高频波段电离层散射特性研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要高频地波超视距雷达(HFSWOTHR)利用高频垂直极化电磁波能够沿海平面绕射传播的机理，实现对海面舰船目标和低空飞行目标的超视距探测，并可用于海态遥感等各项民用事业。然而，HFSWR中存在天波干扰问题。本文主要研究垂直入射信号穿过电离层，并经电离层散射、折射等一系列的作用，最后被电离层反射回到地面后信号形式的变化。电离层可被看作是分层的随机媒质，处理电波在这种媒质中传播问题的方法主要有几何光学近似法、Born近似方法、Rytov近似法和多相屏方法。本文首先对这几种方法作以介绍，并分析比较了这几种方法

2、的特点及适用范围。几何光学近似又称零波长近似，只有在电波的波长足够小，在和媒质的特征尺寸相比可忽略时才适用:Born近似是用级数来逼近弱起伏问题，Rytov近似是对散射问题的单散射解，它们是在弱起伏条件下对电离层传播问题的近似;而多相屏方法将整个电离层等效成若干个相屏，考虑到了电离层的分层特征，只要选取足够的相屏数就可仿真电波在电离层中传播的实际问题，而且在弱起伏和强起伏情况下都适用。通过上面分析，课题采用了多相屏方法对扰动分层电离层中高频电波的传播问题进行了研究，并对多相屏方法得出的幅度和相位起伏公式作了进一步的推导，提出了用DF

3、T实现的快速算法。基于多相屏方法，在弱起伏和强起伏两种情况下通过仿真实验得出了电离层中高频电波传播的起伏特点。弱起伏情况下信号幅度的起伏近似服从高斯分布，相位起伏也近似服从高斯分布。强起伏情况下信号幅度近似起伏服从威布尔分布，相位起伏近似服从高斯分布，只是起伏值有所加大。由此可见，随着起伏的加剧幅度的概率分布曲线逐渐向零值靠拢，此时己不能用高斯分布来表征信号幅度的起伏特征，而用威布尔分布却能较好地表征信号幅度的起伏特征.我们将实际电离层回波的幅度和相位作统计分析，并和相屏法所得结果进行了比较，发现强起伏下我们仿真所得结果和实际数据基

4、本吻合。最后将仿真所得电离层的这种起伏加到线性调频连续波信号，对其回波进行频谱分析，强起伏下频谱展宽范围大约在一0.2Hz-0.2Hz之间，和实际电离层回波的频谱展宽范围一0.22Hz-0.22Hz基本一致。关键词超视距雷达;电离层;多相屏方法AbstractHighFrequencySurfaceWaveover-the-horizonRadar(HFSWOTHR)takesadvantageofthehighconductivityofseasurfacebyemployingverticallypolarizedradiati

5、oninHFbandtoachievenotonlyover-the-horizon(0TH)detectionofshipsontheseaoraircraftsatalowaltitude,butalsoremotesensingofsea-state.However,thereisskywaveinterferencewhenHFSWRdetectingtargets.Theverticalincidentsignalwhichisscateredandrefractedbyionosphereandeventuallyret

6、urnstogroundisinvestigatedinthispaper.Ionospherecanberegardasastratifiedrandommedium.Therearesomemethodscanbeusedtodealwiththewavepropagationprobleminthismedium.Theyaregeometricalopticsapproximationmethod,Bomapproximationmethod,Rytovapproximationmethodandmultiplephase-

7、screensimulationmethod.Thesemethodsareintroducedinthispaperfirst.Thegeometricalopticsapproximationmethodcanbeappliedonlywhenthewavelengthissoshortthatitcanbeignoredwhencomparedwiththecharacteristicscaleofmedium.WeakscintillationproblemisapproachedusingseriesinBornappro

8、ach.Rytovapproximationissinglescattersolutionofscatterproblem.Theyareapproximationsofwavepropagationproblemundertheas