岸基雷达的大气波导特性及其影响分析
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一
迹弯向地面 ， 当曲率超过地球曲率时， 电磁波会部 分地 被 陷获在 一 定 厚 度 的 大气 薄 层 内 ， 像 电磁 就 波在金属波导管 中传播 一样 ， 这种现象称为 电磁
波 的 大气 波 导 （ ｕｔ传 播 ， 成 波 导 传 播 的 大气 ｄｃ） 形
路径效应 ， 、 、 海 地 气象杂波等诸多因素都会影 响 到低 空 目标 的测 量 准 确性 ， 别是 在 出现 大气 波 特 导情 况下 ， 杂 的远 区海 杂 波干 扰 会 严 重影 响 对 复
：一０ １（ ＿２ ２６×１ — ｈ ４ ５ （ｏ ．２ １ ＿５ ０ ５ ）．６ １ ） ２
ｄ Ｍ
式中： Ｐ是地面大气压强（ 单位 ： ａ ， ｈ ）ｙ是温度直 Ｐ 减率 ， 是地面以上的高度 （ ｈ 单位 ： ） 由（） ｉ ， ９ 式求 ｎ
导可 得 ：
＜（ ０ 或 ＜一０ １７ 时 ， ．５ｍ一） 电磁 波被折 射 向
地球传播 ， 如果这个梯度延伸到地面， 源于大气层 内的电磁波被陷获成沿地表传播 ， 就象在波导管
０１ 时 ， ． ７ 电磁波的传播轨迹将 凹着弯向地球 ， ５ 此
时大气为正折射 ； 正折射包括标准折射（ｏ ａ ｒ ｎｒ ｌｅ ｍ ．
ｆｃｏ）超折射（ ｐｅ ｒｒ ｔｎ 、 ｒ ｔｎ 、 ａｉ ｓ ｐｒｅａ ｉ ）临界折射 （ｒ ． ｕ － ｆｃｏ ｃｔ ｉ ｉ
ｃｌ ｆｃｏ）陷获折射 （ ａｐｄｒｒ ｔｎ 等。当 ａｒｒ ｔｎ 、 ａｉ ｅ ｔｐ ｆ ｃｏ ） ｒ ｅ ｅａ ｉ
探测 ； 也有可能导致雷达盲 区产生 ， 增加雷达杂波
收稿 １ ： １ ０ ３期 ２ １— ３—２ ； 回 １期 ：０ １ ０—２ ０ １修 ３ ２１ —１ ０
２ 大气 波 导
２ １ 大气波导效应 ．
对于岸基雷达来说 ， 电波传播 主要受大气吸
作者简介 ： 李学森 （ ７一 ）男 ， １ ８ ， 工程师 ， ９ 主要从事雷达系统工程与总体技术研究 ； 余健 （９Ｏ ， ， １ 一）男 高级 工程 师 ， ７ 主要从事雷达系统工程 与总体技术研究 ； 德厚（９５ ）男 ， 邱 １７一 ， 高级工程师 ， 主要从事雷达 系统工程与总体技术研究。
达低 空检 测性 能 的技 术措 施 。 ’
关键词 ： 岸基 雷达 ； 大气波 导 ； 蒸发 波导 ； 雷达探 测性 能 Ａｔ ｏ ｐ ｒｃ Ｄｕ ｔＣｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｎ ＩｓＥｆｅ ｔ ｍ ｓ ｈｅ ｉ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔｃ ａ ｄ ｔ ｆ ｃ ｉ ｏ Ｓ ａ ｏ ｓ． ｓ ｄ Ｒａ ａ ｎ ｅ ｃ ａ ｔＢａ ｅ ｄ ｒ
Ｌ ｕ— ｌＹ ａ ， Ｉ ｅ ｏ Ｉ ｅ ｅ ，Ｕ Ｊ ｎＱ ＵＤ — ｕ Ｘ ｓｌ ｉ ｈ
