白璐 張沛 吳振森 郭立新
(1.西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院,西安 710071;2.西安電子科技大學(xué)信息感知技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心,西安 710071)
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海上對流層大氣波導(dǎo)頂部電磁盲區(qū)研究
白璐1,2張沛2吳振森1,2郭立新1,2
(1.西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院,西安 710071;2.西安電子科技大學(xué)信息感知技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心,西安 710071)
摘要用射線追蹤法,分析了蒸發(fā)波導(dǎo)和表面波導(dǎo)頂部電磁盲區(qū)的分布特性.討論了影響盲區(qū)面積大小的影響因素,仿真結(jié)果表明:波導(dǎo)頂部盲區(qū)位置隨天線高度增加而遠(yuǎn)離發(fā)射天線的位置,隨波導(dǎo)強(qiáng)度增大而接近發(fā)射天線位置;而頂部盲區(qū)面積主要隨波導(dǎo)頂高變化.從陷獲射線數(shù)目來看,表面波導(dǎo)對電波陷獲能力要強(qiáng)于蒸發(fā)波導(dǎo),且兩者均在波導(dǎo)層底部陷獲效果最佳.最后給出了頂部盲區(qū)面積的近似計(jì)算式.
關(guān)鍵詞大氣波導(dǎo);電磁盲區(qū);射線追蹤
引言
多年的實(shí)測數(shù)據(jù)顯示,海上對流層大氣波導(dǎo)在我國各海域常年發(fā)生,且有著相當(dāng)高的發(fā)生概率[1-2].大氣波導(dǎo)在形成超視距傳播[3]的同時,也將改變電波的正常傳播軌跡,使得電波在正常大氣下能夠傳播覆蓋的范圍可能無法到達(dá),形成新的電磁盲區(qū);或影響盲區(qū)的起始位置,改變盲區(qū)的分布特性.由于大氣波導(dǎo)多發(fā)于海上低空區(qū)域,因而對大氣波導(dǎo)電磁盲區(qū)的研究于海上低空突防與預(yù)警反突防問題有著重大的意義.
近十年來,焦林、張永剛基于拋物方程法的傳播損耗計(jì)算,提出了確定波導(dǎo)盲區(qū)位置的方法,并結(jié)合中尺度預(yù)報(bào)模式開發(fā)了相應(yīng)的盲區(qū)預(yù)測系統(tǒng)[4].左雷等分析了海上波導(dǎo)盲區(qū)對于海上低空突防與反突防的影響與意義[5].康士峰等提出一種天線高度的優(yōu)化方法,對盲區(qū)的分布特性展開了一定的分析[6].張潔寒等基于射線追蹤法,直觀地分析了蒸發(fā)波導(dǎo)盲區(qū)分布特性及形成機(jī)理[7].但總體來說,目前國內(nèi)在盲區(qū)的定量分析上的研究還處于起步階段.本文嘗試通過在傳統(tǒng)射線追蹤法的基礎(chǔ)上,引入對射線傳播數(shù)據(jù)的判定、分類、提取處理,定量分析大氣波導(dǎo)頂部盲區(qū)的位置及面積的影響因素,并嘗試給出便于快速計(jì)算的盲區(qū)面積近似表達(dá)式.
1基礎(chǔ)理論
射線追蹤法基于幾何光學(xué)理論,通過Snell公式,可以直觀地追蹤電波在空間中的傳播軌跡,反映不同影響因素下電波的傳播特性,有助于從電波傳播機(jī)理上確定盲區(qū)的分布特性.在海上大氣波導(dǎo)傳播中,陷獲電波的初始仰角一般都在零度附近,因此,文中采用泰勒級數(shù)近似模式[8-9].
采用中性層結(jié)的Paulus-Jeske(P-J)模型[10]作為蒸發(fā)波導(dǎo)的修正折射率剖面模型,其表達(dá)式為
M(z)=M0+0.125z-0.125HDln[(z+
z0)/z0].
