的超视距探测。
目前，国外在电波传播的抛物方程方法上做了许多研究。
抛物方程（PE）方法最早是由Fock在1946年提出，但是直到1973年，随着计算机技术运用，Hardin和Tappert 进一步提出了分步傅立叶方法,抛物方程方法才得以被运用到实际的工程计算中。
与其它研究电波传播的方法相比，如几何光学、物理光学和简正模分析法等，抛物方程方法的限制是最小的。
这种方法忽略了后向散射场，而且精确计算集中在近轴方向上。
本文介绍了大气折射的基本类型及其存在条件，给出了电波传播的抛物方程模型，并将其与双射线模型进行对比验证其可行性，然后利用该模型计算了标准大气、100m 波导及100-150m波导环境下的传播损耗，最后讨论了大气波导对电波传播及雷达探测的影响。
2 大气波导与抛物方程方法的基本原理大气波导现象经常发生在海洋大气环境中。
针对电磁波在大气波导中的异常传播现象，可用抛物方程方法进行分析计算其传播损耗。
2.1 大气折射与大气波导1、大气折射的基本类型及其存在条件影响大气环境中的电磁波传播特性的主要大气因子是大气折射率[1]。
对频率在1~100GHz范围内的电磁波，大气折射率n或大气折射指数N(N单位)可表示为大气温度T（单位：K）、大气压力P（单位：hPa）和水汽压e（单位：hPa）的函数f(P,T,e)，其关系由下式给出：610)4810(6.771),,(-++==T e P T e T P f n （2.1） )4810(6.7710)1(6T e P T n N +=-= （2.2）当电磁波传播距离很短时，可近似认为地球表面为平面，但若电磁波传播距离较长时，就必须考虑地球曲率的影响，此时，为了将地球表面处理成平面，通常使用进行了地球曲率订正的大气修正折射率m 和大气修正折射指数（又称大气折射指数模数）M （M 单位）更为方便[2][3]，其表达式如下： 0R Z n m += （2.3） 6061010)1(R Z N m M +=-= （2.4）式中R 0=6.371×106m 为平均地球半径，Z （单位：m ）为地表以上的高度，则式（2.4）简化为：Z N M 157.0+= （2.5） 将式（2.4）（2.5）分别对高度Z 求导可得：Z e T Z P T Z T T e P T Z N ∂∂+∂∂+∂∂+-=223732566.77)9620(6.77d d （2.6） 157.0d d d d +=Z N Z M （2.7）当大气折射指数垂直梯度（单位：m -1）d N /d Z > 0时，电磁波的传播轨迹将背着地球而凸起弯曲，此时的大气为负折射。
C ：国防科学大气波导对雷达的影响研究一、概述海洋大气环境对舰载雷达、通信、电子侦察等设备有着显著的影响，其影响主要通过大气环境影响电磁波的传播而产生的，尤其是大气波导造成的电磁波异常传播对电子设备的影响尤为突出。
自人类开始使用雷达时，电磁波的大气波导传播效应就已经被观测到了，早期一个著名的事例是在第二次世界大战中，位于印度孟买的一部频率为200 MHz 雷达能够发现1700英里外阿拉伯海域的目标回波（1951年6月）[1]。
另一著名事例是2000年10月，俄罗斯苏-27飞机利用在美小鹰号航母上空出现的大气波导现象形成的电磁盲区孔，突防成功，对美小鹰号航母进行多次侦察拍照，而小鹰号航母编队中的警戒雷达由于大气折射作用产生的电磁盲区无法及时侦测到苏—27飞机[2]。
所谓的大气波导现象是指：电磁波受大气折射的影响，传播轨迹发生弯曲，正常折射条件下电磁波在大气中是弯向地球的，当弯向地球的电磁波轨迹的曲率超过地球的曲率时，电磁波将部分陷获在地球和一定高度的大气层内传播，就如同电磁波在金属波导中传播一样。
大气波导现象是普遍存在的自然现象，它的出现使部分电磁波被陷获在大气波导中，电磁波在波导内的传播衰减明显减小，从而使主动雷达探测范围和被动雷达截获范围明显增大，同时也造成了雷达测量误差的增加。
研究大气波导对电子装备的影响及其在作战中的应用是非常必要的，尤其是在现代高技术条件下，各种杀伤破坏力极大的反舰导弹广泛装备舰艇，使得先敌发现、先机制敌、实施超视距作战成为各国海军争夺的焦点之一。
而要实现舰载雷达的超视距探测，就需要充分研究和利用大气波导。
二、大气折射及大气波导（一）大气折射影响大气环境中的电磁波传播特性的主要大气因子是大气折射率。
