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近海面蒸發波導理論模型與特性 版權信息
- ISBN：9787121445941
- 條形碼：9787121445941 ; 978-7-121-44594-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
近海面蒸發波導理論模型與特性 本書特色
本書可供通信工程、雷達工程、電子對抗、頻譜監測、海洋工程、海洋監測、海洋開發等領域的科研教學人員、研究生和本科生參考。 本書系統地介紹了近海面蒸發波導的理論模型與特性
近海面蒸發波導理論模型與特性 內容簡介
本書系統地介紹了近海面蒸發波導的理論模型與特性。全書共12 章，內容包括緒論、蒸發波導的基本概念、 蒸發波導預測模型、蒸發波導高度時空分布規律、蒸發波導環境特性實時監測及短期預報方法、蒸發波導與海水蒸發量的關系、蒸發波導中的電磁波傳播模型、海洋蒸發波導中的電磁波傳播特性、蒸發波導數據傳輸系統、蒸發波導反演方法、基于BP 神經網絡算法的蒸發波導預測模型、蒸發波導環境特性數據庫軟件。本書融入了作者團隊10 余年來在蒸發波導方面的科研成果，納入了作者團隊在國內外重要期刊上發表的20 余篇論文，同時也參考了少量國內外相關的研究成果。
近海面蒸發波導理論模型與特性 目錄
目 錄
第1 章 緒論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．1 蒸發波導的研究背景與意義 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．2 蒸發波導的研究歷史和現狀 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．5
1．2．1 蒸發波導修正折射率剖面的測量方法和預測模型研究 ????????????????????????????????????????????????．7
1．2．2 蒸發波導高度時空分布規律研究 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．10
1．2．3 蒸發波導環境特性實時監測及短期預報方法研究 ????????????????????????????????????????????????????????．12
1．2．4 蒸發波導中的電磁波傳播理論和傳播模型研究 ??????????????????????????????????????????????????????????????．14
1．2．5 蒸發波導對船載電子系統的應用影響研究 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????．16
1．3 本書的主要內容 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．16
本章參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．18
第2 章 蒸發波導的基本概念 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．24
2．1 對流層折射 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．24
2．1．1 球面分層大氣中的折射定律 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．24
2．1．2 射線的曲率半徑 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．25
2．1．3 折射的分類 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．26
2．1．4 修正折射率 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．28
2．2 對流層大氣波導的分類 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．29
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．30
本章參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．30
第3 章 蒸發波導預測模型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．1 大氣運動的基本概念 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．1．1 大氣運動的基本方程 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．1．2 大氣中尺度環流 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．1．3 莫寧-奧布霍夫相似理論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．32
3．2 蒸發波導預測模型――PJ 模型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．33
3．2．1 PJ 模型的基本理論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．33
3．2．2 計算機仿真結果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．35
3．3 蒸發波導預測模型――偽折射率模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．37
3．3．1 偽折射率模型的基本理論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．37
3．3．2 計算機仿真結果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．40
3．4 蒸發波導預測模型――NPS 模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．41
3．4．1 NPS 模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．42
3．4．2 NPS 模型在穩定條件下的改進 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．44
3．5 蒸發波導高度對氣象要素的敏感性分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．46
3．6 冷空氣條件下不同蒸發波導預測模型的對比 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．48
3．6．1 4 種蒸發波導預測模型的對比 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．49
3．6．2 冷空氣條件下的電磁波傳播實驗 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．56
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．63
本章參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．63
第4 章 蒸發波導高度時空分布規律 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．65
4．1 蒸發波導統計分析的方法與數據源 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．65
4．2 世界海洋蒸發波導高度的時空分布規律及其成因分析 ????????????????????????????????????????????????????????????．70
4．2．1 世界海洋蒸發波導高度的時空分布規律 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．70
4．2．2 世界海洋蒸發波導高度的時空分布規律的成因分析 ??????????????????????????????????????????????????．74
4．3 西太平洋蒸發波導高度的時空分布規律及其成因分析 ????????????????????????????????????????????????????????????．77
4．3．1 西太平洋蒸發波導高度的時空分布規律 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．77
4．3．2 西太平洋蒸發波導高度的時空分布規律的成因分析 ??????????????????????????????????????????????????．82
4．4 中國南海蒸發波導高度的時空分布規律及其成因分析 ????????????????????????????????????????????????????????????．87
4．4．1 中國南海蒸發波導高度的時空分布規律 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．88
4．4．2 中國南海蒸發波導高度的時空分布規律的成因分析 ??????????????????????????????????????????????????．94
4．5 亞丁灣蒸發波導高度的時空分布規律及其成因分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????．96
4．5．1 亞丁灣蒸發波導高度的時空分布規律 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．97
4．5．2 亞丁灣蒸發波導高度的時空分布規律的成因分析 ??????????????????????????????????????????????????????．104
4．6 蒸發波導高度時空分布規律的實驗驗證 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．106
4．6．1 海上實驗概況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．106
4．6．2 海上實驗結果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．107
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．108
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．109
第5 章 蒸發波導環境特性實時監測及短期預報方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．110