(1)
式中: z為海面以上的垂直高度; z0為空氣動力學(xué)粗糙度因子,通常取1.5×10-4m; M0為海面處大氣修正折射率,取350M; HD為蒸發(fā)波導(dǎo)高度(EvaporationDuctHeight,EDH).采用四參數(shù)三折線模型來表示表面波導(dǎo)的修正折射率剖面:
M(z)=
M0+k1z 0≤z≤HBM1+k2(z-HB) HB (2) 式中: HB和HD分別表示表面波導(dǎo)基礎(chǔ)層高度和波導(dǎo)層厚度; k1和k2分別表示波導(dǎo)基礎(chǔ)層斜率和波導(dǎo)層斜率; M1=M0+k1HB; M2=M1+k2HD.表面波導(dǎo)的波導(dǎo)強(qiáng)度(DuctIntensity,DI)可以表示為M1和M2差值的絕對值. 圖1中(a)為所計(jì)算的表面波導(dǎo)的修正折射率剖面,(b)為射線追蹤程序計(jì)算結(jié)果,其設(shè)定最大計(jì)算高度為500 m,最大傳播距離為300 km.發(fā)射天線仰角范圍為[-1°,1°],射線間隔為0.005°,發(fā)射射線總數(shù)為401根.對于海上低空突防與反突防問題來說,頂部盲區(qū)的位置以及其面積大小都具有較高的研究價值.文章通過如下方法獲得蒸發(fā)波導(dǎo)和表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)的相關(guān)信息.該方法具體步驟描述如下: (a) 計(jì)算所用修正 (b) 射線追蹤方法 折射率剖面 計(jì)算結(jié)果圖1 表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)的射線追蹤計(jì)算的電波軌跡 1) 對應(yīng)于不同波導(dǎo)類型,輸入大氣環(huán)境參數(shù),獲得折射率剖面數(shù)據(jù); 2) 確定計(jì)算范圍:最大傳播距離Xmax,最大傳播高度Hmax,高度步進(jìn)值h,發(fā)射天線高度Ht,以及發(fā)射天線初始發(fā)射仰角及射線仰角間隔,判斷是否符合陷獲傳播機(jī)制的先決條件,滿足則進(jìn)入下一步; 3) 根據(jù)Snell定律的二階泰勒近似模式對射線進(jìn)行追蹤,獲得每一根射線的傳播軌跡; 4) 對符合先決條件的電波判斷其實(shí)際陷獲情況并分類,提取出射射線的離散數(shù)據(jù)[rn,xni,yni],其中,rn表示第n條出射射線,總數(shù)記為N,xni和yni分別表示第n條曲線上對應(yīng)于第i個步進(jìn)點(diǎn)處的橫縱坐標(biāo)值; 6) 計(jì)算表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)S部分面積:如圖1(b)所示,可根據(jù)臨界角對應(yīng)出射射線和波導(dǎo)頂高確定距離范圍,其面積表達(dá)式可寫作 S= 12∑YP2YP1(yi+1+yi)(xi+1-xi)é?êêù?úú- YP1(XP2-XP1). (3) 式中:xi、xi+1、yi、yi+1分別表示相鄰步進(jìn)點(diǎn)的坐標(biāo)值. 2正常大氣與大氣波導(dǎo)頂部盲區(qū)對比 圖2(a)、(b)、(c)中,分別為標(biāo)準(zhǔn)大氣、蒸發(fā)波導(dǎo)和表面波導(dǎo)的射線追蹤計(jì)算結(jié)果,三者天線高度均設(shè)為5 m,蒸發(fā)波導(dǎo)高度為10 m,表面波導(dǎo)基礎(chǔ)層和波導(dǎo)層均為20 m. 從圖2(a)可以看出,在標(biāo)準(zhǔn)大氣下,不存在波導(dǎo)陷獲層,所有電波最終都向上射出計(jì)算區(qū)域.盲區(qū)位置的起始由最外部出射射線決定,在計(jì)算高度范圍內(nèi),沿著該射線從水平距離10 km處(海面位置)到水平距離100 km處(最大計(jì)算高度)以外均為電磁盲區(qū)范圍.而大氣波導(dǎo)的出現(xiàn)使得盲區(qū)的分布不同于標(biāo)準(zhǔn)大氣情況下. 對于蒸發(fā)波導(dǎo)而言,在海面到蒸發(fā)波導(dǎo)高度10 m的高度范圍內(nèi),形成波導(dǎo)陷獲層,使得該區(qū)域原本的電磁盲區(qū)消失;而對出射射線而言,蒸發(fā)波導(dǎo)使得出射射線在每個步進(jìn)處角度發(fā)生變化,從而改變其傳播軌跡,在最大計(jì)算高度500 m處,盲區(qū)的起始位置位于130~140 km之間,明顯遠(yuǎn)于標(biāo)準(zhǔn)大氣的盲區(qū)起始位置. 表面波導(dǎo)相較于蒸發(fā)波導(dǎo),有著更大厚度的波導(dǎo)陷獲層,意味著近海面更大高度范圍內(nèi)的電磁盲區(qū)消失,該高度理論上是表面波導(dǎo)基礎(chǔ)層和波導(dǎo)層高度之和,不過實(shí)際上,由于射線傳播的多徑效應(yīng),存在一定數(shù)量的不規(guī)則區(qū)域電波射線無法到達(dá).