（ ｈ ｏ３ ｅｅｒｈＩ ｔｕ ， ｈ ａ ｌ ｔｎ ｓ ｅｈｏ ｇ ｒ ｐＣ ｒ ｍｉ ， ｅ ｉ ３０ ８Ｃ ｉ ） Ｔ ｅＮ ．８Ｒ ｓａ ｓｔｅ Ｃ ｉ ｅ ｒ ｉ ｃｎｌ ｙ ｏ ｏ ｏ ｔｎ Ｈ ｆ ０８ ，ｈ ａ ｃ ｎ ｉｔ ｎ Ｅ ｃｏｃ Ｔ ｏ Ｇ ｕ ｐ ｏ ｅ２ ｎ Ａｂ ｔａ ｔ Ｆ ｒ１Ｗ ｌ ｔｄ ｅ ｃ ａｔｂ ｓ ｄ ｒｄ ｒ ｔｉ ｘ ｅｔｄ ｔ ｅｅｔｌＷ ｔｕ ｅ ｔｒａｅ ｉｇｔｒ ｓｒ ｃ ： ｏ Ｏ ａｔｕ ｅｓａ ｏ ｓ— ａｅ ａ ａ ．ｉ ｓｅ ｐ ｃｅ ｄ ｔｃ Ｏ ａ ｉ ｄ ｈ ｅ ｔｎｎ ａ— ｉ ｏ ｌ ｔ ｇ ｔ ａ ｏ ｎａ ｏｓｂｅａ ｃ ｒｔｌ ． ｅ ｅａｍｏｐ ｅｅｄ ｃ ｃ ｕｓ ｈｅｒｄ ｒｄ ｔｃｉｎｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｅｓｓ ｓｏ ｐ ｓｉｌ ｃ ｕａｅｙ Ｗｈ ｎ ｔ ｔ ｓ ｈ ｒ ｕ ｔ ｃ ｒ ，ｔ ａ ｅｅ ｔ ｅｆ ｍａ ｃ ｓ ｈ ｏ ａ ｏ ｏ ｗ ｌ ｂ ｅｐ ｅｓ ｄ ｇｎ ｒ ｌ Ｔ ｅｃ ｕ ｅ ｎ ｙ ｅ ｆ ‘ ｃ ’ａ ｄ ｉ ｒｐ ｇ ｔ ｎ ｃ ｎ ｉｏ ｓ ａｅ ｒ— ｉ ｅｄ ｓｒｓｅ ｅ ｅａ ｙ． ｈ ａ ｓ ｓａ ｄ ｔｐ ｓｏ Ｄｕ ｔ ｎ ｔ ｐｏ ａ ａｉ ｏ ｄｔ ｎ ｒ ｅ ｌ ｌ ｓ ｏ ｉ ｖｅ ｄ，ｔ ｅｆｃ ｎ ｓａ ｏ ｔ ａｅ ａ ａ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｗ ｔｕ ｅ ｄ ｔｃｉｎ ｉ ｎ ｙｅ ｉｗｅ ｉ ｆ ｔｏ ｅｃ ａ — ｓ ｄ ｒｄ ｐ ｆ ｍａ ｃ ｆｌ ａ ｉ ｄ ｅｅ ｔ ｓａ ａ ｚ ｄ，ａ ｄ ｔｅ ｓ ｅ ｓ ｂ ｒ ｅ ｏ ｏ ｌ ｔ ｏ ｌ ｎ ｈ ｔｃ ｎｃ ｌ ａ ｕｅ ｒｉ ｒｖｎ ｎ ｎ ａ ｃｎ ｗ ｔｕ ｅｄ ｔｃｉｎｐ ｒ ｒ ｎ ｃ ｆ ｅ ｃ ａｔ ｂ ｅ ｅ ｈ ｉａ ｓ ｒｓ ｏ ｍｅ ｆ ｍｐ ｏ ｉｇａ ｄｅ ｈ ｎ ｉｇｌ ａ ｉ ｄ ｅｅ ｔ ｆ ｍａ ｅｏ ａ ｏ — ａ ｄ ｏ ｌ ｔ ｏ ｅ ｏ ｓ ｓ ｓ ｒｄ ‘ ｕ ｔ ｎ ｉ ｎ ｎ ｓｐ ｅｅ ｔｄ． ａ ａ ｉ ｄ ｃ ’ｅ ｖｒ ｍｅ ｔｉ ｒｓ ｎｅ ｒ ｎ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｓａ ｏｓ— ａ ｅ ａ ａ ；ｔ ｏｐ ｅｉ ｕ ｔｅ ａ ｏａｉｎ ｄ ｃ ；ａ ａ ｅｅ ｔ ｎ ａ ｉ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ：ｅ ｃ ａ ｔ ｓ ｄ ｒｄ ｒ ａ ｓｈ ｒ ｄ ｃ； ｖ ｐ ｒｔ ｕ ｔｒｄ ｄ ｔｃｉ ｂｌｙ ｂ ｍ ｃ ｏ ｒ ｏ ｉ