对频率在1—100GHz 范围内的电磁波，大气折射指数N 可表示为大气温度T （单位：K ）、大气压力P (单位：hPa)和水汽压e （单位：hPa ）的函数[3]，其关系为：251073.36.77Te T P N ⨯+= （1） 当电磁波传播距离很短时,可近似认为地球表面为平面,但若电磁波传播距离较长时,就必须考虑地球曲率的影响,此时,为了将地球表面处理成平面,通常使用进行了地球曲率订正大气修正折射指数M （单位：M ）,其表达式如下：610⋅+=R Z N M （2） 式中R =6.371×106m 为平均地球半径,Z (单位:m)为地表以上的高度。
粗糙海面蒸发波导传播和近掠入射散射分析黄麟舒;察豪;李洪科;左雷【摘要】讨论在蒸发波导条件下粗糙海面对电波传播特性的影响。
推导粗糙海面的表面反射系数,通过实验检验某粗糙海面电波传播预测模型在我国海域的适用性,并给出实验结果和分析。
给出了不同条件下波导高度和传播损耗、最大探测距离间的关系。
数据分析表明：冬季的粗糙海面情况下模型计算的传播损耗值与实测值比较接近,而秋季时两者相差较大,说明在海况较好时该模型适用于我国近海海域,而当风浪较大时,将导致表面粗糙度增大,影响模型的精度,使其低估传播损耗。
%The effect of rough sea surface on the electromagnetic wave under the condition of evaporation duct is discussed.The modified reflect coefficient of rough surface is analyzed,and the quantitative analysis based on experimental data is done to validate the electromagnetic wave forecast model in the Chinese sea.Experiment results show the relation among the duct altitude,loss and the range.Results of model computation and observed data are in good consistency.It is indicated that the electromagnetic wave forecast model is applicable in Chinese sea when the ocean wave is weak.When the wind on the sea is stronger,the rough surface could influence the model and underestimate the propagation loss.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2012(027)003【总页数】6页(P482-487)【关键词】蒸发波导;粗糙海面;电波传播损耗【作者】黄麟舒;察豪;李洪科;左雷【作者单位】海军工程大学电子工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TN011引言蒸发波导是形成海上微波超视距传播的主要因素，通过研究蒸发波导对微波传播的影响，能改善通信链路的稳定性和雷达精确估计目标位置等实际问题，可提高海军武器系统性能。
悬空波导环境下AIS信号超视距传播特性分析
赵慧;赵振维;王红光;朱庆林;韩杰;林乐科;孙方;王倩南
【期刊名称】《电波科学学报》
【年(卷),期】2024(39)1
【摘要】大气波导可陷获无线电波信号,使其发生超视距传播现象,影响无线电系统信号传播预测和性能评估应用。
本文针对由探空数据诊断的悬空波导个例,利用对流层电波传播确定性方法模拟岸-船自动识别系统(automatic identification system,AIS)传播链路,定量研究了不同悬空波导环境影响下AIS信号的超视距传播特性。
结果表明:波导强度50 M单位且底高约7 m的悬空波导环境下,AIS信号发生明显超视距传播现象;波导底高约700 m且强度较大的悬空波导环境也会对AIS 信号传播产生影响;相比于单一悬空波导模型,复合悬空波导(文中指两个悬空波导层结构组成)环境对AIS信号传播影响更大。