而對于頂部盲區(qū)起始位置,表面波導(dǎo)和蒸發(fā)波導(dǎo)一樣將改變出射射線的傳播軌跡,在圖2(c)中,最大計(jì)算高度處,盲區(qū)從90 km左右開始,較之標(biāo)準(zhǔn)大氣的情況水平位置提前了近10 km. (a) 標(biāo)準(zhǔn)大氣 (b)蒸發(fā)波導(dǎo) (c) 表面波導(dǎo)圖2 標(biāo)準(zhǔn)大氣與大氣波導(dǎo)射線追蹤計(jì)算電波軌跡 由以上分析可知,大氣波導(dǎo)的出現(xiàn),將明顯改變標(biāo)準(zhǔn)大氣下原有電磁盲區(qū)分布,使得較長距離范圍之內(nèi)波導(dǎo)陷獲層內(nèi)原有電磁盲區(qū)消失,而原本頂部盲區(qū)的起始位置隨大氣波導(dǎo)的性質(zhì)發(fā)生變化,前后移動. 3蒸發(fā)波導(dǎo)頂部盲區(qū)分析 根據(jù)P-J模型,可以將HD視為蒸發(fā)波導(dǎo)模型的唯一變量.表1(HD=40 m)、表2(HD=20 m)研究了HD固定時蒸發(fā)波導(dǎo)頂部盲區(qū)隨Ht的變化特性,表3(Ht=5 m)、表4(Ht=10 m)研究了Ht固定時頂部盲區(qū)隨HD的變化特性. 表1蒸發(fā)波導(dǎo)頂部盲區(qū)分布隨Ht的變化(HD=40 m) Ht/mN/根XP1/kmXP2/kmS/km2532242.5166166.992716.22101034637.4959154.782416.12251535847.3797172.679116.22962037070.9901210.386616.30252537853.1534177.264916.21703038661.7885188.294416.24143539484.0670219.018516.301239400134.3721280.097416.3384 表2 蒸發(fā)波導(dǎo)頂部盲區(qū)分布隨Ht的變化(HD=20 m) 表3 蒸發(fā)波導(dǎo)頂部盲區(qū)分布隨HD變化(Ht=5 m) 表4 蒸發(fā)波導(dǎo)頂部盲區(qū)分布隨HD變化(Ht=10 m) 觀察表1、表2數(shù)據(jù),隨著Ht的逐漸增大,N逐漸增大,即陷獲射線數(shù)量減少,當(dāng)天線接近波導(dǎo)層頂部時,只有少數(shù)射線實(shí)現(xiàn)陷獲,陷獲性能相當(dāng)微弱.可見對于蒸發(fā)波導(dǎo),隨著Ht增大,陷獲減弱,發(fā)射天線處于波導(dǎo)底部陷獲效果最好.XP1與XP2隨著Ht的增加,呈整體逐漸增加趨勢,也就是說,Ht越高,頂部盲區(qū)位置就越遠(yuǎn);且兩者的變化幅度保持著較好的一致性,XP2與XP1的差值即S的水平距離范圍,在良好陷獲的前提下,保持在120~130 km的范圍內(nèi).S的面積幾乎不隨Ht的變化而改變,S的變化幅度在1%左右,可認(rèn)為S對Ht的變化不敏感. 由表3、表4數(shù)據(jù)可知:隨著HD的逐步增大,N逐漸減小,即陷獲射線數(shù)目增加,陷獲性能增強(qiáng);從位置關(guān)系上看,保持Ht不變,HD越大,也意味著發(fā)射天線越接近波導(dǎo)層底部,陷獲越強(qiáng),這與表1所得出的結(jié)論是一致的[11];XP1與XP2隨HD變化的趨勢并不明顯,但XP2-XP1的變化基本呈逐漸增加的趨勢,即盲區(qū)S的距離范圍在增大,相應(yīng)的,S的面積隨著HD的增大而緩慢增大,變化幅度在5%左右.值得注意的是,由于蒸發(fā)波導(dǎo)對電波的陷獲結(jié)構(gòu)相對較弱[12],少量電波射線在波導(dǎo)層中保持較低的仰角傳播一定的距離后,最終仍會射出波導(dǎo)層,這就使得并非所有數(shù)據(jù)點(diǎn)都良好地符合整體變化趨勢,個別采樣點(diǎn)的XP2-XP1過大,因而在對整體變化趨勢的分析中將其忽略不計(jì).因而對于蒸發(fā)波導(dǎo)的頂部盲區(qū)性質(zhì),可以得出如下結(jié)論: 1) 發(fā)射天線越接近波導(dǎo)層底部,陷獲效果越好,隨著Ht的增大,陷獲能力逐漸減弱,直至發(fā)射天線位于波導(dǎo)層頂部,不再陷獲; 2)Ht越高,盲區(qū)水平位置越遠(yuǎn)離發(fā)射天線處;但盲區(qū)的面積S對Ht的變化不敏感,改變Ht不會對盲區(qū)的大小造成明顯變化; 3 )改變HD,蒸發(fā)波導(dǎo)頂部盲區(qū)的位置不隨之產(chǎn)生規(guī)律性變化,但盲區(qū)的面積隨著HD的增大而緩慢增大,最大增幅占總面積5%左右. 4表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)分析 表面波導(dǎo)三折線模型有四個基本參數(shù),但在實(shí)際研究中簡化為從發(fā)射天線與基礎(chǔ)層、波導(dǎo)層的高度位置關(guān)系以及波導(dǎo)強(qiáng)度兩者考慮其對表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)的影響. 4.1Ht對表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)的影響 研究發(fā)射天線與表面波導(dǎo)的位置關(guān)系對頂部盲區(qū)造成的影響.