气象条件会导致无线电信号折射、衰减和超视距传播等电波传播效应.无线电气象学是研究气象环境特性及其对电波传播影响机理的一门交叉学科，是电波传播研究的重要领域.无线电气象学随着电波传播、气象和相关信息技术的发展而不断取得新的研究进展，为电波传播的更可靠预测和无线电系统的应用提供了可靠的数据和机理支撑.本文对全球数字地图、无线电参数遥感和短期预报等方面的研究进展进行了综合论述，并对无线电气象相关方向的发展给予了展望.

大气波导是一种可以实现超短波、微波频段超视距远距离传播的特殊超折射大气层状结构.文中对大气波导的研究现状进行了综合论述，重点包括大气波导的探测方法研究、机理分析和诊断方法研究、预报方法研究、传播评估和应用研究几方面的介绍，同时对大气波导各个方面的研究现状进行了一些思考，并给出了一些发展方向建议.目前大气波导的准确探测尤其是区域和水平不均匀性探测还很薄弱，机理研究和诊断、预报研究远远不能满足信息系统实际应用的需求，研究已经遇到瓶颈，亟待发展和突破.同时文中也指出了大气波导对电子信息系统是有利有弊的，在大气波导应用方面要"扬长避短"，在对大气波导规律研究透彻的基础上，给出利用方案和防范方案，更好地为人类服务.

基于2017年11月26日至2018年5月31日海上平台采集的气象数据，结合海气边界层耦合海洋-大气响应试验算法，引入稳定条件下发展的普适函数，计算了动量通量、感热通量、潜热通量、蒸发波导高度，并对海气界面通量与蒸发波导高度的相关性进行分析.结果表明：动量通量位于-0.5~0 N/m²，感热通量位于-10~5 W/m²，潜热通量位于0~300 W/m²，蒸发波导高度位于0~25 m；蒸发波导高度与动量通量相关系数为-0.23，与感热通量相关系数为-0.05，与潜热通量相关系数为0.77；蒸发波导高度与潜热通量的相关系数在稳定条件下为0.73，在中性条件下为0.93，在不稳定条件下为0.95.这些分析结果可为揭示海上不同大气条件下的蒸发波导形成机理提供有力支撑.

为了更精确地掌握南海海域大气波导的统计特征，详细分析了大气折射率关于温度、湿度和压强的敏感性，并在此基础上利用2006—2010年南海航次GPS探空资料对该海域表面波导和悬空波导的发生概率和波导特征参数进行了统计分析.结果表明：表面波导年平均发生概率基本在20%以下，波导顶平均高度约为167 m，陷获层厚度一般不超过30 m，强度介于4.5~9.6 M，年度平均值为7.5 M；悬空波导年平均发生概率接近50%，波导顶高度一般介于1 100~1 300 m，陷获层厚度比表面波导略高，平均厚度为32.8 m，强度平均值与表面波导相当，但跨度比表面波导要小得多.统计分析结果可为南海区域舰载无线电系统的运行保障提供参考.

利用泰勒级数近似的射线追踪算法，针对1 000 km范围内的超视距目标时差定位系统进行传播路径仿真建模，计算分析了不同波导环境下的差分时延误差和多径相对时延，评估了时差定位系统对大气波导超视距目标的时延差精度.计算结果表明，由于大气折射环境随距离的变化，无源定位系统的差分时延误差会随着通信距离的增大而增大.当系统通信距离达到近1 000 km时，较强的表面波导环境可使差分时延误差达到近30 ns，多径相对时延可达近20 ns；蒸发波导可使时延误差达近40 ns，多径相对时延同样可达近20 ns.通过对实际波导环境超视距链路时延效应的定量分析，为无源时差定位系统的工作性能和参数设计提供了环境保障和技术支撑.