5．1 蒸發波導環境特性實時監測方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．110
5．1．1 蒸發波導環境特性實時監測方法概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．110
5．1．2 船載氣象觀測系統的組成及其測量數據的可靠性分析 ??????????????????????????????????????????．111
5．1．3 蒸發波導預測模型對氣象參數誤差敏感性分析 ????????????????????????????????????????????????????????????．116
5．1．4 傳感器類型選擇及其安裝位置建議 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．122
5．2 蒸發波導環境特性短期預報方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．123
5．2．1 基于GFS 數據的蒸發波導環境特性短期預報方法 ????????????????????????????????????????????????????．123
5．2．2 基于WRF 模型的蒸發波導環境特性短期預報方法 ??????????????????????????????????????????????????．126
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
第6 章 蒸發波導與海水蒸發量的關系 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．132
6．1 概述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．132
6．2 數據和方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．133
6．2．1 數據??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．133
6．2．2 數據處理與分析方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．135
6．3 蒸發波導高度和蒸發量關系的定性分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．135
6．3．1 蒸發波導高度和蒸發量時空演變的基本特征 ??????????????????????????????????????????????????????????????????．135
6．3．2 蒸發波導高度和蒸發量經驗正交函數分析結果 ????????????????????????????????????????????????????????????．137
6．3．3 海面風速和海水表面溫度的相對影響分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????．140
6．4 通過蒸發量定量估算蒸發波導高度 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
6．4．1 氣海環境因素的敏感性分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
6．4．2 定量關系的統計分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．146
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．150
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．150
第7 章 蒸發波導中的電磁波傳播模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．153
7．1 射線追蹤模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．153
7．1．1 射線追蹤模型簡介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．153
7．1．2 射線及幾何光學的基本原理 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．153
7．1．3 射線追蹤模型的推導 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．154
7．2 拋物方程模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．156
7．2．1 拋物方程簡介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．156
7．2．2 拋物方程模型的推導 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．156
7．2．3 拋物方程的解法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．159
7．2．4 邊界條件、初始場及電磁波傳播路徑損失 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????．165
7．3 混合模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．168
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．168
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．169
第8 章 海洋蒸發波導中的電磁波傳播特性 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．170
8．1 水平均勻蒸發波導中的電磁波傳播仿真結果 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．170
8．1．1 射線追蹤模型下水平均勻蒸發波導中的電磁波傳播仿真結果 ????????????????????????．170
8．1．2 拋物方程模型下水平均勻蒸發波導中的電磁波傳播仿真結果 ????????????????????????．170
8．2 水平不均勻蒸發波導對電磁波傳播的影響 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．173
8．2．1 水平不均勻蒸發波導特性分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．173
8．2．2 仿真計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．175
8．2．3 海上實驗結果及分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．180
8．3 海上障礙物對蒸發波導中的電磁波傳播的影響 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．184
8．3．1 障礙物模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．184
8．3．2 仿真計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．185
8．3．3 海上實驗結果及分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．190
8．4 海面粗糙度對蒸發波導中的電磁波超視距傳播的影響 ??????????????????????????????????????????????????????????．194
8．4．1 海面粗糙度的計算方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．194
8．4．2 仿真計算結果及分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．195
8．5 海洋蒸發波導信道的多徑效應分析及實驗 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．197
8．5．1 模型的理論和方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．198
8．5．2 仿真條件計算結果及分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．198
8．5．3 實驗數據及解釋 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．201
8．6 蒸發波導信道的頻率響應 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．205
8．6．1 頻率響應的計算方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．205
8．6．2 仿真計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．206
8．6．3 海上實驗及結果分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．210
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．215
第9 章 蒸發波導數據傳輸系統 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．217
9．1 蒸發波導數據傳輸系統的輔助決策方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．217
9．1．1 蒸發波導信道的路徑損失 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．218
9．1．2 通信系統能力的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．219
9．1．3 輔助決策方法的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．220
9．2 蒸發波導數據傳輸系統的參數優化 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．221
9．2．1 *優天線高度 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．221
9．2．2 *優工作頻率 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．223