波導(dǎo)強(qiáng)度為15 M,圖3(a)~(d)的參數(shù)分別依次如下:HB=0,HD=50 m;HB=0,HD=100 m;HB=50 m,HD=50 m;HB=100 m,HD=50 m.天線高度取值均在各自波導(dǎo)情況下波導(dǎo)層頂部以下,以保證實(shí)現(xiàn)陷獲傳播. (a) HB=0,HD=50 m (b) HB=0,HD=100 m (c) HB=50 m,HD=50 m(d) HB=100 m,HD=50 m圖3 表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)隨天線高度的變化 圖3(a)~(b)為無基礎(chǔ)層表面波導(dǎo),(c)~(d)為有基礎(chǔ)層表面波導(dǎo).可以看到:最明顯不同在于N的變化趨勢,隨著Ht的增加,無基礎(chǔ)層情形的N逐漸增大,即陷獲射線數(shù)目減少,陷獲減弱;而在有基礎(chǔ)層情形中,在波導(dǎo)層內(nèi),N變化與無基礎(chǔ)層情形相同,但在基礎(chǔ)層內(nèi),隨著Ht的增加,N逐漸減少,陷獲增強(qiáng).因而,對于有基礎(chǔ)層表面波導(dǎo),陷獲效果隨Ht的增加先增強(qiáng)后減弱,最理想的陷獲位置是基礎(chǔ)層頂部及波導(dǎo)層底部.圖3(a)~(d)中XP1與XP2,都隨著Ht的增加有所增加,對比發(fā)射天線位于最低與最高位置,增幅可達(dá)到接近50%.XP1與XP2的變化趨勢相似,XP2-XP1幾乎保持不變.S在圖3中沒有顯示,但從數(shù)據(jù)顯示看也均保持著幾乎不變的趨勢,變化幅度小于0.5%.這說明改變天線高度,將使得盲區(qū)位置發(fā)生改變,天線高度越高,頂部盲區(qū)越遠(yuǎn)離發(fā)射天線,但頂部盲區(qū)的范圍及面積大小并不發(fā)生變化.同時,對比發(fā)現(xiàn),隨著波導(dǎo)層頂高的增大,XP2-XP1在逐漸減小,S也逐漸減小.可能是由于波導(dǎo)頂高增加,在一定的Hmax之下,留給出射射線向前傳播的空間也就隨之變小,使得盲區(qū)范圍XP2-XP1減小.因而盲區(qū)高度范圍[Hmax-(HB+HD)]以及XP2-XP1共同減小導(dǎo)致盲區(qū)面積減小.變化幅度大致為,波導(dǎo)頂高每增加50 m,S減小2 km2左右.圖3(b)與(c),波導(dǎo)頂高相同,前者無基礎(chǔ)層,后者有基礎(chǔ)層,對比可以發(fā)現(xiàn),兩者的XP2-XP1與S基本相等,說明在DI和波導(dǎo)頂高一致的情況下,基礎(chǔ)層與波導(dǎo)層的高度變化不影響盲區(qū)的面積大小. 4.2DI對表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)的影響 研究DI 對于頂部盲區(qū)的影響.兩個算例:Ht=15 m,HB=0,HD=50 m;HB=50 m,HD=50 m,Ht=60 m.發(fā)射天線均位于波導(dǎo)層下部.通過改變模型波導(dǎo)層斜率k2,改變DI. 圖4中,(a)為無基礎(chǔ)層,(b)為有基礎(chǔ)層,兩圖中各曲線的變化趨勢都是一致的.隨著DI的增強(qiáng),表面波導(dǎo)的陷獲性能也在增強(qiáng),因而出射射線數(shù)目N逐漸減小.XP1與XP2也隨著DI的增強(qiáng)逐漸減小,這意味著,頂部盲區(qū)的位置隨DI增強(qiáng)逐漸變近,逐漸接近發(fā)射天線所在處,這可能是由于隨著DI的增強(qiáng),波導(dǎo)對電波的捕獲能力增強(qiáng),更多射線在更近的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)陷獲,因而出射射線所能到達(dá)的最大距離在不斷減小;XP1和XP2變化趨勢保持的相當(dāng)一致,XP2-XP1幾乎保持不變.S在圖中沒有顯示,但數(shù)據(jù)顯示亦保持不變,變化幅度不超過0.1%,這說明改變波導(dǎo)強(qiáng)度,只改變盲區(qū)的位置,不改變盲區(qū)的范圍和面積大小. (a) HB=0,HD=50 m (b) HB=50 m, HD=50 m圖4 表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)隨波導(dǎo)強(qiáng)度的變化 綜上分析,可得出表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)性質(zhì)的相關(guān)結(jié)論: 1) 表面波導(dǎo)基礎(chǔ)層頂部及波導(dǎo)層底部的陷獲效果最好,隨著Ht的增加,電波在基礎(chǔ)層陷獲效果逐漸增強(qiáng),在波導(dǎo)層逐漸減弱;陷獲效果隨DI的增強(qiáng)而增強(qiáng). 