电子 信 息 对 抗 技 术 ・ ２ 卷 第 ７ ２１ ０ ２年 １ 月第 １ 期
李学森 ， 余 健， 邱德厚 岸 基 雷 达 的 大气 波 导特 性 及 其 影 响分 析
７ ３
中图分类号 ：Ｎ ５ ．１ Ｔ ９９ １
文献标 志码 ： Ａ
文章编号 ：６４—２３ （０２ ０ —０７ —０ １７ ２０２ １ ｝１ ０３ ５
Ｐ＝Ｐ （ 一 ）・ ： ０１ １１ ．５ １ ．５ ０ ３ ２ （ —２ ２ ６×１ 一 ｈ ０ ）・ （） ９
电磁波 的传播 轨迹 不发生 弯 曲 ， 沿直 线传播 ， 时 此 大气 无折 射 （ｏ－ ｆｃｏ ） 称 零 折 射 ； ｄ ＜ ｎｎｒｒ ｔｎ 或 ｅａ ｉ Ｍ
１ 引言
雷 达进 行低 空 探 测 时 ， 常会 发 现一 些 电磁 经
信号 ， 给雷达对 目标的识别和定位产生不利影响。 岸 基雷达 在 进 行低 空 探 测 时 ， 遇 到 的外 界 所
环 境 极其 复 杂 ， 气传 播 过 程 中 的吸 收 、 射 、 大 折 多
波的异常传播现象。其 中一种显著的现象是 ： 在 定 的气象条件下 ， 在大气边界层尤其是在近地 层中传播的电磁波 ， 受大气折射的影响 ， 其传播轨
真 实 目标 的检 测 。如何 有 效 地 消 除其 影 响 ， 岸 使 基雷 达低 空探 测 性 能达 到 最 佳 ， 对从 事雷 达 工作
的工 程技 术人 员来说 是 一种挑 战 。
薄层称 为大气波导 层。在合适 的频率和发射 角
下， 大气波导现象使得雷达有可能观测到数倍 于 雷 达正 常探 测距 离 处 的 目标 ， 现 所 谓 的超 视 距 实
岸 基 雷 达 的大气 波 导 特性 及 其 影 响分 析
李 学森 ， 余 健， 邱德厚
（ 中国电子科技集 团公 司第 ３ 研究所 ， ８ 合肥 ２０ ８ ） ３０ ８
摘 要 ： 于低 空探 测 的岸基 雷达 ， 望 能尽 早 准确 判 知低 空威 胁 目标 ， 在 出现 大 气波 导效 应 对 希 但 时， 雷达探 测 性 能往往 会 受其 影响 。从 大 气波 导效 应 的成 因、 类型 以及 传 播 条件 出发 ， 分析 了 大气波导效应对岸基 雷达正常工作的影响， 初步提 出了在 大气波导情 况下改善和提 高岸基 雷
， ｔ１ ） 扎＝， ＋ （
＝
２２ 大气波导形成 条件 ．
对于频率在 １ ０Ｇ ｚ —１０ Ｈ 范围内的电磁波 ， 大 气折射率 Ⅳ可表示成 Ｔ Ｐ ｅ 、 、 之间的函数［ ： ］
＋
（） ３
（ ｍ一１ ×ｌ６ ） Ｏ
（） ４
Ｎ （—）ｌ： （＋ ： ：ｎ ｚ Ｏ Ａ ｐ 譬） ×６
（ ｕ ６ ）
范围内都有效） 。由（） ７式对 ｈ 求导可以得到 ：
ｄＮ
＝
Ａ ３Ｐ
一 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ＡＰ ］ ＋Ｂｅ ８ ［＋ ） Ａ０ （
当大气修正折射率垂直梯度 ＞ ． ７时， ０１ ５