9．3 蒸發波導數據傳輸系統的可通概率 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．224
9．3．1 可通概率的計算方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．224
9．3．2 可通概率計算結果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．225
9．4 海上實驗驗證 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．229
9．4．1 實驗概況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．229
9．4．2 實驗驗證結果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．230
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．231
第10 章 蒸發波導反演方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．232
10．1 蒸發波導反演的概況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．232
10．2 利用電磁波傳播路徑損失反演蒸發波導修正折射率剖面 ??????????????????????????????????????????????????．234
10．2．1 利用基于地形拋物方程模型得到的路徑損失反演蒸發波導修正折射率
剖面的方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．234
10．2．2 TPEM 模型對電磁波傳播路徑損失的數值模擬及反演仿真 ????????????????????????????．235
10．3 利用雷達海雜波反演蒸發波導修正折射率剖面 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????．239
10．3．1 反演步驟及過程 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．239
10．3．2 雷達海雜波相關模型和功率求解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．241
10．3．3 正向模型的數值模擬及反演仿真 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．246
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．248
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．249
第11 章 基于BP 神經網絡算法的蒸發波導預測模型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．250
11．1 基于BP 神經網絡算法的蒸發波導建模基本原理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????．250
11．1．1 BP 神經網絡算法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．250
11．1．2 訓練及驗證數據 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．253
11．1．3 訓練次數對均方根誤差的影響 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．254
11．2 穩定與不穩定條件下的訓練結果對蒸發波導預測模型的影響 ??????????????????????????????????????．259
11．2．1 不穩定條件下的訓練結果及分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．260
11．2．2 穩定條件下的訓練結果及分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．263
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．267
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．267
第12 章 蒸發波導環境數據庫軟件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．268
12．1 軟件設計的總體思路 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．268
12．2 海區網格選擇功能模塊 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．268
12．3 海區網格蒸發波導特性功能模塊 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．270
12．4 全球蒸發波導特性功能模塊 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．272
12．5 西太平洋蒸發波導特性功能模塊 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．274
12．6 蒸發波導剖面預測功能模塊 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．275
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．276
第1 章 緒論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．1 蒸發波導的研究背景與意義 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．1
1．2 蒸發波導的研究歷史和現狀 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．5
1．2．1 蒸發波導修正折射率剖面的測量方法和預測模型研究 ????????????????????????????????????????????????．7
1．2．2 蒸發波導高度時空分布規律研究 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．10
1．2．3 蒸發波導環境特性實時監測及短期預報方法研究 ????????????????????????????????????????????????????????．12
1．2．4 蒸發波導中的電磁波傳播理論和傳播模型研究 ??????????????????????????????????????????????????????????????．14
1．2．5 蒸發波導對船載電子系統的應用影響研究 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????．16
1．3 本書的主要內容 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．16
本章參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．18
第2 章 蒸發波導的基本概念 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．24
2．1 對流層折射 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．24
2．1．1 球面分層大氣中的折射定律 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．24
2．1．2 射線的曲率半徑 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．25
2．1．3 折射的分類 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．26
2．1．4 修正折射率 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．28
2．2 對流層大氣波導的分類 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．29
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．30
本章參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．30
第3 章 蒸發波導預測模型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．1 大氣運動的基本概念 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．1．1 大氣運動的基本方程 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．1．2 大氣中尺度環流 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．31
3．1．3 莫寧-奧布霍夫相似理論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．32
3．2 蒸發波導預測模型――PJ 模型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．33
3．2．1 PJ 模型的基本理論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．33
3．2．2 計算機仿真結果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．35
3．3 蒸發波導預測模型――偽折射率模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．37
3．3．1 偽折射率模型的基本理論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．37
3．3．2 計算機仿真結果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．40
3．4 蒸發波導預測模型――NPS 模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．41
3．4．1 NPS 模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．42
3．4．2 NPS 模型在穩定條件下的改進 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．44