2) 表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)的位置隨Ht的增大,而逐漸遠(yuǎn)離發(fā)射天線處.但頂部盲區(qū)的大小不隨Ht的增大而改變. 3) 表面波導(dǎo)頂部盲區(qū)的位置隨DI的增大,而逐漸靠近發(fā)射天線處.但頂部盲區(qū)的大小不隨DI的增大而改變. 4) 表面波導(dǎo)波導(dǎo)頂高增大,頂部盲區(qū)高度范圍[Hmax-(HB+HD)]和距離范圍XP2-XP1都將變小,導(dǎo)致盲區(qū)面積大小減小. 5) 在波導(dǎo)強(qiáng)度和波導(dǎo)頂高一致的情況下,表面波導(dǎo)基礎(chǔ)層和波導(dǎo)層的高度變化不影響頂部盲區(qū)的面積大小. 另外,無論蒸發(fā)波導(dǎo)還是表面波導(dǎo),盲區(qū)面積S的大小主要由水平距離范圍XP2-XP1和高度范圍Hmax-HD決定,而這兩者的數(shù)值可以通過射線追蹤的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)P1,P2點(diǎn)確定.因而,通過射線追蹤數(shù)據(jù)的擬合仿真,可以得到一個快速方便的盲區(qū)面積近似表達(dá)式: S= (XP2-XP1)(Hmax-HD)/20.005(XP2-XP1)+1.15 蒸發(fā)波導(dǎo)0.72(XP2-XP1)[Hmax-(HB+HD)] 表面波導(dǎo)ì?í????. (4) 式(4)適用于發(fā)射天線位于良好陷獲位置時,即發(fā)射天線高度在3/4(HB+HD)以下.經(jīng)過檢驗(yàn),對比式(3)的計(jì)算結(jié)果,近似表達(dá)式在蒸發(fā)波導(dǎo)情況下的平均計(jì)算誤差在5%以內(nèi),在表面波導(dǎo)情況下平均計(jì)算誤差在1%以內(nèi). 5結(jié)論 文章在射線追蹤法的基礎(chǔ)上,引入對射線陷獲狀態(tài)的判定、分類、數(shù)據(jù)提取,獲得大氣波導(dǎo)的頂部電磁盲區(qū)的位置及面積大小信息,分析了引起頂部盲區(qū)位置、大小變化的影響因素.結(jié)果表明,蒸發(fā)波導(dǎo)和表面波導(dǎo)的出現(xiàn)都將明顯改變標(biāo)準(zhǔn)大氣下原有的電磁盲區(qū)分布.兩者都在波導(dǎo)層底部陷獲效果最佳,其頂部盲區(qū)的水平位置都隨著天線高度的增加而遠(yuǎn)離發(fā)射天線處,盲區(qū)面積都對天線位置不敏感.兩者區(qū)別在于,當(dāng)波導(dǎo)頂高發(fā)生變化時,盲區(qū)的面積變化趨勢:蒸發(fā)波導(dǎo)隨波導(dǎo)頂高增大而緩慢增大,表面波導(dǎo)則隨之明顯減小,表面波導(dǎo)受到波導(dǎo)頂高的影響更為明顯.以上結(jié)論的取得從電波傳播機(jī)理上,可為海上低空突防及預(yù)警反突防等相關(guān)研究提供一定的理論支撐和借鑒意義. 參考文獻(xiàn) [1]郭相明, 康士峰, 韓杰, 等. 蒸發(fā)波導(dǎo)數(shù)據(jù)庫及中國海域的統(tǒng)計(jì)分析[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 28(6): 1152-1157. GUO X M, KANG S F, HAN J, et al. Evaporation duct database and statistical analysis for the Chinese sea areas[J]. Chinese journal of radio science, 2013, 28(6): 1152-1157. (in Chinese) [2] 藺發(fā)軍, 劉成國, 成思, 等. 海上大氣波導(dǎo)的統(tǒng)計(jì)分析[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 20(1): 64-68. LIN F J, LIU C G, CHENG S, et al. Statistical analysis of marine atmospheric duct[J]. Chinese journal of radio science, 2005, 20(1): 64-68. (in Chinese) [3] 周文瑜, 焦培南.超視距雷達(dá)技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2008: 12-13. [4] 焦林, 張永剛. 大氣波導(dǎo)條件下雷達(dá)電磁盲區(qū)的預(yù)報(bào)研究[J]. 