本文研究成果可为大气波导监测反演、无线电系统设计、装备效应评估等应用提供重要理论参考。
【总页数】8页(P100-107)
【作者】赵慧;赵振维;王红光;朱庆林;韩杰;林乐科;孙方;王倩南
【作者单位】中国电波传播研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP75
【相关文献】
1.海上大气波导环境下舰载超视距雷达盲区研究
2.海上对流层微波超视距传播与海洋大气环境特性相关性研究
3.蒸发波导环境下雷达超视距性能评估方法
4.室内非视距环境超宽带信号传播特性研究
5.大气波导条件下某型雷达的超视距精度试验分析
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200 军民两用技术与产品 2018·3（下）前言对于近地层传播的电磁波而言，大气折射会对其传播造成影响，导致电磁波的传播轨迹出现弯曲现象。
在正常的折射条件下，电磁波的传播轨迹为弯曲的，但是如果其曲率大于地球的曲率，则会有一部分电磁波继续传播在一定高度的大气层内，这就是大气波导。
大气波导的出现对电磁波的衰减程度造成影响，从而影响到雷达探测的结果，还会形成雷达盲区。
因此，在大气波导条件下，作战人员需要掌握雷达实际的作战效能，1 对超短地波通信的影响探究大气波导条件下雷达对超短地波通信的影响，首先将通信发射机与通信接收机设定为相同的参数，通常来说，通信系统具备较低的噪声系数，可以将其简化为0，天线的类型选定为OMN1，发射机和接收机的天线高度均为二十米，极化方式均为水平，频率均为200MHz ，发射机的峰值功率为0.2KW ，接收机的灵敏度为55dB ，发射机的天线增益为23dB 。
当雷达所处的环境为标准大气环境，也就是大气修正折射指数梯度是118M/km 的时候，在二十米高度处的电磁波传播中，接收机的接收距离最高可达29.3米；当雷达处于表面波导条件下，波导高度是305米，大气修正折射指数梯度是-72.5米M/km ，在二十米高度出的电磁波传播中，接收机的接收距离最高可达340千米，具体的电磁波传播损耗如图1所示：图1 表面波导条件下电磁波的传播损耗由此可知，在表面波导条件下，大气会对电磁波产生折射作用，显著增加了接收机的接收记录，有效促进了抗侦察作战效能。
2 对电子系统战术的影响2.1 表面波导造成的影响一般情况下，表面波导的高度要小于三百米，会对甚高频以上的电磁波造成严重的影响。
对于海上表面波导来说，对低空飞机的飞舰、海军水面的舰艇以及潜艇以及防空作战等方面的影响较大。
随着科学技术的发展，各方力量的生存对电子系统的早期预警和早期预测产生严重的依赖感，想要先机制敌和先敌发现。
表面波导为先机制敌和先敌发现提供了条件，但是很容易使己方的相关电磁信息被敌方截获。
大气波导与微波超视距雷达以大气电离层为“反射镜”，工作于高频(High Frequency, HF) 波段的OTH-B 天波超视距雷达的典型探测半径可达1800 海里(e.g. MD 空军的AN/FPS-118)，但天线阵体型过于庞大，尺度以千米计，无法安装于机动式武器-传感器平台(如水面战舰) 之上。
MD 海军AN/TPS-71 ROTHR (Relocatable Over-the-Horizon Radar) “可再部署型” 天波超视距雷达。
地波超视距雷达的典型探测半径为180 海里(绿色)，庞大的HF 天线阵同样无法应用于水面战舰等空间紧张的机动平台。
由于工作波长达数十米，高频超视距雷达的分辨率相当糟糕，且很难捕捉到小尺寸目标(如反舰导弹)。
高频超视距雷达的性能缺陷十分明显，空中预警平台成本则高昂，数量有限，且要伴随舰队长时间远洋活动须获得大型CATOBAR 航母的支持，舰载微波超视距雷达的吸引力不言而喻。
无线电波在大气中传播的速度接近，但不等于其在真空中的传播速度。
随着大气温度，湿度，压强的变化，无线电波传播速度相应改变，大气对无线电波的折射率也就发生变化。
接近地球表面的大气折射率为 1.000250 至 1.000400，变化幅度看似微小，却足以引起无线电传播路径的弯曲。
通常情况下大气折射率随着海拔升高而逐渐降低，造成无线电传播路径向下方弯曲(见上图)。
理想大气条件下这一折射作用的效果是使雷达地平线/水天线的距离比光学地平线/水天线高出约1/6，但如果某一高度区间内大气的温度和/或湿度迅速变化，则可导致其内无线电传播路径的弯曲度超过地球曲率，令雷达波束折向地面/水面方向，从而实现超视距探索。
