基于海战环境的大气波导观测方法研究

海上作战一旦遇到大气波导,可使船载电子信息系统之间的短波通信距离增大数倍,同时通信距离范围内的部分区域会出现电磁盲区。该文以海上战场环境为背景,阐述了海上大气波导对未来海上作战的重要性。通过对大气波导的形成机制和影响机理进行研究,系统化概括了蒸发波导、表面波导和抬升波导的观测原理及常用观测方法。通过对比分析传统大气波导的观测方法,发现其在观测手段、观测精度、观测范围和观测成本方面存在局限性。基于此,该文提出一种多物理场协同探测的大气波导观测方法,该方法通过集合海上浮标网、船联网、星联网和岸基网等各类观测仪器和设备,可实时获取海上大气参数,构建海上大气波导预报系统。最终,通过该预报系统可实现海上大气波导大范围、高精度、实时性预报,对海上作战掌握制空权具有重要意义。     

基于NPS模型的南海蒸发波导中尺度数值模拟研究

蒸发波导是海上大气波导中发生概率最高、对海上舰艇和岸基雷达探测系统影响最大的一种波导类型,研究意义重大。本文搭建了一种基于NPS诊断模型的新型蒸发波导数值预报模式,对我国南海海域2014年11月1~5日的5 d海上蒸发波导分别进行了数值模拟。利用数值模拟数据与岸基铁塔实测数据分别绘制蒸发波导高度随时间的变化曲线,并进行误差分析,显示模拟结果与实测结果变化规律基本一致,统计计算这5 d的蒸发波导高度平均误差为1.289 m。这表明了本模式的可行性及其存在的模拟偏差。此外,利用本预报模式对南海海域2011年整年的蒸发波导进行了数值模拟,得到了12个月的蒸发波导时空分布特征,分析总结的规律与其它文献的研究结论基本一致。     

舰载对海雷达大气波导盲区评估及其补盲措施研究

大气波导是发生在对流层大气中的一种异常折射现象,它能够改变电磁波的正常传播特性,使电磁波传播能量重新分布,可以实现舰载对海雷达的超视距探测,同时也会产生舰载对海雷达的大气波导盲区。文中利用雷达电磁波探测概率分布法评估计算大气波导条件下雷达的盲区分布,针对不同频率雷达受大气波导的影响,分别分析了S、C、X波段雷达在不同波导环境下的盲区分布,给出大气波导条件下舰载对海雷达的补盲措施,为充分利用海上大气波导环境,指导舰船在航行训练过程中发挥雷达的作战效能,提供技术支持。     

水平非均匀性蒸发波导诊断及其对雷达探测的影响

蒸发波导是发生在海气边界层的一种异常折射现象,因为其分布广、发生概率大,所以被认为是对海上电子装备影响最为显著的波导类型。然而由于其形成机制复杂,且在近岸地区存在水平不均匀性,使得目前非均匀蒸发波导的诊断及其应用还未能落实到实际工作中。针对这一现状,首先利用G L Geernaert的方法修正了Monin-Obukhov相似理论,将其扩展到海洋大气表面边界层不均匀条件下;其次在Babin模式的基础上引入张强普适函数的非线性修正因子与阵性风速,从而将蒸发波导诊断模式的适用范围拓展到近海沿岸地区和甚低风速条件下。并在此基础上研究了蒸发波导水平非均匀性对雷达探测的影响,得到了水平非均匀蒸发波导能够改变均匀波导环境下雷达的探测距离及其盲区的分布。     

近岸陆地与海面风速关系分析研究

分析了近岸陆地与海上风速同步观测资料(1989年5—12月),发现海上风速与陆上风速之比并非总大于1。海、陆风速之比值不仅有明显的日变化,也随季节不同而异。进一步研究指出,海、陆风速比值是陆地地面粗糙度、大气稳定度、测站离岸线距离以及海面风速等因素的函数。利用大气边界层的理论和已有实验结果解释了海、陆风速比值的观测事实,并给出了该比值变化规律的一些定性结论。     