大气波导会严重影响广播系统的播出质量和服务可靠性，然而目前对内陆大气波导出现情况的研究关注度不够，国内也未见其对广播系统影响研究的公开报导.本文选择武汉地区代表亚热带季风气候区，研究其大气波导环境特性及对广播频率的影响.基于无线电气象原理，给出了武汉地区2017—2019年波导环境特征的研究结果，包括波导的出现概率、结构特征和影响的无线广播频率等.结果表明这三年武汉地区大气波导出现概率可达到28%，对FM频段的广播频率影响概率达到13%以上.基于抛物型方程方法，对标准大气和典型波导事件大气条件下的武汉-信阳路径上92.7 MHz电波传播特性进行了数值模拟，得到了武汉发射站到信阳的功率分布，在距武汉85 km的位置和在距武汉172 km的信阳，近地表0~100 m信号功率可以提高6.12 dBm以上.本文研究说明内陆大气波导对无线广播系统可产生严重影响，为有关研究提供了可信的参考依据.

为了探究复杂大气环境对电波传播产生的影响，设置相干声波扰动大气影响电波传播的实验，验证了声波扰动大气的可行性；将相干声波扰动大气理论进行合理推演，结合抛物型算法，仿真了大规模可控声阵列扰动的蒸发波导下的电波传播损耗，结果表明相干声波扰动蒸发波导引起明显的传播损耗变化.本文研究为定量改变大气环境电磁特性提供了重要的理论基础，对解决5G面临蒸发波导带来的干扰、超远程视距传播等都有重要意义.

远海悬空波导陷获层底的位置通常与边界层浅云的云顶有很好的对应，气溶胶与边界层浅云的相互作用及其产生的辐射强迫将改变悬空波导的结构.文中利用天气预报-化学（weather research and forecasting-chemistry，WRF-Chem）模式通过设计不包含完整气溶胶-云-辐射的EXP0试验（相当于WRF模式）和包含完整气溶胶-云-辐射相互作用（即气溶胶直接和间接效应）的EXP1试验，对2016年5月观测到的一次珍贵的远海高压型超强悬空波导过程进行了模拟分析.结果表明：远海高压天气形势下，EXP1试验模拟的由气溶胶活化后形成的云滴数浓度比EXP0试验云滴数浓度预设常值（100个cm^-3）偏低；当伴随边界层浅云出现时，EXP1试验模拟的波导顶高和强度较EXP0试验更接近于实测；夜间进行的3次观测位于高压中心附近的无云区，此时气溶胶的直接和间接效应均可忽略，因此两组试验模拟的差异极小.这一结果从侧面说明，在有边界层浅云出现的远海区域，包含完整气溶胶-云-辐射效应的WRF-Chem模式有利于提高悬空波导特征量的模拟效果.

海上大气折射率环境是影响电磁波传播、目标探测准确性的关键因素之一.文中利用南海的GPS探空数据评估了ERA-I（ERA-Interim）再分析数据计算的大气折射率，结果表明：3 000 m以下修正大气折射率整体标准差为9.2 M单位，相对误差为1.4%；在分布上修正大气折射率误差在低层偏小，并且会发生小幅震荡，边界层顶以上偏大，这与大气层内水汽分布密切相关，相关系数为0.94.此外两种数据识别的波导参数中，波导高度拟合斜率接近1，最准确；波导厚度和强度斜率不到0.5，波导厚度偏厚，而强度偏小.说明ERA-I再分析数据是较为可靠的数据源，可用来研究海上大气折射环境特性.

近地面大气折射率梯度是影响无线电系统性能的重要因素.为研究近地面折射率梯度与地面气象参数温湿压的关系，利用太原地区1986—1995年的探空数据，拟合出近地面折射率梯度与地面气象参数的关系模型.拟合分析结果表明：太原地区近地面1 km高度处折射率梯度与地面气象参数的线性关系优于与地面折射率的指数关系；从与地面气象参数的线性模型中可以直观地看出折射率梯度受地面温湿压影响的权重.通过研究近地面折射率梯度与地面气象参数的统计关系，可更快捷地通过地面温湿压评估近地面无线电视距，从而进一步为大气折射的研究提供支持，为优化无线电系统规划设计提供支撑.