3．5 蒸發波導高度對氣象要素的敏感性分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．46
3．6 冷空氣條件下不同蒸發波導預測模型的對比 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．48
3．6．1 4 種蒸發波導預測模型的對比 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．49
3．6．2 冷空氣條件下的電磁波傳播實驗 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．56
本章小結 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．63
本章參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．63
第4 章 蒸發波導高度時空分布規律 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．65
4．1 蒸發波導統計分析的方法與數據源 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．65
4．2 世界海洋蒸發波導高度的時空分布規律及其成因分析 ????????????????????????????????????????????????????????????．70
4．2．1 世界海洋蒸發波導高度的時空分布規律 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．70
4．2．2 世界海洋蒸發波導高度的時空分布規律的成因分析 ??????????????????????????????????????????????????．74
4．3 西太平洋蒸發波導高度的時空分布規律及其成因分析 ????????????????????????????????????????????????????????????．77
4．3．1 西太平洋蒸發波導高度的時空分布規律 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．77
4．3．2 西太平洋蒸發波導高度的時空分布規律的成因分析 ??????????????????????????????????????????????????．82
4．4 中國南海蒸發波導高度的時空分布規律及其成因分析 ????????????????????????????????????????????????????????????．87
4．4．1 中國南海蒸發波導高度的時空分布規律 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．88
4．4．2 中國南海蒸發波導高度的時空分布規律的成因分析 ??????????????????????????????????????????????????．94
4．5 亞丁灣蒸發波導高度的時空分布規律及其成因分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????．96
4．5．1 亞丁灣蒸發波導高度的時空分布規律 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．97
4．5．2 亞丁灣蒸發波導高度的時空分布規律的成因分析 ??????????????????????????????????????????????????????．104
4．6 蒸發波導高度時空分布規律的實驗驗證 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．106
4．6．1 海上實驗概況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．106
4．6．2 海上實驗結果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．107
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．108
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．109
第5 章 蒸發波導環境特性實時監測及短期預報方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．110
5．1 蒸發波導環境特性實時監測方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．110
5．1．1 蒸發波導環境特性實時監測方法概述 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．110
5．1．2 船載氣象觀測系統的組成及其測量數據的可靠性分析 ??????????????????????????????????????????．111
5．1．3 蒸發波導預測模型對氣象參數誤差敏感性分析 ????????????????????????????????????????????????????????????．116
5．1．4 傳感器類型選擇及其安裝位置建議 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．122
5．2 蒸發波導環境特性短期預報方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．123
5．2．1 基于GFS 數據的蒸發波導環境特性短期預報方法 ????????????????????????????????????????????????????．123
5．2．2 基于WRF 模型的蒸發波導環境特性短期預報方法 ??????????????????????????????????????????????????．126
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．131
第6 章 蒸發波導與海水蒸發量的關系 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．132
6．1 概述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．132
6．2 數據和方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．133
6．2．1 數據??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．133
6．2．2 數據處理與分析方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．135
6．3 蒸發波導高度和蒸發量關系的定性分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．135
6．3．1 蒸發波導高度和蒸發量時空演變的基本特征 ??????????????????????????????????????????????????????????????????．135
6．3．2 蒸發波導高度和蒸發量經驗正交函數分析結果 ????????????????????????????????????????????????????????????．137
6．3．3 海面風速和海水表面溫度的相對影響分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????．140
6．4 通過蒸發量定量估算蒸發波導高度 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
6．4．1 氣海環境因素的敏感性分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．144
6．4．2 定量關系的統計分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．146
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．150
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．150
第7 章 蒸發波導中的電磁波傳播模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．153
7．1 射線追蹤模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．153
7．1．1 射線追蹤模型簡介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．153
7．1．2 射線及幾何光學的基本原理 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．153
7．1．3 射線追蹤模型的推導 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．154
7．2 拋物方程模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．156
7．2．1 拋物方程簡介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．156
7．2．2 拋物方程模型的推導 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．156
7．2．3 拋物方程的解法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．159
7．2．4 邊界條件、初始場及電磁波傳播路徑損失 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????．165
7．3 混合模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．168
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．168
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．169
第8 章 海洋蒸發波導中的電磁波傳播特性 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．170
8．1 水平均勻蒸發波導中的電磁波傳播仿真結果 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．170
8．1．1 射線追蹤模型下水平均勻蒸發波導中的電磁波傳播仿真結果 ????????????????????????．170
8．1．2 拋物方程模型下水平均勻蒸發波導中的電磁波傳播仿真結果 ????????????????????????．170