n = 大气折射率，数值为光速/大气中的无线电传播速度p = 干燥空气压强T = 大气绝对温度es = 大气中的水蒸气分压通常所谓利用大气散射实现微波雷达超视距探测的说法实际上是错误的。
由大气构成不均一导致的对流散射(下) 虽能够有效地扩展微波通讯的覆盖半径，却因反射信号强度大幅度下降且传播路径无法确定而难以用于雷达探测(被动电子侦察手段却可利用散射信号推算发射源方位，不过这也是十分耗时费力的工作)。
不同气象要素对蒸发波导的影响研究【摘要】根据大气边界层理论中Monin-Obukov相似理论，对影响蒸发波导的不同气象要素进行了分析研究。
结果发现：中国南海西沙海域海区蒸发波导出现的概率，一般早上出现的概率较高，中午较低；冬季出现概率较高，夏季较低。
而中国南海西沙海域海区蒸发波导的高度在其他气象要素条件一定的情况下随月份变化、大气湿度、气海温差、水平风速等的变化有一定的敏感性，大气湿度对蒸发波导高度的影响较大，水平风速影响较小。
【关键词】蒸发波导；气象要素；出现概率；波导高度0 引言蒸发波导是海洋大气环境中经常出现的一种特殊的表面波导，它是由于海面水汽蒸发使得在海面上很小高度范围内的大气湿度随高度锐减而形成的。
蒸发波导一般发生在海洋大气环境40m高度以下的近海面大气中。
当电波在近海边大气中形成的蒸发波导传播时，蒸发波导对其产生的影响主要表现在两个方面：一是增加电波传播的距离；二是增加电场强度。
由于波导层使得电波来回不断反射，增加了其传播路径中的电场强度，从而使其能量衰减得以大大减缓，因此可使电磁波在波导层内进行超视距传播[1-3]。
对气象雷达和大多数其它类型的雷达，蒸发波导可增加雷达测距、测角、测速的误差，增加雷达杂波，对微波通信也会产生显著影响。
蒸发波导对军事作战尤其是对现代电子系统的影响，如估算电子支援探测系统和对抗探测距离以有效地发挥电磁干扰作用等，已显示出广阔的应用前景。
蒸发波导是一种极端超折射的自然现象，它具有超长水平尺度特征和显著的天气背景[2-3]。
本论文以中国南海三亚湾海域西沙海域（北纬15°-20°，东经105°-115°范围）为例，对影响蒸发波导的气象要素进行了分析研究，研究结果可以更好地为我国海上、海岸运作的在役微波雷达、通信和侦察等电子系统服务。
1 基本理论2 不同气象要素对蒸发高度的影响根据上述方法，以中国南海西沙海域为例[6]，利用2012-2013年的海洋船测数据，研究影响蒸发波导的不同气象要素。
第36卷 第1期 电 子 科 技 大 学 学 报 V ol.36 No.1 2007年2月 Journal of University of Electronic Science and Technology of China Feb. 2007蒸发波导环境下雷达超视距性能评估方法黄小毛1,2 ，张永刚1，王 华1，唐海川1(1. 大连舰艇学院军事海洋系 辽宁 大连 116018; 2. 海军南海舰队司令部 广东 湛江 524001)【摘要】蒸发波导是海洋大气环境中一种常见的自然现象，受其影响，雷达常常出现如超视距探测等异常特征。
该文主要针对如何准确评估蒸发波导环境下雷达的探测能力问题，利用电磁波传播的数值方程并结合雷达接收机理论，构建了雷达探测定量评估的模型和方法。
将该方法应用于2003年08月在大连海域的试验数据的分析中，理论分析的结果与雷达实际探测吻合较好，验证了该方法的正确性和实用性。
关 键 词 蒸发波导; 电磁波传播; 雷达超视距探测; 性能评估 中图分类号 TN95 文献标识码 AA Method of Evaluating Radar OTH Performancein Evaporation Duct EnvironmentsHUANG Xiao-mao 1,2，ZHANG Yong-gang 1，WANG Hua 1，TANG Hai-chuan 1(1. Dept. of Military Oceanography, Dalian Naval Academy Dalian Liaoning 116018;2. Naval Headquarters of South Sea Fleet Zhanjiang Guangdong 524001)Abstract Radars always