针对海洋上空大气折射环境影响下岸基俯视雷达信号的舰载机动接收有效方法进行了系统研究.根据实际需求，建立俯视雷达信号在海洋上空传播的物理模型，通过射线追踪法结合Hopfield折射率剖面模型，仿真计算获得了大气折射影响下的电波实际传播路径，并与Ray-VT射线追踪软件的计算结果进行比对，四种发射参数下的水平距离相对偏差分别为-0.002%、-0.041%、-0.029%、-0.007%，初步说明了电波传播路径仿真的准确性.经过仿真，发现海洋上空大气折射环境对岸基俯视雷达信号的舰载接收有很大影响，必须对接收位置和接收仰角加以修正.

利用安徽省2017—2019年81个国家级气象站实测分钟降雨率资料，统计站点分钟降雨率累积分布，对安徽省分钟降雨率的时空分布特征进行分析，并将实测降雨率与ITU降雨率模型预测结果进行对比.结果表明：安徽省山区的分钟降雨率累积分布整体上高于其他地区，淮北平原东部在小于0.03%时间概率点时呈现出较高分钟降雨率累积分布；山区受地形降雨影响，高海拔处分钟降雨率总体上高于低海拔处；平原地区的R（0.01）年际变化较其他地区显著；2017年、2018年和2019年的降雨最坏月份分别为8月、7月和6月.实测分钟降雨率分布与ITU模型预测结果总体上保持一致，在0.03%时间概率点以内，模型预测结果整体偏低；在淮北平原和山区高海拔处，模型预测结果误差较大.

为了提升利用微波链路网反演降雨场的效果，针对实际通信基站设计了不同链路数、不同结构的微波链路网，利用基于CT成像原理和Tikhonov正则化原理的降雨场层析模型开展了微波链路网反演降雨场的仿真实验，分析不同微波链路网对反演结果的影响.实验结果表明：不同结构的微波链路网对于不同降雨场具有不同的反演效果，各种微波链路网反演结果的平均偏差和平均绝对偏差均在1.25~4.76 mm/h，平均绝对百分比偏差在3.10%~9.70%，图像质量指标（universal quality index，UQI）值在0.711~0.955；链路数量越多、密度越大、分布越均匀的链路网，反演效果越好.该工作为下一步开展微波链路降水观测网的实际构建和优化提供了技术基础，对于进一步提升气象、水文领域的强降水监测效果具有实际价值.

为降低飞机飞行时的积冰风险，利用模糊逻辑算法和神经网络算法对云雷达联合微波辐射计探测数据进行水凝物分类研究.研究结果表明，两种算法均能有效地完成水凝物分类：模糊逻辑算法对退极化比极为敏感；神经网络算法可以区分水凝物是否存在和进行小粒径粒子分类，但对大粒径非球形粒子不敏感.本研究可从水凝物类型的角度对飞机积冰提供预警服务.

为缓解星载微波辐射计探测资料在低频6.9 GHz波段的无线电频率干扰（radio frequency interference，RFI），第二代先进的微波扫描辐射计（advanced microwave scanning radiometer-2，AMSR-2）在AMSR-E通道设置的基础上增加了中心频率为7.3 GHz的两个极化通道.除此之外，AMSR-2在硬件方面将天线反射器的直径由1.6 m扩大为2.0 m，并减小了各通道的波束宽度.本文基于AMSR-E 2010-10—2011-09（AMSR-E工作最后一年）和AMSR-2 2012-08—2013-07（AMSR-2工作第一年）、2016-08—2017-07（AMSR-2工作四年后）长时间序列的观测资料通过平均值标准差法识别全球陆地6.9 GHz和7.3 GHz通道的无线电频率污染.研究结果表明，AMSR-2 7.3 GHz观测资料中识别出的RFI污染像元数量上远小于AMSR-E 6.9 GHz观测资料中受污染像元个数，尤其是美国和日本地区，体现了新增通道对RFI的有效缓解.AMSR-2在硬件方面的改进增大了主波束效率，提高了空间分辨率；与AMSR-E共有的6.9 GHz通道相比，全球RFI从出现范围和强度上都有所减小.

