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一种水平不均匀反常大气折射环境反演方法

刘成国 周鸿锟 胡文韬 段开源 程润生 黄立峰 郭相明 王红光 蔡红涛

刘成国,周鸿锟,胡文韬,等. 一种水平不均匀反常大气折射环境反演方法[J]. 电波科学学报,2022,37(2):222-228. DOI: 10.12265/j.cjors.2021268
引用本文: 刘成国,周鸿锟,胡文韬,等. 一种水平不均匀反常大气折射环境反演方法[J]. 电波科学学报,2022,37(2):222-228. DOI: 10.12265/j.cjors.2021268
LIU C G, ZHOU H K, HU W T, et al. An inversion method of anomalous atmospheric refractive environment[J]. Chinese journal of radio science,2022,37(2):222-228. (in Chinese). DOI: 10.12265/j.cjors.2021268
Citation: LIU C G, ZHOU H K, HU W T, et al. An inversion method of anomalous atmospheric refractive environment[J]. Chinese journal of radio science,2022,37(2):222-228. (in Chinese). DOI: 10.12265/j.cjors.2021268

一种水平不均匀反常大气折射环境反演方法

doi: 10.12265/j.cjors.2021268
基金项目: 国家重点研发计划(2018YFF01013702);电波环境特性及模化技术重点实验室基金(614240301011801)
详细信息
    作者简介:

    刘成国:(1966—),男,河南人,武汉理工大学教授,博士,研究方向为电波传播与天线、电磁场与微波技术

    周鸿锟:(1997—),男,武汉人,武汉理工大学理学院硕士研究生,研究方向为天线与电波传播

    胡文韬:(1995—),男,湖北人,硕士,研究方向为电波传播

    段开源:(1995—),男,湖北人,硕士,主要研究方向为无线通信

    程润生:(1999—),男,湖北人,硕士研究生,研究方向为电波传播

    黄立峰:(1988—),男,河南人,博士研究生,工程师,主要研究方向为电波传播、大气波导等

    郭相明:(1981—),男,河南人,中国电波传播研究所工程师,研究方向为无线电气象

    王红光:(1980—),男,河南人,博士,研究方向为电波环境和特性及其应用

    蔡红涛:(1976—),男,湖北人,博士,教授,研究方向为电波传播环境

    通讯作者:

    刘成国 E-mail: liucg@whut.edu.cn;胡文韬 E-mail: 903306282@qq.com

  • 中图分类号: TN011

An inversion method of anomalous atmospheric refractive environment

  • 摘要: 针对反常传播中的水平不均匀大气折射率环境反演问题,提出了一种用于跨海微波超视距远距离电路观测场景和信息的反演方法。该方法基于原理要求的全面分析,用粒子群算法进行优化实现反演,确定了海岸-海面-海岸下垫面和近海面复合大气剖面模型,给出了粒子群算法的剖面参数粒子、搜索空间、搜索方法以及适用的适应性函数。研究结果表明,本文方法能够有效反演出水平均匀和不均匀大气环境,且反演结果具有实测剖面的特征,在研究场景中贴地波导高度的误差可低至9.4%。
  • 图  1  试验观测场景和4条传播线路

    Fig.  1  Scenario of test and its 4 transmission lines

    图  2  复合修正大气折射率M剖面模型

    Fig.  2  Hybrid M profile of the complex atmospheric environment

    图  3  反演的粒子群算法基本流程

    Fig.  3  Basic flowchart of the particle swarm inversion algorithm

    图  4  试验附近海域温度和盐度分布

    Fig.  4  Sea surface temperature and salinity in the sea area near the test

    图  5  反演的水平均匀大气M剖面及其适应度变化

    Fig.  5  Inversed M profile and variation of fitness function with iteration for horizontal homogeneous atmosphere

    图  6  反演的水平不均匀大气M剖面及其适应度变化

    Fig.  6  Inversed M profile and variation of fitness function with iteration for horizontal inhomogeneous atmosphere

    表  1  反演参数粒子及其搜索区间

    Tab.  1  Particles of inversed parameter and its searching range

    ici,minci,maxvi,minvi,max
    1040−2020
    2280500−100100
    30.1760.400−0.10.1
    40100−2020
    5−0.40−0.10.1
    60100−2020
    7N0/HN+0.1570.157−0.10.1
    下载: 导出CSV

    表  2  反演剖面参数和实测数据对比

    Tab.  2  Comparison of inversed profile parameters with radio sounding

    i水平均匀
    反演剖面
    水平不均匀反演剖面实测剖面
    剖面1剖面2剖面3剖面4
    137.140040.000000
    2489.110472.430490.750474.310491.740423.120
    30.3000.3000.1270.1760.300-
    4010.900020.46821.3200
    5−0.311−0.4000−0.120−0.070−0.650
    630.16064.54012.23076.26067.05078.000
    70.1190.1570.1570.1070.1120.107
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘成国. 对流层传播研究中的大气探测技术[J]. 电波与天线,1997(2):21-25.
    [2] 刘立行, 李煜斌, 高志球, 等. 4 种蒸发波导模型的对比与分析[J]. 气象科学,2019,39(1):78-92.

