基于蒸发波导环境中的雷达探测性能分析

【摘要】基于电波传播和抛物型方程理论，对电磁波在近海面标准大气及中性层条件蒸发波导的传输损耗进行计算，得出其空间分布状态。对其存在的不足之处进行研究，为雷达系统的探测盲区及覆盖区研究提供了有效可靠的依据。

【关键词】蒸发波导；抛物型方程；雷达探测性能；传输损耗

随着战场通信系统精度及各种微波雷达系统需求的提高，近海面波导环境逐渐成为影响其精度的核心因素。近海面对波导频繁蒸发的现象严重的影响到我国国防突防系统和我国领海通信系统，危及我国的经济建设与国防建设。所以，本文主要研究蒸发波导环境中的电波传播问题，使的沿岸通信设备及雷达系统能发挥出其应该具有的作用。

一、抛物型方程

对于近水平小仰角的蒸发波导环境电波传播问题，可由Helmholtz方程得到近似抛物型方程。该方程也能对非均匀大气环境下的电磁传播问题进行很好的解决，而且稳定性较好。满足地球表面非均匀大气中电波传播的抛物型方程表示为：（1）

式中，ae表示地球半径，z表示空间高度，n表示大气折射指数。该方程对反向散射作用进行忽略，因此方程对近水平方向传播分析比较适用。该方程式的成立还需要满足以下条件：第一，源点和场地点的距离要大于波长，即kx>1；第二，同波长上的au／ax值较小小，也就是u随着x的变化而变化。在长距离电磁传播中这两点是满足的，利用傅立叶分布算法在光滑良导体表面的边界条件基础上，可以对水平变化情况及垂直变化情况进行求解。

二、传输损耗

由于传播的距离及球面波自然扩散的原因导致电磁波的衰减，这种衰减称之为自由空间传输损耗。障碍物及传输媒介对电磁波的吸收、反射、绕射及散射等作用导致的损耗称之为媒介传输损耗。根据电波传输理论，传输电路的基本损耗表示为：表示电波波长，r表示收发天线间的距离。Lb和天线的增益没有任何关系，只是和电路传输的情况相关，因此也成为路径损耗。相对于自由空间传输损耗，衰减因子A主要是计算目标回波功率的参数。根据电波理论可表示为：表示目标反射截面积；R为目标斜距；F表示传播因子；G表示天线增益；Ls表示系统综合损耗。

如果用Simin表示雷达可检测信号的最小功率，那么Pr-S imin≥o时，目标信号可以被检测到。式(5)中，与传播环境密切相关的雷达接收目标回波功率是传播因子F，雷达接收到目（9）

那么当Lb≤T时，目标信号可以被检测到；当Lb=T时，那么就会产生雷达检测的最大距离Rmax。实际上，Lb≤T和PrSimin≥0是相同作用的，其中相等的时候表示临界探测，这样就满足了雷达的最远距离探测。

又式(8)和式(9)可知，也可以通过电波传播的基本损耗Lb对蒸发波导环境中雷达的探测性能进行评估。空间内的随意一点单程传播损耗都可以用抛物型方程及传输损耗理论进行计算得到，因此就可以确定在满足条件是雷达的探测最远距离，以此来对雷达的探测性能进行评估。

对不同发射仰角、天线高度、波导高度的电磁波在中性层条件下的传播，对其在标准大气及蒸发波导中传播的思维表示进行分析对比，可以得到以下结论：

1.在蒸发波导内的雷达天线，高度越低、发射仰角越小，电波就越容易在蒸发波导中传播，雷达的探测能力也会提高。

2.不同于标准大气环境条件下的传播，部分波束在蒸发波导内发生多次发射，即蒸发波导可以使雷达对海面附近的探测能力增强，探测的距离一大大增加。

3.与标准大气环境相比，蒸发波导环境中的雷达波束覆盖的范围更大。在此环境下，雷达对海面的探测面积就有了大幅的增加，并且随着蒸发波导的高度增加，雷达的探测能力也会增强。

4.蒸发波导内，大气会有折射的作用，因此在某一高度内雷达会出现探测盲区，也有可能在水平路径上产生一定的盲区。

参考文献：

[1]赵小龙.蒸发波导中的电磁场分布研究[J].天水师范学院学报，

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[2]赵小龙,黄际英,王海华.蒸发波导环境中的雷达探测性能分析[J].电波科学学报.2006(6).

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