通过折射传播定律实现实际环境中不均匀大气管道的实时反演方法

《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》：Real-Time Inversion Method of Uneven Atmospheric Ducts in Actual Environments via Refraction Propagation Law

提出基于折射传播定律的直接空域反演方法，通过轨迹重建替代幅度匹配，结合雷达仰角与海杂波散射位置关系，反演大气折射率垂直分布，并扩展至二维水平分布，实现非迭代高效实时监测。

　　

摘要：

在本文中，我们提出了一种基于折射传播定律的直接空间域反演方法，其计算逻辑从“振幅匹配”转变为“轨迹重建”。该方法的主要目的是通过利用雷达仰角与海杂波散射位置之间的物理关系，结合电磁波在大气 duct 中的折射轨迹传播特性，逐节分析光线方向的变化，并根据折射定律反演大气折射率的垂直分布。此外，通过改变传输参数以获取不同路径上的折射信息，该方法自然扩展到二维水平分布的反演，克服了现有技术仅限于单点垂直剖面的局限性。验证表明，该方法在单点剖面反演和水平扩展剖面分布反演方面均具有高精度。而且，其非迭代反演机制显著提高了效率，使其更适合实际场景中的实时或准实时反演应用，并为高分辨率、高效检测大气 duct 提供了一种新的技术途径。

引言

大气 duct 是一种异常的大气结构，其大气折射率梯度小于 ?0.157，这会导致超折射现象，即折射效应使传播方向朝向地球弯曲，从而支持超地平线（OTH）传播。一方面，这种效应具有积极的应用价值，例如，超折射传播可以实现通过大气 duct 的 OTH 通信和检测，并极大提升战场信息的获取能力 [1]。另一方面，duct 传播会导致检测盲区 [2]，OTH 传播还可能对无线系统产生其他负面影响，如跨区域干扰 [3]、[4]。要应用或克服大气 duct 引发的传播现象，必须基于实际场景中的 duct 参数，因此掌握大气 duct 环境的实时分布具有重要意义。然而，大气 duct 通常受到风速、天气条件等环境因素的影响，因此其分布表现出明显的时间随机性和空间非均匀性。这使得监测结果的实时性和距离分辨率成为决定其实际应用效果的关键因素。