    LIU L X, LI Y B, GAO Z Q, et al. Comparison and analysis of four kinds of evaporation duct model[J]. Journal of the meteorological sciences,2019,39(1):78-92. (in Chinese)
    [3] MARINO P, MACHADO F, FONTAN F P, et al. Hybrid distributed instrumentation network for integrating meteorological sensors applied to modeling RF propagation impairments[J]. IEEE transactions on instrumentation and measurement,2008,57(7):1410-1421. DOI: 10.1109/TIM.2008.915451
    [4] GERSTOFT P, HODGKISS W S, ROGERS L T, et al. Probability distribution of low-altitude propagation loss from radar sea clutter data[J]. Radio science,2004,39(6):1-9.
    [5] PALLARES J M, RUFFINI G, RUFFINI L. Ionospheric tomography using GNSS reflections[J]. IEEE transactions on geoscience and remote sensing,2005,43(2):321-326. DOI: 10.1109/TGRS.2004.841253
    [6] WANG B, WU Z S, ZHAO Z W, et al. A passive technique to monitor evaporation duct height using coastal GNSS-R[J]. IEEE geoscience and remote sensing letters,2011,8(4):587-591. DOI: 10.1109/LGRS.2010.2096456
    [7] ZHANG H X, YUAN Y B, WEI L, et al. A real-time precipitable water vapor monitoring system using the national GNSS network of China: method and preliminary results[J]. IEEE journal of selected topics in applied earth observations and remote sensing,2019,12(5):1587-1598. DOI: 10.1109/JSTARS.2019.2906950
    [8] 张金鹏, 吴振森, 赵振维, 等. 基于不同天线高度雷达海杂波的蒸发波导反演[J]. 电波科学学报,2011,26(3):422-430. DOI: http://www.cjors.cn/article/id/1375

    ZHANG J P, WU Z S, ZHAO Z W, et al. Evaporation duct inversion based on radar sea clutters from different antenna heights[J]. Chinese journal of radio science,2011,26(3):422-430. (in Chinese) DOI: http://www.cjors.cn/article/id/1375
    [9] ZHOU H, CHABORY A, DOUVENOT R. A 3-D split-step Fourier algorithm based on a discrete spectral representation of the propagation equation[J]. IEEE transactions on antennas and propagation,2017,65(4):1988-1995. DOI: 10.1109/TAP.2017.2671018
    [10] HARDIN R H, TAPPERT F D. Applications of the split-step Fourier method to the numerical solution of nonlinear and variable coefficient wave equations[J]. SIAM review chronicle,1973,15:423.
    [11] CRAIG K H, LEVY M F. Parabolic equation modelling of the effects of multipath and ducting on radar systems[J]. IEE proceeding part F: radar signal processing,1991,138(2):153-162. DOI: 10.1049/ip-f-2.1991.0021
    [12] APAYDIN G, SEVGI L. The split-step-Fourier and finite-element-based parabolic-equation propagation-prediction tools: canonical tests, systematic comparisons, and calibration[J]. IEEE antennas and propagation magazine,2010,52(3):66-79. DOI: 10.1109/MAP.2010.5586576
    [13] XU S, RAHMAT-SAMII Y. Boundary conditions in particle swarm optimization revisited[J]. IEEE transactions on antennas and propagation,2007,55(3):760-765. DOI: 10.1109/TAP.2007.891562
    [14] PASTORINO M. Stochastic optimization methods applied to microwave imaging: a review[J]. IEEE transactions on antennas and propagation,2007,55(3):538-548. DOI: 10.1109/TAP.2007.891568
    [15] YAN X, LIANG C, JIANG Y, et al. A deep learning approach to improve the retrieval of temperature and humidity profiles from a ground-based microwave radiometer[J]. IEEE transactions on geoscience and remote sensing,2020,58(2):8427-8437.
    [16] TEPECIK C, NAVRUZ I. A novel hybrid model for inversion problem of atmospheric refractivity estimation[J]. AEU-international journal of electronics and communications,2018,84:258-264. DOI: 10.1016/j.aeue.2017.12.009
    [17] TARANTOLA A. Inverse problem theory: methods for data fitting and model parameter estimation[M]. Amsterdam: Elsevier Science Pub. Co. , 1987: 613.
    [18] 胡文韬, 刘成国, 蔺发军, 等. 武汉大气波导出现特征及其对调频广播的影响[J]. 电波科学学报,2020,35(6):856-867. DOI: http://www.cjors.cn/cn/article/doi/10.13443/j.cjors.2020071402

    HU W T, LIU C G, LIN F J, et al. Characteristics of atmospheric ducts and its impacts on FM broadcasting in Wuhan[J]. Chinese journal of radio science,2020,35(6):856-867. (in Chinese) DOI: http://www.cjors.cn/cn/article/doi/10.13443/j.cjors.2020071402
    [19] MATSKO I J, HACKETT E E. Impact of radar data sampling on the accuracy of atmospheric refractivity inversions over marine surfaces[J]. Radio science,2019,54(7):704-714. DOI: 10.1029/2018RS006757
    [20] 郭相明, 刘永胜, 赵栋梁, 等. C波段蒸发波导传播衰落特征的试验研究[J]. 电波科学学报,2019,34(5):622-627. DOI: http://www.cjors.cn/cn/article/doi/10.13443/j.cjors.2018081901

    GUO X M, LIU Y S, ZHAO D L, et al. Experimental study on fading characteristics in the evaporation duct propagation at C band[J]. Chinese journal of radio science,2019,34(5):622-627. (in Chinese) DOI: http://www.cjors.cn/cn/article/doi/10.13443/j.cjors.2018081901
    [21] VALTR P, PECHAČ P, Tropospheric refraction modeling using ray-tracing and parabolic equation[J]. Radio engineering, 2005, 14(4): 98-104.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-26
  • 录用日期:  2021-12-23
  • 网络出版日期:  2021-12-23

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