西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2007, 34(6): 989-994. JIAO L, ZHANG Y G. Prediction of the electromagnetic shadow zone under the atmospheric duct[J]. Journal of Xidian University, 2007, 34(6): 989-994. (in Chinese) [5] 左雷, 涂擁軍, 姚燦, 等. 海上大氣波導(dǎo)環(huán)境下艦載超視距雷達(dá)盲區(qū)研究[J]. 火力與指揮控制, 2011, 36(10): 165-168. ZUO L, TU Y J, YAO C, et al. Preliminary investigation on the blind of shipborne OTH radar based on sea atmospheric duct [J]. Fire control & command control, 2011, 36(10): 165-168. (in Chinese) [6] 康士峰, 曹仲晴, 王紅光, 等. 基于目標(biāo)函數(shù)的微波超視距雷達(dá)天線高度優(yōu)化方法[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2014, 36(7): 1767-1770. KANG S F, CAO Z Q, WANG H G, et al. Antenna height optimization based on object function for microwave over-the-horizon radar[J]. Journal of electronics & information technology, 2014, 36(7): 1767-1770. (in Chinese) [7] 張潔寒, 郭濤, 李雪萍, 等. 蒸發(fā)波導(dǎo)環(huán)境下雷達(dá)電磁盲區(qū)的分布特征[J]. 河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 39(4): 177-180. ZHANG J H, GUO T, LI X P, et al. The distribution characteristics of the shadow zone of radar in evaporation duct[J]. Journal of Henan Normal University(natural science), 2011, 39(4): 177-180. (in Chinese) [8] LEVY M. Parabolic equation methods for electromagnetic wave propagation[M]. London: IET, 2000: 64-69. [9] 孫方, 王紅光, 康士峰, 等. 大氣波導(dǎo)環(huán)境下的射線追蹤算法[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 23(1): 179-183. SUN F, WANG H G, KANG S F, et al. A ray tracing algorithm for duct environment[J]. Chinese journal of radio science, 2008, 23(1): 179-183. (in Chinese) [10]PAULUS R. Practical application of an evaporation duct model[J]. Radio science, 1995, 20(4): 887-896. [11]胡榮旭, 吳振森, 張金鵬. 中國近海蒸發(fā)波導(dǎo)反演中最佳雷達(dá)參數(shù)分析[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 30(4): 653-660. HU R X, WU Z S, ZHANG J P. Analysis for best radar parameter in inversion of evaporation duct above China sea areas[J]. Chinese journal of radio science, 2015, 30(4): 653-660.