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大气波导是海洋上存在的一种异常的大气折射现象，电波传播轨迹异于标准大气环境，存在反常传播现象，严重影响了雷达测距、测速等。大气波导层内的电波以较小的能量衰减进行传播，可实现超视距传播，能有效解决由于地球表面存在凸起导致雷达电波作用距离有限难题，使视距之外的目标能被有效探测到。当然，在大气波导情形下，波导顶部可能会存在部分电磁波泄露而不能被捕获，因此也会导致雷达探测盲区，会影响无线电波的传播及导致雷达探测目标定位失效。因此，深入研究大气波导可以进一步指导完善雷达探测、定位捕捉目标及通信等无线电电子系统中的问题，在军事高科技电子战中具有战略性决定性意义。蒸发波导的出现具有普遍性，已成为了最受关注的大气波导类型，超视距探测在海岸、舰船雷达等实际应用的研究也主要集中在蒸发波导环境中。随着遥感及卫星通信技术的发展，利用GPS卫星信号反演蒸发波导剖面成为了可能性，相对传统探测方法及雷达海杂波探测，它具有实时性强、预测区域广的特性。
本文首先介绍了大气波导的基本特性，给出了大气波导的形成机理及产生条件、分类及其形成原因，分析了大气波导传播的频率和波长条件，针对目前已经采用的蒸发波导直接探测方法、基于海洋水文气象参数的蒸发波导特征参数预测方法进行了简要阐述、分析和评价，提出了扩大蒸发波导测量范围的新技术，并对新技术进行了简述和分析。随后，在分析GPS信号传播原理的基础上，较为详细地推导了GPS信号在蒸发波导中传播的抛物方程，同时详细给出了其数值算法，重点分析了基于GPS信号反演蒸发波导的抛物方程中适用的初始场、上下边界条件及分步傅里叶算法，并对其传播损耗进行了仿真和分析，给出了基于GPS信号的大气波导反演方法。其次，介绍了神经网络BP和遗传算法GA，并将它们引入到蒸发波导的反演过程中。通过分析这两种方法的实际应用，提出了应用于蒸发波导反演的改进型GA-BP神经网络算法。给出了反演原理、步骤及流程，推出了计算传播功率分布公式，建立了GPS信号的传播功率与蒸发波导特征参数即蒸发波导高度的非线性关系。最后对改进的GA-BP神经网络算法进行了仿真实验，仿真了BP神经网络算法及经GA优化后的算法下的蒸发波导高度及蒸发波导剖面，并进行对比与分析。结果表明，两种算法对于利用GPS信号反演蒸发波导都是可行的，但GA-BP神经网络算法反演的蒸发波导剖面与理论剖面拟合的较好，误差小，GA-BP神经网络算法进一步加噪声反演后，与实际剖面更接近，表明其鲁棒性和泛化能力好。同时，说明了将GA与BP神经网络结合起来，能有效获得BP神经网络的最优初始权值和阈值，从而提高了基于GPS信号反演预测蒸发波导的准确性。
本文首先介绍了大气波导的基本特性，给出了大气波导的形成机理及产生条件、分类及其形成原因，分析了大气波导传播的频率和波长条件，针对目前已经采用的蒸发波导直接探测方法、基于海洋水文气象参数的蒸发波导特征参数预测方法进行了简要阐述、分析和评价，提出了扩大蒸发波导测量范围的新技术，并对新技术进行了简述和分析。随后，在分析GPS信号传播原理的基础上，较为详细地推导了GPS信号在蒸发波导中传播的抛物方程，同时详细给出了其数值算法，重点分析了基于GPS信号反演蒸发波导的抛物方程中适用的初始场、上下边界条件及分步傅里叶算法，并对其传播损耗进行了仿真和分析，给出了基于GPS信号的大气波导反演方法。其次，介绍了神经网络BP和遗传算法GA，并将它们引入到蒸发波导的反演过程中。通过分析这两种方法的实际应用，提出了应用于蒸发波导反演的改进型GA-BP神经网络算法。给出了反演原理、步骤及流程，推出了计算传播功率分布公式，建立了GPS信号的传播功率与蒸发波导特征参数即蒸发波导高度的非线性关系。最后对改进的GA-BP神经网络算法进行了仿真实验，仿真了BP神经网络算法及经GA优化后的算法下的蒸发波导高度及蒸发波导剖面，并进行对比与分析。结果表明，两种算法对于利用GPS信号反演蒸发波导都是可行的，但GA-BP神经网络算法反演的蒸发波导剖面与理论剖面拟合的较好，误差小，GA-BP神经网络算法进一步加噪声反演后，与实际剖面更接近，表明其鲁棒性和泛化能力好。同时，说明了将GA与BP神经网络结合起来，能有效获得BP神经网络的最优初始权值和阈值，从而提高了基于GPS信号反演预测蒸发波导的准确性。