寒潮过程和海洋锋面影响南海西北部大气波导演变的个例分析

文章利用2012年冬季南海西北部的航次探空资料, 研究了寒潮过程和海洋锋面对大气波导特征演变的共同影响。文中观测发现, 航次期间的大气波导以悬空波导为主, 平均波底高度约738.64m, 平均厚度约185.17m, 平均强度10.21M单位。观测前期, 天气形势稳定, 东北季风较弱, 在锋面暖水区一侧的悬空波导较为深厚, 且高度较低。其主要成因是大气边界层顶部925hPa至850hPa高度左右存在深厚的逆温层, 且具有显著的日变化特征。航次中期的寒潮过程导致东北季风大幅增强, 使得大气边界层顶部的逆温层被破坏, 从而导致悬空波导显著变薄变弱。而锋面冷水区一侧, 低水温抑制湍流发展导致大气修正折射率(M)的负梯度扰动较弱, 较难形成稳定且有一定强度的波导层, 且无显著日变化。但当东南暖湿气流覆盖锋面冷水区上空时, 容易形成较稳定的表面波导。     

蒸发波导条件下风速风向对电磁波传播的影响

海洋蒸发波导是重要的军事敏感要素,严重影响着海上电磁波的传播。风向、风速是决定蒸发波导强弱的重要因素,为精确模拟蒸发波导条件下的电磁波传播,准确评估预报雷达、通信等电子设备的性能,文中利用抛物线方程模型,结合粗糙度参数和蒸发波导条件下大气修正折射指数廓线模型来求解电磁波波动方程,基于电磁波传播的数值模拟结果,重点研究蒸发波导条件下风速和风向对电磁波传播的影响。并得到如下结论:在同一传播距离处,风速越大,海面粗糙度越大,海面电磁波传播损耗就越大;当电磁波传播方向与风向夹角为0°时,其传播路径损耗远远大于在45°或90°条件下,即顺风条件下电磁波传播损耗大于侧风。     

基于ECMWF数据的中国近海低空波导特征研究

基于1988-2017年高分辨率的欧洲中尺度天气预报中心再分析数据,本文对中国近海的低空大气波导进行了统计分析.结果表明:该海域整体大气波导概率为22％,其中悬空波导占60％以上;春季最容易发生大气波导,其次是夏季、秋季和冬季.区域时空分布上,中国近海大气波导特征具有明显的月变化和区域分布特征.大气波导发生概率北部海域...     

波浪涌动机®通讯中继在海上应急协同组网监测中的应用

如何突破海气界面的通讯壁垒,将地球上层大气的卫星遥感观测/光电通讯与地球底层水体中的海底节点观测/水声通讯连接起来,成为在垂向上认识海洋,实现海洋数据观测和实时传输的关键。而波浪涌动机~?由于机动灵活、能够长时间进行海上无人值守,即可作为海洋观测的通信中继,又可作为海上无人移动监测平台进行多台组网协同作业,特别是在构建小卫星应急组网监测的空天一体化建设中,为我国领海内的权益岛礁和海上溢油预警监测提供了一种全新的监测手段。本文将对基于北斗数据链的波浪涌动机~?在我国未来海上应急组网观测建设中的优势特点和应用场景进行详细阐述,供相关学者参考。     

利用卫星数据反演海洋蒸发波导的研究

海洋蒸发波导是海洋大气中的一种异常折射结构,通常是由观测站点的传感器数据计算得出。但这种方法只能得到单点的海洋蒸发波导,无法满足我们对大范围海域的海洋信息需求。文中提出了一种利用卫星遥感数据反演海洋蒸发波导的方法,并利用观测站点的数据对反演结果进行订正,从而得到了完整的大面积海区蒸发波导环境。     

蒸发波导环境下风浪对电磁波传播影响的数值模拟研究

蒸发波导是一种特殊的大气波导,在其中传播的电磁波信号会被陷获在近海大气层中,实现超视距传播。受海表面温度、湿度、风速、微波频率等因素的影响,海洋蒸发波导环境中的微波传播特性起伏变化很大,规律十分复杂。以往的工作主要通过计算这些气象因素对蒸发波导条件下大气折射率剖面的影响来分析它们对路径损失的作用,其结果与实验数据仍有较大差异。本文在一定的蒸发波导条件下,利用一维分形海面模型产生海面“地形”,将其作为抛物方程电磁波传播模型的边界条件进行计算,得到相应的路径损失,并与传统计算方法进行对比,分析了不同蒸发波导高度、不同频率及不同接收天线高度时的数值模拟情况,可为舰艇通信系统或者雷达系统的设计提供相应的依据。     

