海上微波超视距传播综合机理及与环境要素的映射关系研究

The trans-horizon microwave propagation characteristic in the marine environments is very important for the radio systems, especially the radar and communication systems. Considering the difference between the measured propagation loss and the predicted loss using the present propagation model, our studies are carried out based on the measurement environmental data and the propagation data. Firstly, using the spherical diffraction model, atmospheric duct propagation model, and troposcatter propagation model, the propagation loss data is categorized to three propagation mechanisms, special attentions focus on the propagation data inconsistent with the propagation models. Secondly, considering the synthesized propagation mechanism and the propagation model, comparing the difference between the actual measured propagation loss and the predicted loss, the propagation mechanism can be determined. Thirdly, using the auto encoder network method in deep learning method, the mapping relations of environment factors and the propagation characteristics can be found, the principal factor can be determined. As mentioned above, considering the different propagation mechanisms and propagation models at different environmental condition, the comprehensive microwave trans-horizon propagation method can be realized, which is meaningful to the marine microwave radar, communication and surveillance systems propagation prediction and the effects assessment.

海上微波超视距传播特性对雷达、通信等无线电系统的性能发挥至关重要。针对海上超视距传播实测损耗与模型预测损耗不一致的问题，基于已有的环境和传播测试数据，首先对传播损耗数据按绕射、大气波导、对流层散射机理进行分类，重点研究与现有单一传播机理不符的测试数据。考虑两种或三种机理建立耦合机理预测模型，并与实测数据进行对比，判断超视距传播机理。利用深度学习的自编码网络方法，建立超视距传播特性和海洋大气环境之间的映射关系，提取影响主因子。在超视距机理和模型研究的基础上，考虑不同的大气环境特征因子，探索建立融合多种机理的海上超视距综合传播预测方法，为海上超视距雷达、通信、侦测等系统的应用和效应评估提供技术支撑。

本项目针对海上微波超视距传播机理不明确，预测结果与实测结果不一致的问题，收集和分析了海上超视距的传播特性数据、大气环境数据以及岸基岛礁的地理高程数据，研究了海上超视距传播机理，分析了不同传播机理的信号特点。研究了接收信号衰落深度的定义和计算方法，修订了ITU-R P.680和ITU-R P.682建议。建立了大气水平不均匀性预测模型，结果表明考虑水平不均匀性的大气剖面预测结果与实测结果吻合更好。基于大气湍流结构常数，计算公共散射体的散射特性，研究建立了综合考虑大气折射和对流层散射的L-C模型，该模型在传播路径上考虑大气折射影响。。针对岸基系统，研究了地形对传播特性的影响。研究了超视距传播路径的预测方法，并以大气波导传播为例，给出超视距路径预测的示例。.超视距传播环境数据的获取通过观测和数值预报的手段，预报数据基于数值预报模式WRF获取，并利用探空数据，对数值预报的有效性进行了检验。基于深度学习的方法，研究了海洋大气环境和电波传播特征之间映射关系，确定了影响超视距传播的主要参数即波导综合指数。给出了波导综合指数的具体计算方法，与岸基接收的AIS信号进行对比分析表明波导综合指数能够表征超视距传播状态。.研究了海上微波超视距的综合预测方法，对监测和预报的环境数据、系统参数进行分析，判断是否形成超视距传播，进而选择相应的传播模型进行预测。在传输损耗预测的基础上，对典型的海上超视距无线电系统，如雷达、通信系统性能进行评估，主要给出了针对不同目标类型的雷达发现概率的评估方法。本项目通过研究海上超视距传播机理和模型，提高了海上超视距传播预测精度，为雷达、通信、侦测等无线电系统的设计应用和效应评估提供了技术支撑。