电磁波 的传播 轨 迹 将 背着 地 球 而 凸起 弯 曲 ， 时 此 大气 为 负 折 射 （ ． ｆｃ。 ） 当 ｓｂｒｒ ｔ ； ｅａ ｉ ：ｏ １７时 ， ．５ 当 ＜一０ １７ 电磁 波被 陷获 在大 气 ．５ｍ一时 波导层 内进 行传 播 ， 应 的大 气 条 件 ， ８ 式 可 对 由（ ） 知 ， 中右边 第一 项为 大气压 强 的函数 ， 地 面到 式 从 ｌｋ ｌｍ的大气 高 度 中 ， 压 随 高 度 变化 可 用 式 （ ） 气 ９ 表示 ［ ： ３ ］
中一样 ， 而 形 成 大 气 波 导传 播 。当 因
ｄ Ｎ
＝ 一
ｄ 凡
：ｏ 或 （
０１７ 所 对 应 的 高 度 被 定 为 波 导 高 ．５ｍ一 ）
一
湿度都随高度变化 ， 这种变化通常使大气折射指
数 ｎ随高度增 大而减 小 ， 定 义为 ：
１＝ｃ ｖ ２ ／ （） １
度， 因此 ，Ｎ＝ Ｏ １７ ｄ ．５ｍ一又称 临界折 射 率梯 度 。 表 １ 出了各种 折射类 型 的存 在条 件 。 给
表 １ 各种折射类型的存在条件
式中： Ｃ表示 电磁 波在 真 空 中的传播 速度 ， 表 示 电磁波 在传播 媒介 中的传 播 速度 。通常折 射指 数 的水 平变 化相 对 于 垂直 变 化 可 忽 略 ， 流 层 低层 对
的折射指数 ｎ大约在 １ ０２０ １０００ 之间， ． ０５ 到 ． ４０ ０ ０ 接近 于 １ 。为方便 引入 折射率 ． ｌ： ７ｊ 、 ｒ ｌ
７４
李学森 ， 健， 余 邱德厚 岸基雷达的大气波导特性及 其影响分析
投稿邮箱 ：ｚｘｋｓ ２ ．０ ｄｘｄｊ＠１６ ｃｍ
ｅ ｗ＠ ｍｅ２ ｓ ． ｏ ｉ９． ｃ ｃ ｍ
收、 折射 、 反射和散射的影响。在所有的这些因素
中， 折射 的影 响在 各个频 段上 都是显 著 的 ， 际的 实 大气属 于 不 均匀 介 质 ， 大气 分 层 、 其 压强 、 度 和 温
（） ５
强（ 单位 ：Ｐ）ｅ ｈａ ， 是水气压强 （ 单位 ： ａ ， Ｂ是 ｈ ）Ａ、 Ｐ
经验 常数 （ 中 Ａ：７ ．， 其 ７６ Ｂ＝４ １， １ １０ Ｈ ８０在 ０Ｇ ｚ
对（） ５式求 导 ， 可得修 正折射 率得 梯度 ：
ｄ Ｍ
ｄ ： ＋ ．５ 一ｄ 。 ‘ ７ ０１
（ ４ １ ｅ Ｐ＋下 ０ ） ８
＼ ０ ，
式中： 口为地 球半 径 ， 地球 平 均 半径 为 ６７ｋ 取 ３０ｍ； ｈ是地 面 以上 的高度 ， 位 Ｉ。由 （ ～４式 可得 ： 单 ｎ ２ ）
：Ⅳ＋ ×１６ Ｎ＋０ １７ ０ ．５ ｈ
口
（） ７
＼ ，
式 中 ： 是 绝 对 大气 温 度 （ 位 ： ， 单 Ｋ） Ｐ是 大 气 压
Ｊ ＝（ ７ ｎ—Ｚ ×ｌ６ 、 ， ） Ｏ （） ２
当电磁波传播距离很短时， 可近似认为地球
表面为 平 面 ， 但若 电磁波 传播距 离较 长 时 ， 就必 须 考 虑地球 曲率 的影 响 。此 时 ， 了将 地 球 表 面处 为
理成平面 ， 通常使用进行 了地球曲率修正的大气