8．2 水平不均勻蒸發波導對電磁波傳播的影響 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．173
8．2．1 水平不均勻蒸發波導特性分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．173
8．2．2 仿真計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．175
8．2．3 海上實驗結果及分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．180
8．3 海上障礙物對蒸發波導中的電磁波傳播的影響 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．184
8．3．1 障礙物模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．184
8．3．2 仿真計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．185
8．3．3 海上實驗結果及分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．190
8．4 海面粗糙度對蒸發波導中的電磁波超視距傳播的影響 ??????????????????????????????????????????????????????????．194
8．4．1 海面粗糙度的計算方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．194
8．4．2 仿真計算結果及分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．195
8．5 海洋蒸發波導信道的多徑效應分析及實驗 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．197
8．5．1 模型的理論和方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．198
8．5．2 仿真條件計算結果及分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．198
8．5．3 實驗數據及解釋 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．201
8．6 蒸發波導信道的頻率響應 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．205
8．6．1 頻率響應的計算方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．205
8．6．2 仿真計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．206
8．6．3 海上實驗及結果分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．210
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．214
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．215
第9 章 蒸發波導數據傳輸系統 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．217
9．1 蒸發波導數據傳輸系統的輔助決策方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．217
9．1．1 蒸發波導信道的路徑損失 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．218
9．1．2 通信系統能力的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．219
9．1．3 輔助決策方法的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．220
9．2 蒸發波導數據傳輸系統的參數優化 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．221
9．2．1 *優天線高度 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．221
9．2．2 *優工作頻率 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．223
9．3 蒸發波導數據傳輸系統的可通概率 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．224
9．3．1 可通概率的計算方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．224
9．3．2 可通概率計算結果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．225
9．4 海上實驗驗證 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．229
9．4．1 實驗概況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．229
9．4．2 實驗驗證結果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．230
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．231
第10 章 蒸發波導反演方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．232
10．1 蒸發波導反演的概況 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．232
10．2 利用電磁波傳播路徑損失反演蒸發波導修正折射率剖面 ??????????????????????????????????????????????????．234
10．2．1 利用基于地形拋物方程模型得到的路徑損失反演蒸發波導修正折射率
剖面的方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．234
10．2．2 TPEM 模型對電磁波傳播路徑損失的數值模擬及反演仿真 ????????????????????????????．235
10．3 利用雷達海雜波反演蒸發波導修正折射率剖面 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????．239
10．3．1 反演步驟及過程 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．239
10．3．2 雷達海雜波相關模型和功率求解 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．241
10．3．3 正向模型的數值模擬及反演仿真 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．246
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．248
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．249
第11 章 基于BP 神經網絡算法的蒸發波導預測模型 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．250
11．1 基于BP 神經網絡算法的蒸發波導建模基本原理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????．250
11．1．1 BP 神經網絡算法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．250
11．1．2 訓練及驗證數據 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．253
11．1．3 訓練次數對均方根誤差的影響 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．254
11．2 穩定與不穩定條件下的訓練結果對蒸發波導預測模型的影響 ??????????????????????????????????????．259
11．2．1 不穩定條件下的訓練結果及分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．260
11．2．2 穩定條件下的訓練結果及分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．263
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．267
本章參考文獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．267
第12 章 蒸發波導環境數據庫軟件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．268
12．1 軟件設計的總體思路 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．268
12．2 海區網格選擇功能模塊 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．268
12．3 海區網格蒸發波導特性功能模塊 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．270
12．4 全球蒸發波導特性功能模塊 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．272
12．5 西太平洋蒸發波導特性功能模塊 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．274
12．6 蒸發波導剖面預測功能模塊 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．275
本章小結 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????．276
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近海面蒸發波導理論模型與特性 作者簡介
楊坤德博士，西北工業大學教授、博士生導師，現任“海洋聲學信息感知”工信部重點實驗室主任、“水下信息與控制”***重點實驗室副主任、航海學院科研副院長。主要從事水聲工程的教學與科研，研究方向包括海洋聲學、水聲信號與信息處理、水聲系統設計與集成等。
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