亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于氣象數(shù)據(jù)的南海夏季蒸發(fā)波導(dǎo)分析及低空補盲方法

        2020-12-21 04:32:10王玲玲
        雷達與對抗 2020年4期

        周 亮,張 寧,王玲玲

        (中國船舶集團有限公司第八研究院,南京 211153)

        0 引 言

        雷達對低空目標(biāo)的探測性能會受到對流層大氣影響。[1]標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中的溫度、壓力、水汽壓隨著高度增加而下降,但局部地區(qū)偶爾會出現(xiàn)溫度隨高度增加而增加的現(xiàn)象,即出現(xiàn)逆溫層。[2-3]當(dāng)溫度垂直梯度>-8.5 ℃/100 m或濕度垂直梯度<-2.9 mb/100 m時會產(chǎn)生大氣波導(dǎo),其中的電磁波傳播會出現(xiàn)傳播路徑彎曲現(xiàn)象,稱為大氣折射效應(yīng)。[4-7]電磁波能夠在大氣波導(dǎo)層中進行穩(wěn)定傳播,甚至能夠超過雷達的視距范圍。[8-11]因此,國內(nèi)外對大氣波導(dǎo)展開了大量的研究,主要采用拋物方程模型和射線追蹤模型來評估雷達的視距內(nèi)干涉盲區(qū)的位置、寬度等參數(shù)。這些研究主要是在特定大氣波導(dǎo)環(huán)境中進行分析的,其導(dǎo)出的結(jié)論與雷達的工作頻率、雷達架高和目標(biāo)高度等要素有關(guān),且沒有給出實際大氣波導(dǎo)環(huán)境的應(yīng)對方法。

        針對以上問題,本文選取蒸發(fā)波導(dǎo)出現(xiàn)概率最高地區(qū)(南海沿海地區(qū))和季節(jié)(夏季)的氣象數(shù)據(jù)進行分析,并通過拋物方程模型對電磁波傳播特性展開仿真分析。結(jié)果表明,在出現(xiàn)較強的蒸發(fā)波導(dǎo)時低空電磁波會被陷獲在波導(dǎo)層中,對海威力出現(xiàn)顯著增程,但對于掠海低空飛行的目標(biāo)而言其探測威力卻和標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境相似,也就是說蒸發(fā)波導(dǎo)的出現(xiàn)不一定改善低空目標(biāo)的探測性能。為了解釋這一現(xiàn)象,在不同工作頻率上展開進一步分析,得到蒸發(fā)波導(dǎo)對探測性能改善所具有的不確定性,并給出相應(yīng)的應(yīng)對方法:當(dāng)波導(dǎo)強度過大時應(yīng)采用多頻率聯(lián)合處理來抑制波導(dǎo)產(chǎn)生的陷獲盲區(qū)和波導(dǎo)外部的多徑干涉盲區(qū)。這對于低空突襲目標(biāo)的超視距預(yù)警探測具有重要的研究意義。

        1 南海島礁夏季的氣象數(shù)據(jù)分析

        蒸發(fā)波導(dǎo)在南海沿海地區(qū)的出現(xiàn)概率較高,夏季是波導(dǎo)出現(xiàn)最頻繁、分布最廣的季節(jié)。因此,研究該環(huán)境中的雷達探測性能,分析電磁波在海面蒸發(fā)波導(dǎo)中衰減因子隨距離、高度和頻率變化對超視距雷達設(shè)備性能提升具有研究價值。

        圖1 南海島礁觀測站夏季的實測氣象數(shù)據(jù)

        由實測數(shù)據(jù)可以看出,海上環(huán)境中的氣壓、海溫具有較明顯的周期性。海面溫度主要受日照影響,存在上午升高下午降低的特點。海溫和氣溫影響著海面水汽蒸發(fā)量,改變海面上方的大氣濕度,而大氣濕度又會影響海面上方的大氣壓強。由于海溫較穩(wěn)定而氣溫變化較大,海面和大氣之間出現(xiàn)熱交換并產(chǎn)生空氣對流,風(fēng)速在時間上沒有顯著的規(guī)律。

        由于觀測數(shù)據(jù)量較大,首先采用無監(jiān)督聚類的方法進行分析,在大量觀測數(shù)據(jù)中尋找典型的氣象環(huán)境,用類別中心來進行表示。聚類分析能夠顯著降低樣本的數(shù)據(jù)量,并統(tǒng)計出相似環(huán)境的發(fā)生概率。選擇Kmeans聚類算法進行分析,設(shè)置初始類別數(shù)為24,迭代后可以得到典型的24種環(huán)境數(shù)據(jù),如表1所示。