修 正折射 指数 ｍ和 大气修 正折 射 率 Ｍ， 它们 的表 达式如 （ ～４式 ： ３ ）
迹弯向地面 ， 当曲率超过地球曲率时， 电磁波会部 分地 被 陷获在 一 定 厚 度 的 大气 薄 层 内 ， 像 电磁 就 波在金属波导管 中传播 一样 ， 这种现象称为 电磁
波 的 大气 波 导 （ ｕｔ传 播 ， 成 波 导 传 播 的 大气 ｄｃ） 形
路径效应 ， 、 、 海 地 气象杂波等诸多因素都会影 响 到低 空 目标 的测 量 准 确性 ， 别是 在 出现 大气 波 特 导情 况下 ， 杂 的远 区海 杂 波干 扰 会 严 重影 响 对 复
：一０ １（ ＿２ ２６×１ — ｈ ４ ５ （ｏ ．２ １ ＿５ ０ ５ ）．６ １ ） ２
ｄ Ｍ
式中： Ｐ是地面大气压强（ 单位 ： ａ ， ｈ ）ｙ是温度直 Ｐ 减率 ， 是地面以上的高度 （ ｈ 单位 ： ） 由（） ｉ ， ９ 式求 ｎ
导可 得 ：
＜（ ０ 或 ＜一０ １７ 时 ， ．５ｍ一） 电磁 波被折 射 向
地球传播 ， 如果这个梯度延伸到地面， 源于大气层 内的电磁波被陷获成沿地表传播 ， 就象在波导管
０１ 时 ， ． ７ 电磁波的传播轨迹将 凹着弯向地球 ， ５ 此
时大气为正折射 ； 正折射包括标准折射（ｏ ａ ｒ ｎｒ ｌｅ ｍ ．
ｆｃｏ）超折射（ ｐｅ ｒｒ ｔｎ 、 ｒ ｔｎ 、 ａｉ ｓ ｐｒｅａ ｉ ）临界折射 （ｒ ． ｕ － ｆｃｏ ｃｔ ｉ ｉ
ｃｌ ｆｃｏ）陷获折射 （ ａｐｄｒｒ ｔｎ 等。当 ａｒｒ ｔｎ 、 ａｉ ｅ ｔｐ ｆ ｃｏ ） ｒ ｅ ｅａ ｉ
探测 ； 也有可能导致雷达盲 区产生 ， 增加雷达杂波
收稿 １ ： １ ０ ３期 ２ １— ３—２ ； 回 １期 ：０ １ ０—２ ０ １修 ３ ２１ —１ ０
２ 大气 波 导
２ １ 大气波导效应 ．
对于岸基雷达来说 ， 电波传播 主要受大气吸
作者简介 ： 李学森 （ ７一 ）男 ， １ ８ ， 工程师 ， ９ 主要从事雷达系统工程与总体技术研究 ； 余健 （９Ｏ ， ， １ 一）男 高级 工程 师 ， ７ 主要从事雷达系统工程 与总体技术研究 ； 德厚（９５ ）男 ， 邱 １７一 ， 高级工程师 ， 主要从事雷达 系统工程与总体技术研究。
达低 空检 测性 能 的技 术措 施 。 ’
关键词 ： 岸基 雷达 ； 大气波 导 ； 蒸发 波导 ； 雷达探 测性 能 Ａｔ ｏ ｐ ｒｃ Ｄｕ ｔＣｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｎ ＩｓＥｆｅ ｔ ｍ ｓ ｈｅ ｉ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔｃ ａ ｄ ｔ ｆ ｃ ｉ ｏ Ｓ ａ ｏ ｓ． ｓ ｄ Ｒａ ａ ｎ ｅ ｃ ａ ｔＢａ ｅ ｄ ｒ
