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本文从电磁波的大气波导传播理论出发,围绕雷达杂波和GPS海面散射信号反演大气波导的理论与方法以及验证实验开展了相关研究,其主要研究成果如下:1、系统分析了大气波导的基本结构、形成机理以及大气波导的极限频率和穿透角;利用抛物方程(PE)算法和射线追踪(RT)算法分析了电磁波在大气波导中的传播特性,并将抛物方程算法的计算结果与AREPS软件的计算结果进行对比,结果具有很好的一致性,为雷达杂波和GPS海面散射信号反演大气波导提供理论依据和支持;2、研究了单波段雷达杂波反演大气波导的相关理论,并用实验数据进行了验证,在此基础上,提出了多波段雷达杂波反演大气波导的多目标优化反演算法;以10525和24150MHz的双频雷达杂波为例,首次将基于带精英策略的非支配排序算法的多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)和多目标优化差分进化算法(MODE)引入到多波段雷达杂波反演大气波导技术中,并用单参数的蒸发波导模型和四参数的表面波导模型反演进行仿真分析;3、给出了雷达杂波反演大气波导中的三种目标函数模型,并深入研究了不同天线高度和不同雷达频率时三种目标函数随大气波导参数的变化特性;详细分析了三种目标函数模型情况下不同雷达频率和天线高度对反演结果精度的影响;详细分析了多波段雷达杂波反演大气波导的多目标优化反演算法在抗噪性和提高反演精度方面的优势;4、以抛物方程算法为基础,根据双基地雷达方程和GPS信号的前向散射特性对GPS海面散射信号进行建模,详细分析了GPS海面散射信号在蒸发波导、表面波导和水平不均匀波导情况下的传播特性,从理论上证明了利用GPS海面散射信号反演大气波导的可行性;研制了用于接收和检测GPS海面散射信号的高灵敏度接收机,通过软件后处理的方式实现对GPS海面散射信号的接收,并将接收到的数据与模型仿真结果进行对比分析;5、提出了利用GPS海面散射信号反演大气波导的新概念和新方法,设计了可行有效的验证实验方案,并在我国的东南沿海进行了相关的实验;对实验数据进行了处理和分析,利用实验数据对利用GPS海面散射信号反演蒸发波导的可行性和有效性进行了验证。