        選擇對蒸發(fā)波導(dǎo)影響較大的3個參數(shù),即數(shù)據(jù)的氣溫、海溫和濕度并繪制出來,如圖2所示??梢钥闯?,聚類后的數(shù)據(jù)已經(jīng)形成簇狀,數(shù)據(jù)之間仍存在部分交疊,這是因為其在另外的2個維度上存在差異。

        表1 無監(jiān)督聚類后的類別中心

        圖2 不同類別中心對應(yīng)的氣溫、海溫數(shù)據(jù)分布

        將聚類產(chǎn)生的24種環(huán)境參數(shù)(屬于相同類數(shù)據(jù)的平均值)代入蒸發(fā)波導(dǎo)(PJ)模型,計算得到不同氣象環(huán)境對應(yīng)的蒸發(fā)波導(dǎo)剖面,如圖3所示。結(jié)果表明,南海夏季在各時段內(nèi)均存在強弱不同的蒸發(fā)波導(dǎo),在白天和夜晚的時間段上均會出現(xiàn)。

        圖3 AREPS軟件中PJ模型計算得到的 大氣折射率剖面

        2 南海夏季不同氣象時的雷達探測效能分析

        假設(shè)雷達工作頻率為9 GHz,天線增益為40 dB,架高為18 m,脈沖峰值功率為10 kW,脈寬為20 μs,采用3脈沖非相參積累,目標(biāo)雷達散射截面為2 m2,虛警概率為10-6。將蒸發(fā)波導(dǎo)剖面依次代入電波傳播模型、雷達方程模型和Shnidman方程,得到電磁波傳播路徑損耗、回波信噪比和目標(biāo)檢測概率。目標(biāo)檢測概率的空間分布偽彩圖如圖4所示,排序方式為從左至右、從上到下。

        結(jié)果表明,即使存在較強的蒸發(fā)波導(dǎo),采用X波段雷達對掠海飛行(30~50 m)的低空目標(biāo)進行探測時出現(xiàn)顯著威力增程的概率很低。也就是說,蒸發(fā)波導(dǎo)存在的大部分時間內(nèi)都沒有帶來雷達探測性能的提升。大體上可以看出,雷達探測性能可以分為3種情況,第1種是沒有明顯的性能提升,如第1類和第2類所示;第2種是顯著增強波導(dǎo)附近(高度<30 m)的探測威力,對海目標(biāo)的探測威力得到有效提升,但波導(dǎo)頂部的探測威力沒有明顯的性能提升,雷達威力對于目標(biāo)高度較為敏感,如第3類所示;第3種是顯著提升了目標(biāo)的低空探測性能,如第16類、第19類、第23類和第24類所示,低空目標(biāo)的探測威力能夠超過50 km。

        圖4 24類氣象數(shù)據(jù)對應(yīng)的目標(biāo)檢測概率

        不同氣象環(huán)境的雷達探測性能對比說明:在出現(xiàn)陷獲能力較強的蒸發(fā)波導(dǎo)時雷達對掠海目標(biāo)的探測威力增程卻不一定最優(yōu)。但是從理論上來講,相同強度的蒸發(fā)波導(dǎo)中電磁波的陷獲性能與工作頻率存在正相關(guān),兩者之間似乎存在矛盾。為了解釋這個現(xiàn)象,從雷達的工作載頻出發(fā),分析相同氣象環(huán)境中頻率對目標(biāo)探測性能的影響。假設(shè)氣象環(huán)境為類別1,工作頻率1~12 GHz雷達的目標(biāo)探測性能如圖5所示,排序方式為從左至右、從上到下。

        圖5 氣象類別1中工作頻率為1~12 GHz時的目標(biāo)探測概率

        結(jié)果表明,1~3 GHz范圍內(nèi)隨著頻率的增加,第1波瓣逐漸向地面彎曲;在4~5 GHz時對于100 m以下的海面目標(biāo)及低空目標(biāo)而言,雷達探測威力顯著增程,能夠很好地實現(xiàn)超視距目標(biāo)預(yù)警;在6~8 GHz時蒸發(fā)波導(dǎo)將第1個干涉波瓣陷獲在波導(dǎo)內(nèi),有利于海面目標(biāo)的探測預(yù)警,但對于低空目標(biāo)而言幾乎沒有多少威力增程;在9 GHz工作頻點時,探測威力卻和S波段幾乎相同,波導(dǎo)內(nèi)部的第1個干涉波瓣由于彎折向海面而被海面散射到各個方向,導(dǎo)致波導(dǎo)內(nèi)也沒能形成穩(wěn)定的威力增程;在10~11 GHz時蒸發(fā)波導(dǎo)開始逐漸陷獲第2個干涉波瓣,同時波導(dǎo)內(nèi)的第1個干涉波瓣也隱約可見,此時蒸發(fā)波導(dǎo)有利于低空目標(biāo)的穩(wěn)定探測。