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（ ｈ ｏ３ ｅｅｒｈＩ ｔｕ ， ｈ ａ ｌ ｔｎ ｓ ｅｈｏ ｇ ｒ ｐＣ ｒ ｍｉ ， ｅ ｉ ３０ ８Ｃ ｉ ） Ｔ ｅＮ ．８Ｒ ｓａ ｓｔｅ Ｃ ｉ ｅ ｒ ｉ ｃｎｌ ｙ ｏ ｏ ｏ ｔｎ Ｈ ｆ ０８ ，ｈ ａ ｃ ｎ ｉｔ ｎ Ｅ ｃｏｃ Ｔ ｏ Ｇ ｕ ｐ ｏ ｅ２ ｎ Ａｂ ｔａ ｔ Ｆ ｒ１Ｗ ｌ ｔｄ ｅ ｃ ａｔｂ ｓ ｄ ｒｄ ｒ ｔｉ ｘ ｅｔｄ ｔ ｅｅｔｌＷ ｔｕ ｅ ｔｒａｅ ｉｇｔｒ ｓｒ ｃ ： ｏ Ｏ ａｔｕ ｅｓａ ｏ ｓ— ａｅ ａ ａ ．ｉ ｓｅ ｐ ｃｅ ｄ ｔｃ Ｏ ａ ｉ ｄ ｈ ｅ ｔｎｎ ａ— ｉ ｏ ｌ ｔ ｇ ｔ ａ ｏ ｎａ ｏｓｂｅａ ｃ ｒｔｌ ． ｅ ｅａｍｏｐ ｅｅｄ ｃ ｃ ｕｓ ｈｅｒｄ ｒｄ ｔｃｉｎｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｅｓｓ ｓｏ ｐ ｓｉｌ ｃ ｕａｅｙ Ｗｈ ｎ ｔ ｔ ｓ ｈ ｒ ｕ ｔ ｃ ｒ ，ｔ ａ ｅｅ ｔ ｅｆ ｍａ ｃ ｓ ｈ ｏ ａ ｏ ｏ ｗ ｌ ｂ ｅｐ ｅｓ ｄ ｇｎ ｒ ｌ Ｔ ｅｃ ｕ ｅ ｎ ｙ ｅ ｆ ‘ ｃ ’ａ ｄ ｉ ｒｐ ｇ ｔ ｎ ｃ ｎ ｉｏ ｓ ａｅ ｒ— ｉ ｅｄ ｓｒｓｅ ｅ ｅａ ｙ． ｈ ａ ｓ ｓａ ｄ ｔｐ ｓｏ Ｄｕ ｔ ｎ ｔ ｐｏ ａ ａｉ ｏ ｄｔ ｎ ｒ ｅ ｌ ｌ ｓ ｏ ｉ ｖｅ ｄ，ｔ ｅｆｃ ｎ ｓａ ｏ ｔ ａｅ ａ ａ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｗ ｔｕ ｅ ｄ ｔｃｉｎ ｉ ｎ ｙｅ ｉｗｅ ｉ ｆ ｔｏ ｅｃ ａ — ｓ ｄ ｒｄ ｐ ｆ ｍａ ｃ ｆｌ ａ ｉ ｄ ｅｅ ｔ ｓａ ａ ｚ ｄ，ａ ｄ ｔｅ ｓ ｅ ｓ ｂ ｒ ｅ ｏ ｏ ｌ ｔ ｏ ｌ ｎ ｈ ｔｃ ｎｃ ｌ ａ ｕｅ ｒｉ ｒｖｎ ｎ ｎ ａ ｃｎ ｗ ｔｕ ｅｄ ｔｃｉｎｐ ｒ ｒ ｎ ｃ ｆ ｅ ｃ ａｔ ｂ ｅ ｅ ｈ ｉａ ｓ ｒｓ ｏ ｍｅ ｆ ｍｐ ｏ ｉｇａ ｄｅ ｈ ｎ ｉｇｌ ａ ｉ ｄ ｅｅ ｔ ｆ ｍａ ｅｏ ａ ｏ — ａ ｄ ｏ ｌ ｔ ｏ ｅ ｏ ｓ ｓ ｓ ｒｄ ‘ ｕ ｔ ｎ ｉ ｎ ｎ ｓｐ ｅｅ ｔｄ． ａ ａ ｉ ｄ ｃ ’ｅ ｖｒ ｍｅ ｔｉ ｒｓ ｎｅ ｒ ｎ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｓａ ｏｓ— ａ ｅ ａ ａ ；ｔ ｏｐ ｅｉ ｕ ｔｅ ａ ｏａｉｎ ｄ ｃ ；ａ ａ ｅｅ ｔ ｎ ａ ｉ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ：ｅ ｃ ａ ｔ ｓ ｄ ｒｄ ｒ ａ ｓｈ ｒ ｄ ｃ； ｖ ｐ ｒｔ ｕ ｔｒｄ ｄ ｔｃｉ ｂｌｙ ｂ ｍ ｃ ｏ ｒ ｏ ｉ
电子 信 息 对 抗 技 术 ・ ２ 卷 第 ７ ２１ ０ ２年 １ 月第 １ 期
