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浮空式自组网大气波导测量系统

规格介绍

浮空式自组网大气波导测量系统JD-9X主要负责采集空域中的大气波导信息，该系统可依托无人机、探空球等空中平台，通过其上携带的传感器测量不同高度上大气的温度、湿度、气压等数据，利用公式可直接计算得到波导高度等波导特征量数据。

浮空式自组网大气波导测量系统构成上主要由平台层、硬件层、协议层、应用层组成，其中，平台层可使用无人机或探空球等空中平台；硬件层基于传感器和采集设备组成；协议层主要包括动态自组网协议，使整个系统具备动态自组网功能；在应用层，测量系统搭建数据采集与收集的应用和能耗管理应用。

浮空式自组网大气波导测量系统

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雷达是利用目标对电波的散射实现探测的,不均匀大气引起的电波折射效应使得电波传播轨迹发生弯曲。当大气折射率满足大气波导产生条件时,电磁波的传播将被限定在大气波导层内。此时电磁波传播的能量衰减很小,且可克服地球曲率的影响,传播距离远大于视在距离,因此可实现雷达超视距探测。目前,利用大气波导实现雷达超视距探测已成为扩大雷达探测范围的有效手段之一,也是雷达领域研究的热点问题之一。要实现雷达超视距探测,首要问题是对大气波导的特征信息进行测量。由于现有的大气波导预测模型和常采用气象仪器进行实时测量的精度较差,并且也无法达到在线测量的精度要求,使得利用大气波导进行雷达超视距探测始终处于理论研究阶段,无法满足现实应用需求,因此急需研制的大气波导测量系统。本文根据大气波导测量系统研制的研究课题的要求,对基于微波谐振腔的大气波导测量系统中的电路进行了设计、和实现。大气波导能否存在取决于大气折射率梯度,因此大气波导测量系统测量的特征信息主要是大气中不同位置上的大气折射率。首先介绍了大气波导的环境特征和一般测量方法,在此基础上给出了可实现在线测量大气折射率的大气波导测量系统的原理、组成和主要技术指标。然后对组成大气波导测量系统的各个电路单元,如晶体振荡器、中放电路、鉴相积分控制电路以及PLL频率合成器电路等进行了详细设计,同时对设计的电路进行了、优化和制作。后,将研制的各个电路单元与微波谐振腔一起组成大气波导测量系统,并进行联机性能测试和精度检验。

浮空式自组网大气波导测量系统

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由于对流层中存在逆温或水汽随高度急剧变小的层次，在该层中电波形成超折射传播，大部分电波辐射被限制在这一层内传播的现象。当对流层的某层出现逆温或水汽急剧减小，导致空气密度和折射率的垂直变化很大，造成无线电波射线的超折射传播，其电磁能量在该层大气的上下壁之间来回反射向前传播，好像在波导内进行的现象（如图1）。大气波导层可以是贴地面的，也可以是悬空的大气层。对于一定的折射率垂直梯度和波导层厚度的大气波导来说，只有小于一定的仰角与波长的无线电波才能在大气波导层中传播。大于该仰角和波长时，电波将透过大气波导层，该仰角和波长称为穿透角和临界波长。大的折射率垂直变化和厚的波导层，其穿透角和临界波长也大，这样可以使较大仰角和波长的无线电波射线在大气波导层中传播。无线电波的大气波导传播，主要在厘米波波段。它可以使雷达和通信的工作距离增加，但是也会使雷达定位产生偏差。大气波导是由气象条件决定的，可以根据气象探测来预测大气波导的出现

浮空式自组网大气波导测量系统

种波导主要形成于海洋上空 [2] 。（1）蒸发波导：蒸发波导是海洋大气环境中常出现的一种特殊表面波导，它是由于海面水汽蒸发是近海面小范围内大气湿度随高度锐减而形成的。（2）表面波导：表面波导是下边界与地表相连的大气波导。表面波导一般出现在大气较稳定的晴好天气条件下，此时低层大气存在一个较稳定的逆温层，且湿度随高度递减。（3）抬升波导：抬升波导是下边界悬空的大气波导。抬升波导下边界高度一般距地面数十米或数百米，在此高度上一般存在一个逆温层。大气波导发生的大气层即为大气波导层。官莉等 [3] 研究表明，边界层中的电磁波若要形成波导传播，必须满足4个基本条件：（1）近地层或边界层某一高度处必须存在大气波导层。（2）电磁波的波长必须小于大陷获波长（频率高于低陷获频率）。（3）电磁波发射源必须位于大气波导层内。对于抬升波导，有时电磁波发射源位于波导底下方时，也可形成波导传播，但此时发射源必须距波导底不远，且波导必须非常强。（4）电磁波的发射仰角必须小于某一临界仰角。

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