何显鹏
92515部队 辽宁葫芦岛 125000
摘要：大气波导环境对雷达系统和通信系统有很大的影响，而对于海上大气经常出现的超折射和大气波导环境来说，如果能够准确、可靠地预报大气波导条件下雷达对远距离目标的低仰角跟踪定位时的仰角误差和高度误差，在军事上将具有重要意义。本文论述了形成大气波导的气象条件和雷达条件，给出了受大气环境影响的雷达测量值大气折射误差及修正的计算公式，提出了在实际应用中对大气波导的测量和雷达探测性能的影响分析。
关键词：大气波导；雷达探测；大气折射率梯度
1 引言
海洋大气环境对舰载雷达探测、通信、电子侦察和干扰设备的使用有着显著的影响。其影响主要通过大气环境影响电磁波的传播而产生的，尤其是大气波导造成的电磁波异常传播对电子设备的影响尤为突出。所谓的大气波导是指：电磁波受大气折射的影响，传播轨迹将发生弯曲，正常折射条件下电磁波在大气中是弯向地球的，当弯向地球的电磁波轨迹的曲率超过地球的曲率时，电磁波将部分陷获在地球和一定高度的大气层内传播，就如同电磁波在金属波导中传播一样，这种现象就是大气波导现象。大气波导现象是普遍存在的自然现象，大气波导现象的出现，改变了电磁波的正常传播特性，其中最明显特征是使电磁波传播的衰减大大减小，从而使主动雷达探测区和被动雷达截获区的特征发生变化，同时也造成了雷达测量参数误差的增加。
2 大气波导概述
大气折射指的是电磁波在大气介质中传播的弯曲特性，其折射程度用折射指数n来衡量，定义为电波在自由空间中的传播速度c与介质中的传播速度v的比值：
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其中是平均地球半径（6371km）；为海拔高度（m）。
真实大气中四种典型的大气折射效应及条件如图1所示：
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式中，ht为低层大气与电离层分界的海拔高度60km；a为地球平均半径；h0为雷达天线海拔高度；n0为h0处的折射指数；θ0为目标的视在仰角；h为电波射线上某点的海拔高度；n为h处的折射指数。
目标的视在距离为，当时，目标在低层大气内，由
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对于低层大气折射率为指数模式且电离层对折射影响可忽略的情况，在高仰角且目标很远时，距离误差与仰角误差的关系为
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式中，为指数衰减率，为目标的视在仰角。
4.4折射误差修正仿真分析
在异常折射类型中，次折射的发生概率很小，可以忽略。超折射和大气波导的发生概率相对较高。大气波导可分为蒸发波导、表面波导和悬空波导三种，其中蒸发波导的发生概率最高，但其高度一般低于雷达高度（平均在十几米），当雷达的高度在150米以上，受蒸发波导影响很小，可以忽略。因此主要考虑超折射、表面波导和悬空波导这三种环境，利用气象探空数据计算得到的四种典型折射类型的修正折射率剖面进行对比。
在零度角附近的低仰角处，异常大气环境下的折射误差与正常大气相比有显著差别，尤其是与折射率梯度相关的仰角误差和高度误差。其中，表面波导和悬空波导环境下，0°仰角的电波射线被波导捕获，无法正常探测到目标。0.1°以上仰角穿出波导层，波导环境下的折射率梯度只在200m以下呈现较大差别，因此对0.3°以下的低仰角折射误差影响较大，仰角较高时区别不大。超折射环境下的折射率梯度绝对值一直较大，因此其折射误差要明显大于其它折射环境。
由以上分析可以得到，海上大气经常出现的超折射和大气波导环境会显著影响雷达对远距离目标的低仰角跟踪定位，尤其是超折射环境下的雷达仰角误差和高度误差会明显高于正常大气。通过仿真分析异常大气折射环境条件下的雷达探测仰角、高度和距离误差，表明其误差特别是仰角和高度误差远大于正常大气折射条件下的结果。舰载雷达的电磁波在标准大气环境下所测量的距离和高度误差均很小，不用对其修正。而在大气形成表面波导或抬升波导且满足陷获传播条件时，距离误差很小，可以为舰载武器提供目标指示，而高度测量和仰角测量误差较大，必须加以修正才能满足舰载武器防空和反导的需要。
5 结束语
本文重点讨论了近海面大气波导对雷达探测性能的影响，可使雷达发现目标的距离增大，实现超视距探测，有益于军事应用，提高作战效能。这是非常有利的一面，应该进行全面系统的研究并加以充分利用。但是同时还应该注意到，大气波导在增大雷达发现目标距离的同时，也增大了雷达测距、测高和测角的误差，而且由于大气波导出现的条件非常复杂，要准确修正测距、测高和测角的误差是很困难的，而这又有可能降低导弹武器的命中率。另外，大气波导还可使雷达探测出现大面积的盲区，这个现象对观测海面目标影响不大，但对观测空中目标时可能会漏测目标。大气波导对雷达探测产生的不利影响，也应该引起使用者的足够重视。
参考文献：
[1]姚展予.大气波导特征分析及其对电磁波传输的影响[j].气象学报.
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