李学森 ， 余 健， 邱德厚 岸 基 雷 达 的 大气 波 导特 性 及 其 影 响分 析
７ ３
中图分类号 ：Ｎ ５ ．１ Ｔ ９９ １
文献标 志码 ： Ａ
文章编号 ：６４—２３ （０２ ０ —０７ —０ １７ ２０２ １ ｝１ ０３ ５
Ｐ＝Ｐ （ 一 ）・ ： ０１ １１ ．５ １ ．５ ０ ３ ２ （ —２ ２ ６×１ 一 ｈ ０ ）・ （） ９
电磁波 的传播 轨迹 不发生 弯 曲 ， 沿直 线传播 ， 时 此 大气 无折 射 （ｏ－ ｆｃｏ ） 称 零 折 射 ； ｄ ＜ ｎｎｒｒ ｔｎ 或 ｅａ ｉ Ｍ
１ 引言
雷 达进 行低 空 探 测 时 ， 常会 发 现一 些 电磁 经
信号 ， 给雷达对 目标的识别和定位产生不利影响。 岸 基雷达 在 进 行低 空 探 测 时 ， 遇 到 的外 界 所
环 境 极其 复 杂 ， 气传 播 过 程 中 的吸 收 、 射 、 大 折 多
波的异常传播现象。其 中一种显著的现象是 ： 在 定 的气象条件下 ， 在大气边界层尤其是在近地 层中传播的电磁波 ， 受大气折射的影响 ， 其传播轨
真 实 目标 的检 测 。如何 有 效 地 消 除其 影 响 ， 岸 使 基雷 达低 空探 测 性 能达 到 最 佳 ， 对从 事雷 达 工作
的工 程技 术人 员来说 是 一种挑 战 。
薄层称 为大气波导 层。在合适 的频率和发射 角
下， 大气波导现象使得雷达有可能观测到数倍 于 雷 达正 常探 测距 离 处 的 目标 ， 现 所 谓 的超 视 距 实
岸 基 雷 达 的大气 波 导 特性 及 其 影 响分 析
李 学森 ， 余 健， 邱德厚
（ 中国电子科技集 团公 司第 ３ 研究所 ， ８ 合肥 ２０ ８ ） ３０ ８
摘 要 ： 于低 空探 测 的岸基 雷达 ， 望 能尽 早 准确 判 知低 空威 胁 目标 ， 在 出现 大 气波 导效 应 对 希 但 时， 雷达探 测 性 能往往 会 受其 影响 。从 大 气波 导效 应 的成 因、 类型 以及 传 播 条件 出发 ， 分析 了 大气波导效应对岸基 雷达正常工作的影响， 初步提 出了在 大气波导情 况下改善和提 高岸基 雷
， ｔ１ ） 扎＝， ＋ （
＝
２２ 大气波导形成 条件 ．
对于频率在 １ ０Ｇ ｚ —１０ Ｈ 范围内的电磁波 ， 大 气折射率 Ⅳ可表示成 Ｔ Ｐ ｅ 、 、 之间的函数［ ： ］
＋
（） ３
（ ｍ一１ ×ｌ６ ） Ｏ
（） ４
Ｎ （—）ｌ： （＋ ： ：ｎ ｚ Ｏ Ａ ｐ 譬） ×６
（ ｕ ６ ）
范围内都有效） 。由（） ７式对 ｈ 求导可以得到 ：
ｄＮ
＝
Ａ ３Ｐ
一 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ＡＰ ］ ＋Ｂｅ ８ ［＋ ） Ａ０ （
当大气修正折射率垂直梯度 ＞ ． ７时， ０１ ５