(in Chinese). [12]ROGERS L T, HATTAN C P, STAPLETON J K. Estimating evaporation duct heights from radar sea echo[J]. Radio science, 2000, 35(4): 955-966. Research of electromagnetic shadow zone in maritime tropospheric duct BAI Lu1,2ZHANG Pei2WU Zhensen1,2GUO Lixin1,2 (1.SchoolofPhysicsandOptoelectronicEngineering,XidianUniversity,Xi’an710071,China;2.CollaborativeInnovationCenterofInformationSensingandUnderstandingatXidianUniversity,Xi’an710071,China) AbstractBased on ray tracing method, the distribution characteristics of evaporation duct and surface duct top electromagnetic shadow zone are analyzed. The results show, that the position of duct top shadow zone will get far away from the position of transmitting antenna with the increase of antenna height, and that will get close to the transmitting antenna with the increase of duct intensity. The area of the top shadow zone mainly changes with the duct top height. Judging from the numbers of trapped rays, surface duct is stronger than evaporation duct in the ability of trapping electromagnetic wave, and both kinds of duct trapping abilities are best at the duct bottom. At last, an approximate calculation formula for the area of the duct top shadow zone is proposed. Keywordsatmospheric duct; electromagnetic shadow zone; ray tracing 收稿日期:2015-05-22 中圖分類號TN011 文獻(xiàn)標(biāo)志碼A 文章編號1005-0388(2016)02-0278-06 DOI10.13443/j.cjors.2015052201 作者簡介 白璐(1973-),女,吉林人,博士,西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師,主要從事電磁(光)的散射與輻射傳輸、高速目標(biāo)的多波段探測等方面研究. 張沛(1992-),男,江蘇人,西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院碩士研究生,主要研究方向?yàn)楹I洗髿獠▽?dǎo)的電波傳播特性. 吳振森(1946-),男,湖北人,西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師,IEEE高級會員,電波傳播分會副主任委員,主要從事目標(biāo)與環(huán)境光電特性研究. 郭立新(1968-),男,西安人,西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師,物理與光電工程學(xué)院執(zhí)行院長,“長江學(xué)者獎勵計(jì)劃”特聘教授,國家杰出青年科學(xué)基金獲得者,國家“百千萬人才工程”等.主要從事雷達(dá)通信環(huán)境電波傳播與環(huán)境遙感、計(jì)算電磁學(xué)等方面的研究. 白璐, 張沛, 吳振森, 等. 海上對流層大氣波導(dǎo)頂部電磁盲區(qū)研究[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào),2016,31(2):278-283. DOI: 10.13443/j.cjors.2015052201 BAI L, ZHANG P, WU Z S, et al. Research of electromagnetic shadow zone in maritime tropospheric duct[J]. Chinese journal of radio science,2016,31(2):278-283. (in Chinese).DOI: 10.13443/j.cjors.2015052201 資助項(xiàng)目: 國家自然科學(xué)基金(No.61475123, 61431010); 空間測控通信創(chuàng)新探索基金(201410B) 聯(lián)系人: 白璐 E-mail: blu@xidian.edu.cn