通过无线电气象参数可以获得影响无线电波变化的气象参数变化规律.为研究各种气象变化对无线电波的影响，对无线电气象参数进行准确测量和数据的远程传输与管理，提出了一种基于LoRa的无线电气象参数集成监测系统.系统以LoRa技术为核心进行自组网设计，采用北斗短报文技术进行远距离通信.气象监测节点采用低功耗的STM32微处理器，通过移植uCOS-III实时操作系统来实现多传感器集成模块的多任务调度，远程终端采用Qt设计了配套的上位机软件进行无线电气象参数实时处理分析.实测结果表明，在通信距离小于2 km时，LoRa数据传输丢包率小于10%，上位机软件可准确显示并存储无线电气象数据.系统具有稳定可靠、集成度高、组网便捷、通信距离远等特点，可以实现对复杂环境中无线电气象参数的实时采集和远程管理，这为气象学研究提供了有效的无线电气象参数数据.

针对以电离层模型为参考的电离层重构算法对模型依赖性强、计算复杂、适应性不强的问题，提出了一种不依赖于参考模型的电离层区域重构算法，其仅依靠区域内的采样数据对区域电离层分布进行重构.该算法首先根据重构区域覆盖范围内分布的多个垂测站实测的f_cF₂，构造经度因子、纬度因子与f_cF₂关系式，重构出区域内任一点的f_cF₂；然后选取一个垂测站为基准，构造基准站f_cF₂、f_cF₁与重构对应点的f_cF₂扩展因子的关系式，以及重构距离点上任一高度上的等离子体频率与扩展因子、基准站f_cF₁的关系式，通过该扩展因子及关系式即可得到区域内的电子浓度情况.与均匀电离层假设下合成的斜测描迹相比，本文重构方法合成的斜测描迹更接近真实值，且试验表明其进一步提升了电离层重构的精度.

高分辨率是合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）成像技术的重要指标.由于加速度的存在，SAR平台呈现曲线运动轨迹.结合SAR系统几何模型，提出了一个曲线运动轨迹斜距模型及其Taylor展开式，推导了曲线SAR回波信号精确的二维频谱表达式.复杂的斜距历程导致SAR回波信号产生了更为复杂的高阶二维耦合现象，利用Legendre正交多项式分解二维频谱，以解除耦合现象，由此推导出相应的频域算法，得到良好的聚焦效果.通过与Taylor展开二维频谱频域算法的仿真结果对比，Legendre多项式改善了聚焦性能.

基于弱电离尘埃等离子体微波衰减理论开展了微波在弱电离尘埃等离子体中传输的实验研究.用矢量网络分析仪记录了4~6 GHz频率的微波在弱电离尘埃等离子中的传输衰减，实验结果与弱电离尘埃等离子体微波衰减理论计算结果较好地吻合，验证了弱电离尘埃等离子体微波衰减理论的可靠性.理论的验证对建立弱电离尘埃等离子体内部参数测量的新方法具有重要意义.

为满足星载测控通信的需求，在充分借鉴国内外中继卫星技术方案基础上，提出了一种S频段测控接入一体化的设计方案.系统采用前向射频空间波束形成，返向星上数字波束形成（digital beamforming，DBF）技术方案.仿真结果表明，该方案的前向有效全向辐射功率（effective isotropic radiated power，EIRP）、返向增益/温度（gain/temperature，G/T）值均能满足系统通信的要求，测控波束和接入波束共用部分射频通道，后端信号合并处理，实现了一体化的设计目标.该方案具有天线增益高、灵活性好等特点，为多用户测控提供了一种新的解决方案.