基于水下绞车的实时传输潜标研制及海上试验

针对“透明海洋”工程对水下实时、长期、连续观测的迫切需求,开展基于水下绞车的实时传输潜标研制。该型潜标采用水下绞车牵引卫星通信浮标的方式,将潜标上搭载的测量仪器观测数据通过铠装通信缆传输到卫星通信浮标,当卫星通信浮标浮出水面时,再通过卫星通信传输至数据接收处理装置,完成数据传输后,水下绞车牵引卫星通信浮标至海面以下50 m,从而实现潜标系统的实时传输功能。本文详细介绍了基于水下绞车的实时传输潜标系统设计及关键组部件设计,并通过海上试验验证了该型潜标海上应用的可行性。     

利用北斗短信功能实现海上测量信息的回传

目前,海上试验的测量设备日趋增多,其测量信息对试验进程至关重要,必须对其进行监测.但常用的数传电台、GSM及无线网络等通信方式作用距离较短、保密性较差,无法满足信息回传的需要.为此,基于北斗卫星定位系统的短信功能,提出陆基方案(软件方案)和海基方案(硬件方案),其作用距离不受限制,十分适用于海上试验,从而很好地解决了海...     

基于北斗短报文的海洋观测实时通信系统的设计与研发

北斗一代和北斗二代短报文每次通信数据长度只有78个字节，每次通信后间隔60秒或者300秒才能进行下一次通信，远远满足不了海洋观测实时通信的需求。设计了一套基于北斗短报文的海洋观测实时通信系统，北斗多卡机作为数据发送端，采用哈夫曼压缩算法将观测数据压缩后分成多个数据包，通过多个北斗卡分别发送，岸站接收系统接收到分包的数据后，将接收的数据包解压缩并整合成完整的观测数据。哈夫曼压缩算法将观测数据压缩50%左右，将1组观测数据压缩后发送3次，通过岸上3个月和海上1个月的测试，观测数据接收成功率达到了96%以上，验证了基于北斗短报文的海洋观测实时通信系统的可行性和实用性。     

基于LoRa的海洋多功能信标组网及特性研究

针对目前海洋观测网络通信距离、功耗、复杂度、抗干扰能力、成本之间的矛盾,提出了一种基于LoRa(long range)的海洋多功能信标组网观测系统。通过运用新型的LoRa调制技术,采用星型链路网络对多功能信标进行组网设计,并结合北斗通信,构建了一套覆盖范围广、功耗低,组网简单,抗干扰性强的海洋监测网络系统,能够有效实现近海和远海的全范围覆盖,同时降低了组网的成本。通过对多功能信标的低功耗设计,可有效降低信标功耗,延长了工作周期。通过室内和室外的模拟实验,验证了组网通信的有效性,以及远距离传输数据特性,为信标的升级设计和海洋组网观测打下了基础。     

基于BP神经网络的高频地波雷达海流空间插值

高频地波雷达是海洋环境监测的重要手段,当前已经实现对海流的业务化观测,但是外部因素常引起海流空间探测的不连续性。为解决此问题,尽量保障区域数据的完整性和准确性,本文将BP神经网络技术与空间插值相结合,建立了海流的BP神经网络插值模型,并进行了针对实测数据的缺失插值仿真,通过与反距离权重法和线性插值法插值结果的对比,分析该模型在区域海流大面积缺失、流速整体较大和流速整体较小3个方面的性能。结果表明,BP神经网络插值模型的海流预测效果明显优于其他两种方法,且在流场数据大范围缺失下也取得了良好的效果。     

多参数海洋浮标实时采集系统的设计

提出了一种深海浮标实时数据采集的设计方案。该方案基于数据库和卫星通信技术,通过多通道数据采集,能够实现深海环境要素的实时获取,完成在无人值守状态下浮标周围海域的环境监测,有助于推动特定海域海洋环境的研究。