电磁波 的传播 轨 迹 将 背着 地 球 而 凸起 弯 曲 ， 时 此 大气 为 负 折 射 （ ． ｆｃ。 ） 当 ｓｂｒｒ ｔ ； ｅａ ｉ ：ｏ １７时 ， ．５ 当 ＜一０ １７ 电磁 波被 陷获 在大 气 ．５ｍ一时 波导层 内进 行传 播 ， 应 的大 气 条 件 ， ８ 式 可 对 由（ ） 知 ， 中右边 第一 项为 大气压 强 的函数 ， 地 面到 式 从 ｌｋ ｌｍ的大气 高 度 中 ， 压 随 高 度 变化 可 用 式 （ ） 气 ９ 表示 ［ ： ３ ］
中一样 ， 而 形 成 大 气 波 导传 播 。当 因
ｄ Ｎ
＝ 一
ｄ 凡
：ｏ 或 （
０１７ 所 对 应 的 高 度 被 定 为 波 导 高 ．５ｍ一 ）
一
湿度都随高度变化 ， 这种变化通常使大气折射指
数 ｎ随高度增 大而减 小 ， 定 义为 ：
１＝ｃ ｖ ２ ／ （） １
度， 因此 ，Ｎ＝ Ｏ １７ ｄ ．５ｍ一又称 临界折 射 率梯 度 。 表 １ 出了各种 折射类 型 的存 在条 件 。 给
表 １ 各种折射类型的存在条件
式中： Ｃ表示 电磁 波在 真 空 中的传播 速度 ， 表 示 电磁波 在传播 媒介 中的传 播 速度 。通常折 射指 数 的水 平变 化相 对 于 垂直 变 化 可 忽 略 ， 流 层 低层 对
的折射指数 ｎ大约在 １ ０２０ １０００ 之间， ． ０５ 到 ． ４０ ０ ０ 接近 于 １ 。为方便 引入 折射率 ． ｌ： ７ｊ 、 ｒ ｌ
７４
李学森 ， 健， 余 邱德厚 岸基雷达的大气波导特性及 其影响分析
投稿邮箱 ：ｚｘｋｓ ２ ．０ ｄｘｄｊ＠１６ ｃｍ
ｅ ｗ＠ ｍｅ２ ｓ ． ｏ ｉ９． ｃ ｃ ｍ
收、 折射 、 反射和散射的影响。在所有的这些因素
中， 折射 的影 响在 各个频 段上 都是显 著 的 ， 际的 实 大气属 于 不 均匀 介 质 ， 大气 分 层 、 其 压强 、 度 和 温
（） ５
强（ 单位 ：Ｐ）ｅ ｈａ ， 是水气压强 （ 单位 ： ａ ， Ｂ是 ｈ ）Ａ、 Ｐ
经验 常数 （ 中 Ａ：７ ．， 其 ７６ Ｂ＝４ １， １ １０ Ｈ ８０在 ０Ｇ ｚ
对（） ５式求 导 ， 可得修 正折射 率得 梯度 ：
ｄ Ｍ
ｄ ： ＋ ．５ 一ｄ 。 ‘ ７ ０１
（ ４ １ ｅ Ｐ＋下 ０ ） ８
＼ ０ ，
式中： 口为地 球半 径 ， 地球 平 均 半径 为 ６７ｋ 取 ３０ｍ； ｈ是地 面 以上 的高度 ， 位 Ｉ。由 （ ～４式 可得 ： 单 ｎ ２ ）
：Ⅳ＋ ×１６ Ｎ＋０ １７ ０ ．５ ｈ
口
（） ７
＼ ，
式 中 ： 是 绝 对 大气 温 度 （ 位 ： ， 单 Ｋ） Ｐ是 大 气 压
Ｊ ＝（ ７ ｎ—Ｚ ×ｌ６ 、 ， ） Ｏ （） ２
当电磁波传播距离很短时， 可近似认为地球
表面为 平 面 ， 但若 电磁波 传播距 离较 长 时 ， 就必 须 考 虑地球 曲率 的影 响 。此 时 ， 了将 地 球 表 面处 为
理成平面 ， 通常使用进行 了地球曲率修正的大气
修 正折射 指数 ｍ和 大气修 正折 射 率 Ｍ， 它们 的表 达式如 （ ～４式 ： ３ ）