        3 蒸發(fā)波導(dǎo)環(huán)境中的低空補盲方法

        通過繪制的蒸發(fā)波導(dǎo)剖面、對比目標(biāo)探測分布圖隨氣象環(huán)境及工作頻率的變化可知,南海夏季已經(jīng)形成了較強的蒸發(fā)波導(dǎo),能夠陷獲X波段雷達的第1波瓣。因此,減少蒸發(fā)波導(dǎo)對電磁波的陷獲效應(yīng)可以有效改善低空目標(biāo)探測的空間覆蓋,最佳的狀態(tài)是電磁波在蒸發(fā)波導(dǎo)頂層出現(xiàn)泄漏則能夠很好地覆蓋不同的目標(biāo)高度。

        根據(jù)電磁波的干涉原理,入射波和反射波的路徑差會導(dǎo)致相位差,從而形成了波瓣之間的盲區(qū)。以不同頻率間零極點對齊作為出發(fā)點,可以推導(dǎo)出低空目標(biāo)探測的補盲策略。由于掠入射時的反射系數(shù)接近-1,導(dǎo)出第m個相長處的相位差和第n個相消處的相位差為

        (1)

        對主工作頻率f1而言,第n個盲區(qū)的補盲頻率f2可以選擇為

        (2)

        根據(jù)不同氣象環(huán)境中的探測威力可知,對第1個和第2個盲區(qū)進行補盲就足夠了,即工作頻率為9 GHz時采用4.5 GHz和6.75 GHz兩個配合補盲頻點。由于配合補盲頻點與主工作頻點之間相差較大,可以采用X波段雷達和C波段雷達聯(lián)合探測的方式進行,3頻點聯(lián)合檢測時的探測概率為

        Pd=1-(1-Pd1)(1-Pd2)(1-Pd3)

        (3)

        將聯(lián)合檢測的檢測概率繪制在圖6中(排序方式為從左至右、從上到下)。對比圖4可以看出,雷達對低空目標(biāo)的探測概率大幅提升,空間分布變得更加均勻,有利于超視距低空小目標(biāo)的遠程預(yù)警和穩(wěn)定跟蹤。多頻點聯(lián)合處理后的結(jié)果對氣象參數(shù)的敏感程度也顯著降低,單次檢測概率在0.6~0.8的區(qū)域的聯(lián)合檢測概率也提升至0.9,探測的穩(wěn)定性也會得到有效提升。

        圖6 24類氣象數(shù)據(jù)3頻點聯(lián)合檢測的目標(biāo)檢測概率

        4 結(jié)束語

        基于南海夏季實測氣象數(shù)據(jù),聚類后獲得了24種典型的氣象環(huán)境及其對應(yīng)的折射率剖面。通過雷達性能評估,說明了陷獲能力較強的蒸發(fā)波導(dǎo)能產(chǎn)生顯著的大氣折射,但此時低空目標(biāo)的探測威力沒有得到顯著提高。采用頻率分析的方法解釋了這一現(xiàn)象,并通過3頻點聯(lián)合處理提升了探測的穩(wěn)定性和雷達威力。這對于超視距雷達的設(shè)計而言具有一定的工程應(yīng)用價值。

        少妇人妻真实偷人精品视频| 久久麻豆精亚洲av品国产精品| 亚洲一区二区三区免费av| 日韩乱码中文字幕在线| 少妇久久久久久被弄高潮| 99久久精品国产一区二区| 爱情岛论坛亚洲品质自拍hd| 亚洲永久无码动态图| 欧美成人a在线网站| 日本中文字幕一区二区在线观看| 久久熟女少妇一区二区三区| 欧美性受xxxx黑人猛交| 国产av无码专区亚洲av蜜芽| 青青草原综合久久大伊人| 亚洲一区中文字幕在线电影网| 久久AⅤ无码精品色午麻豆| 亚洲中文字幕乱码一二三| 波多野结衣久久精品99e| 熟女人妻在线视频| 亚洲肥老熟妇四十五十路在线| 亚洲最大av免费观看| 国产优质av一区二区三区| av人摸人人人澡人人超碰下载| 精品日韩欧美一区二区在线播放 | 韩国19禁主播深夜福利视频| 色爱无码A V 综合区| 蜜桃一区二区免费视频观看| 在线观看高清视频一区二区三区| 三级全黄裸体| 欧美激情内射喷水高潮| 国产呦系列视频网站在线观看 | www国产亚洲精品| 三上悠亚久久精品| 无码av在线a∨天堂毛片| 国产精品亚洲av国产| 日本系列中文字幕99| 日本乱偷人妻中文字幕在线| 亚洲欧美性另类春色| 久久人妻少妇嫩草av蜜桃| 又粗又硬又大又爽免费视频播放 | 国产在线一区观看|