display the anomalous performance characteristics such as Over The Horizon (OTH) detection capability when they are operated in marine environments because they are influenced by evaporation duct which is a kind of familiar natural phenomenon. To evaluate accurately the ability of radar in evaporation duct environments, a method is proposed which is combined the electromagnetic waves propagation numerical equation with the theories of radar receiver. The data extracted from the experiment of Dalian sea region in October of 2003 is analyzed using this method, and the results of this method are quiet agreement with the actual radar detection.Key words evaporation duct; electromagnetic wave propagation; radar over the horizon detection; performance evaluation收稿日期：2005 − 06 − 19基金项目：国家863计划资助项目(2002AA639300)作者简介：黄小毛(1974 – )，男，博士，主要从事海洋大气波导环境特征及其对雷达等电子装备性能影响的评估方面的研究.雷达在实际的海洋环境工作中，常常受到异常大气折射结构的影响而出现异常的探测特征，蒸发波导是海洋环境中经常出现的异常大气折射结构。
文献[1]利用无线电观测站资料对全球海域进行了大气波导发生规律的统计，其中蒸发波导发生的高度和强度随纬度、季节、一天内不同时间的变化而变化，一般在低纬度海域、夏季和白天，蒸发波导高度较高。
蒸发波导能够陷获电磁波，这种效应会对雷达的性能产生重要的影响。
传统的雷达性能(威力范围)分析方法依靠经典的雷达方程[2]，但没有充分考虑蒸发波导等异常大气折射结构的影响。
国内开展的相关研究主要偏重于蒸发波导的机制、测量技术方法以及统计规律的调查。
文献[3]研究了蒸发波导的形成以及波导特征量的计算方法。
文献[4]通过试验调查了我国部分海域大气波导发生规律。
文献[5]从原理上研究了大气波导对电磁波传播的影响，但没有进行定量化研究和试验。
本文通过研究蒸发波导对电磁波传播的影响，将电磁波传播的数值模型与雷达信号理论相结合，构建了蒸发波导环境下雷达性能定量评估方法。
1 蒸发波导对雷达异常探测影响评估的模型和方法 1.1 电磁波传播数值模型和解法 1.1.1 电磁波传播的抛物近似数值模型 文献[6-7]从电磁波麦克斯韦方程开始，对电磁波的海姆霍兹波动方程作抛物近似处理，推导得到了电磁波传播的抛物近似数值方程：021(i 2e 222=+−+∂+∂u a z n k u k u x z (1)第1期 黄小毛 等: 蒸发波导环境下雷达超视距性能评估的方法 37式中 为大气折射指数，其中2/100)/(εμμε=n ε为介电常数，μ为磁导系数，下标0为自由空间；a e 为地球半径；z 、x 分别为球地面的高度和距离。
1.1.2 裂步傅里叶数值算法技术方程(1)结合准确的边界条件和初始值，利用步进类型的数值方法求解。
给定处的解，数值解法可以提供所有处的解。
方程(1)中，将看作常数，已知的解为，对于距离增加0x 0x x >22e 12/m n z a =−+0x ),(0z x u x δ量的解为：20(,)exp[i (1)]2ku x x z m x δδ+=−×210{exp[i (,)}2p x F U kδ−−x p (2)同理可以得到的解，数值解的误差与距离增量00(2,),(3,),u x x z u x x z δδ++L x δ有关，将x δ限制在一定的范围内可以求解满足精度的数值解。
