[发明专利]一种微波超视距雷达回波图计算方法

说明书

本发明公开了一种微波超视距雷达回波图计算方法，包括如下步骤：（1）确定微波超视距雷达相关参数、目标及环境参数；（2）蒸发波导特征参数预测和表面波导特征参数测量；（3）大气波导或大气折射传播海面掠射角计算；（4）大气波导或大气折射传播因子计算；（5）海杂波和目标回波功率图计算；（6）动态雷达回波图模拟。本发明所公开的微波超视距雷达回波图计算方法，在实际微波超视距雷达工作环境下，充分考虑海洋水文气象条件形成的大气波导传播对海面回波和目标回波的影响，基于雷达系统参数和海洋水文气象参数，在大气折射或大气波导情况下提出了实际雷达波束海面掠射角的计算方法，并结合相关海杂波模型，可有效预测、评估海面回波功率。

技术领域

本发明涉及雷达目标探测与环境特性技术领域，尤其涉及一种舰船载或岸基微波超视距雷达回波图计算方法。

背景技术

对流层大气不均匀性使电磁波在大气介质中的传播路径发生弯曲或折射、散射现象，四种典型大气折射效应如图1所示。说明在欠折射、正常或标准折射、超折射和大气波导情况下电波传播的形态和特点。大气超折射和大气波导情况为本发明中微波超视距雷达的目标探测机制。

大气折射率垂直剖面的变化形态是确定对流层大气折射类型的关键参数。正常大气的大气折射率梯度在地球表面附近随高度在-79～0N单位/km(或大气修正折射率梯度按79～157M单位/km)范围变化，标准大气的大气折射率标准梯度按-39N单位/km下降或大气修正折射率梯度按118M单位/km增加。如果对流层温度随高度而增加(逆温)或水汽随高度而快速下降，此时大气折射率梯度将比标准梯度小，电波传播路径向下弯曲且比正常条件更偏离直线。当大气折射率梯度继续下降时，电波射线弯曲半径将接近地球的曲率半径，当两个半径相等时，该大气折射率梯度称为临界梯度，此时电波将在地面之上与地球表面平行的某个固定高度传播。正常和临界梯度之间的折射称为超折射。如果大气折射率梯度在临界梯度之外继续下降，电波弯曲的曲率半径将小于地球的曲率半径，电波被限制在对流层一个狭窄区域内传播，即大气波导传播。

在实际海洋大气环境中一般存在蒸发波导、表面波导和悬空波导(或称抬升波导)三种典型大气波导,图2所示为蒸发波导、表面波导和悬空波导三种典型大气波导大气修正折射率的垂直剖面和参数，其中蒸发波导和表面波导是本发明微波超视距雷达的电波传播途径。舰船载或岸基微波超视距雷达基于海上对流层大气波导超折射传播机制，可实现数百公里超视距目标探测，相对于一般微波视距雷达探测体制，其系统性能和功能使用更强地依赖于对流层大气环境特性。微波超视距雷达依靠大气波导传播效应可探测目标的距离是常规微波视距雷达的数倍或数十倍，但是也会存在超视距海杂波干扰以及雷达盲区等问题，海杂波本身由于大气超折射效应引起波束方向和掠射角大小的改变，不仅下俯波束会存在海面反射，小于临界角的上仰波束也会由于大气波导折射到海面而产生超视距海杂波，因此，在大气波导中存在电波多路径干涉和多路径海杂波合成现象，另外，常规微波雷达对目标的探测限制在视距以内，雷达波束对目标是直接照射，而微波超视距雷达对视距外目标的照射则往往是经过大气波导多次折射和反射后的非直接照射，目标特性如RCS和起伏特性与一般研究结果不同。这些问题都是微波超视距雷达的回波特点和研究难点，需要在理论和实验研究的基础上，针对大气折射对目标探测的影响，结合目标探测方法和信号处理算法的需要，开展对微波超视距雷达系统、目标和环境散射特性的模拟仿真，生成符合真实场景的雷达回波信号，即按照雷达系统参数、信号处理算法、电波与目标和环境的作用机制、相对几何关系、海洋环境特性等较全面地模拟实际雷达工作状态，才能对雷达性能进行科学论证和评价。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于雷达系统参数、海洋气象水文参数或大气超折射、大气波导(蒸发波导或表面波导)数据和预测模型、目标与海杂波模型等生成微波超视距雷达回波图的计算方法。

本发明采用如下技术方案：

一种微波超视距雷达回波图计算方法，其改进之处在于包括如下步骤：

(1)确定微波超视距雷达相关参数、目标及环境参数