雷达波束在地球大气层中的传播方式

我们知道,雷达波束在地球大气层中的传播并非直线,而是受到大气层的影响呈现出一种弯曲的形态,这种现象称为大气折射。这是由于地球大气的密度并非均匀,从地面到高空,大气的密度逐渐减小,因此电磁波在穿过大气层时,会因大气密度的变化而改变传播方向,形成弯曲的波束轨迹。
在雷达波束的底部,大气密度较大,折射率也较大,使得波束向地面弯曲;而在波束的顶部,大气密度较小,折射率也较小,使得波束趋向于直线传播。这种现象使得雷达波束的实际覆盖范围比理论计算结果要大,同时雷达的探测距离也会超过地平线的距离。
实际应用中,为了简化计算,通常采用等效地球半径的概念。这个等效的地球半径是基于亚湿热大气模型的一个假定值,其值是地球实际半径的4/3,也可以说是地球实际半径增长了三分之一。
假设使得计算更加简单,需要提醒的是,这是一种近似假设,真实的大气折射情况还可能受温度、湿度、气压等多种因素的影响。
电磁波的这种折射是由于电磁波在通过不同介质(密度不同的空气层)时的变化,衡量这种变化的量被称为折射率,定义为真空中光的速度除以该介质中光的速度。在大气中,它会随着高度、温度、压力和湿度的变化而变化,从而产生折射率梯度,或称之为折射率 n。
大气的折射率并不是常数,它可以随着天气条件(温度、压力和湿度)的变化而变化,从而影响无线电波的传播。这种折射使得信号的传播能够超过直线视距,这对于雷达、通信和其他应用来说非常重要。
电磁波还可以被大气层中的某些管道捕获。这些管道是在大气层中存在强烈的负折射率梯度时形成的:
 高层管道是在不同密度的大气层边界处形成。
 基于地表的管道通常由陆地上的热干空气流向海洋而引起,高度可达1000米。在陆地和海洋上,管道的高度通常不超过几百米。
 蒸发管道,这是一种低管道,通常出现在海洋上方,高度从5米到15米。这是由于水蒸气的部分压力高引起的(意大利沿海监视雷达mm/tps-755使用)。
当雷达波进入这样的管道时,它们可以沿着地球的曲率传播,从而扩展其视距。然而,这种现象也可能导致雷达误判目标的位置和距离,这是因为雷达波可能会在没有目标的地方反射回雷达。


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