上述解法通常依靠快速傅里叶变换(FFT)算法来实现，文献[6-7]给出了数值方程的详细边界条件以及初始场的计算方法，本文不再赘述。
1.2 雷达性能评估模型雷达接收到目标回波大于等于雷达最小可检测信号时，认为雷达能够探测到目标。
依据文献[2,8]，假设雷达接收机性能受到系统噪声的影响，则雷达(收发共置)最小可检测信号以及回波功率分别为： min i 0n 00n 0143.9810lg 10lg()S kT B F D B F D ==−+++0 (3)4r s 4273.4310lg()2t P P F G R fL σ=−++− (4) 式中 n B 为接收机带宽(MHz)，与脉宽τ满足关系：；为接收机噪声系数(dB)；为接收机等效噪声温度； J/K 为波兹曼常数；为发射功率(kw)；τ/1≈n B 0F 0290K T =231038.1−×=k t P σ为目标反射截面积(m 2)；为频率(MHz)；G 为天线增益(dB)；f F 为传播因子(dB)；为系统综合损耗(dB)；为目标斜距(km)；D s L R 0为雷达检测因子，是探测概率和虚警率d P a f P 的函数。
文献[8]给出了详细的探测因子与雷达参数(探测概率、虚警率、脉冲积累数等)和目标参数(波动特征等)的关系，本文不再赘述。
当时，目标能被检测到。
利用传播因子F 、大气中传播损耗以及自由空间传播损失之间的关系：，分别为电磁波单程传播损耗和电磁波在自由空间的单程传播损耗。
设定门限：min r i 0P S −≥s single f 20lg()L L F =−s single f L L 、2single t s 1(135.4310lg()22T P f σ=++−n 0010lg()10lg())B F D −− (5)式中 等号表示临界探测，对应了满足探测概率和虚警率条件下雷达的最远探测距离，由空间网格点上计算得到。
可以证明，与是等价的。
这样可以确定满足条件下雷达对空间所有网格点上目标的最大探测距离，从而评估雷达的性能。
max R single L single single L T ≤min r i 0P S −≥2 试验分析2003年8月31日在大连海域进行了蒸发波导监测和雷达观测的配合试验。
试验使用的雷达为导航雷达RM1070，位置：121°39.8282’E 38°51.7907’N ，天线高度8 m (具体参数为：频率9 400 MHz ；峰值功率10 kw ；脉宽0.3 ；脉冲重频600 Hz ；水平极化；隙缝天线；水平/垂直波束宽度分别为1.3/27°；天线转速25 r/min ；最大量程96 nmi)。
下午13:00监测到蒸发波导高度为18 m 。
μs 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200高度/ma. 单程传播损失空间分布范围/k m 200150100500损耗/d B180160140120P d100G L −高度/m2001501005000 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200范围/kma. 单程传播损失空间分布180160140120损耗/d B损耗/d B6 m 7.5 m 10 m电 子 科 技 大 学 学 报 第36卷38 利用本文模型对标准大气、蒸发波导环境下电磁波传播进行数值计算，分别得到的单程传播损失空间分布如图1a 、2a 所示，图1b 、图2b 则是分别取高度为6、7.5、10、20和40 m 的值得到的传播损失随距离的变化曲线。
可以看出：相对于标准大气环境下，试验的蒸发波导对电磁波传播具有明显地陷获作用，主要表现在波导层内电磁波传播损失衰减普遍较小，6 m 高度的衰减率明显地小于其他高度。
高度/m2001501005000.80.6 0.4 0.2P d 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200范围/kma. 探测概率空间分布P d图3 标准大气，雷达的探测概率假定海面舰船目标RCS 为2 000 m 2，目标慢起伏(蒸发波导条件下的雷达超视距探测，照射到舰船的电磁波只有被陷获的小部分能量，因而目标反射截面将减小)。
