抛物方程方法的非均匀网格技术研究

为了快速准确地求解大尺度区域环境中存在局部精细结构的电波传播问题,研究了抛物方程方法的非均匀网格技术.利用该技术求解了标准大气结构中不规则地形上的电波传播问题,研究了基于该技术计算传统抛物方程非整格点场值的方法.算例结果表明：非均匀网格抛物方程方法相较于均匀细网格结构,其网格空间下降达68%,计算时间减少了71%,而相对于均匀粗网格结构则具有更高的计算精度.因此,采用非均匀网格的抛物方程方法能在保证计算精度的同时,减少计算所占内存及所需时间,极大地提高了计算效率,适用于求解复杂环境中的电波传播问题.     

抛物方程方法的亚网格模型及其应用研究

该文在抛物方程非均匀网格技术的基础上,提出了抛物方程方法的亚网格模型,并给出了该亚网格模型的具体构建方法,以快速准确地求解大尺度复杂电磁环境中存在关键目标的电波传播问题。通过对存在强散射体的复杂电磁环境中电磁波的分布特性进行模拟,探讨了抛物方程亚网格技术的高效性。结果表明：与细网格相比,亚网格技术使得抛物方程的计算速度提升了4.57倍,网格空间数下降了86.64%,且较非均匀网格具有更高的计算精度。可见,抛物方程的亚网格模型能够极大地提升抛物方程的仿真效率。     

部分森林覆盖山区电波传播特性预测的快速算法

为提高部分森林覆盖山区电波传播特性预测的时效性,提出了一种基于宽角抛物方程(PE)的快速预测算法。采用PE通过分步傅里叶变换(SSFT)求解;在SSFT步进迭代过程中,根据传播路径上森林的等效介电常数、地形的起伏情况,动态选择PE的水平步长。通过对部分森林覆盖的不规则地形条件下的电波传播特性进行仿真,探讨了该方法的可行性和有效性。结果表明：相比于均匀大步长算法,该方法更准确;而相比于均匀小步长算法,该方法能够保证抛物方程的计算精确度,同时极大地提高计算效率。     

电波传播抛物方程模型在航空通信中的应用

针对航空通信中电波传播损耗预测需要满足精确性、实时性及复杂环境适应性的要求,在分析电波传播损耗对航空通信系统作用范围的影响基础上,采用抛物方程模型研究了航空通信中电波在空间区域的传播特性。该模型利用分步傅里叶算法实现快速求解,采用边界平移法处理复杂地形边界,并通过非均匀网格技术提高空间任意一点的场强计算精度,从而改善了复杂环境下电波传播损耗预测的精确性和实时性。将该模型应用于真实地形环境下的航空通信仿真算例中,仿真结果表明：该模型能有效预测复杂环境下电波的传播损耗,评估在正常通信条件下飞行器的飞行范围、最大飞行距离以及最低飞行高度等性能。     

基于双向有限差分抛物方程法的海洋环境电波传播研究

采用双向抛物方程（two-way parabolic equation，2WPE）法来预测复杂海洋环境中的电波传播特性，用双向有限差分（two-way finite-difference，2WFD）法求解2WPE，考虑了海岛等不规则地形引起的电波后向传播和大气波导的影响，并在前向和后向电波传播预测中引入一种改进的分形海面模型来模拟起伏波动的实际海面边界，且能模拟海面的大尺度浪涌特性和毛细波细微结构特性.在典型的数值算例中，我们将采用改进分形模型处理海面边界时计算得到的双向电波传播因子和采用Miller-Brown模型处理海面边界时计算得到的双向电波传播因子进行对比和分析，数值分析结果表明，在相同风速条件下，采用改进分形模型处理海面边界时计算得到的双向电波传播因子波动更剧烈，能更准确地反映出实际起伏波动海面对电磁波传播的影响.     

基于MATLAB提取数字地图的电波传播问题研究

在抛物方程的基础上引入了地形高程剖面,预测了复杂地形条件下的电波传播特性.首先,基于MATLAB提取调用了数字地图,给出了其主要程序流程图以及提取调用的方法,之后采用插值方法增加了地形模型与实际地形剖面的契合度;其次,使用MATLAB的GUI功能设置了一个高程剖面系统,该系统能够提取地球上任意两点之间的地形高程剖面;最后,通过将高程剖面系统提取的地形高程剖面加入到抛物方程模型中进行计算,分析了在复杂地形环境下电波传播的特性.     

基于数字地图的电波传播特性预测方法

针对实际地理环境中的电波传播特性预测问题,提出了一种基于数字地图的电波传播特性预测方法。该方法基于抛物方程建立地形条件下的电波传播预测模型,研究从DEM数字地图中提取任意二维地形剖面的方法,最后形成基于数字地图的电波传播预测流程。仿真结果表明,该方法能够基于数字地图有效预测实际地理环境中的电波传播特性,具有较大的工程应用价值。     

复杂地形条件下电波传播特性预测

电磁环境计算是战场电磁环境预测仿真系统的核心,为了准确预测不同环境下的电波传播特性,从复杂地形条件展开研究,给出一种基于PE模型的电场强度计算方法,仿真比较了辐射源在不同地表类型下的传播损耗,仿真预测了复杂地形条件下电波传播特性,仿真结果表明地表电磁特性对传播损耗的影响较小,相比于地表电磁特性,不规则地形对电波传播影响更为明显。     

森林中电波传播的抛物方程法

抛物方程法能处理非均匀介质环境中的电波传播问题,并可用FFT步进算法快速求解,在电波传播中得到了广泛运用.该文用抛物方程法求解了森林中的电波传播问题,并将计算结果与Tamir侧面波模型的结果进行比较,二者吻合很好.最后用抛物方程法分析了森林中电波传播的特性.     

基于抛物方程的电波相位预测方法

针对大气波导和不规则地形等复杂环境下的电波传播相位预测,研究了基于抛物方程(PE)的相位计算方法,并通过与理想导体平面上自由空间条件下几何光学双射线模型计算的传播相位对比,对该相位计算方法进行了验证.在此基础上,利用PE方法计算的幅度和相位,研究了大气波导对脉冲信号传播的影响.     

弯折谱估计在抛物型方程模型电波传播中的应用研究

射线追踪法求解入射余角时与电波频率无关,且存在部分区域多值或无值问题,此外平面波谱估计的平面波前假设违背了非均匀大气条件下的电波传播特性.针对上述问题,提出了一种基于弯折谱估计进行抛物方程模型海面电波传播的计算方法.通过对光滑表面条件下的抛物方程模型计算结果进行弯折谱估计得到入射余角,再将其用于粗糙海面的抛物方程模型求解.该方法可以唯一的估计任意距离上的入射余角,避免了计算当前值需要用到基于该值估计参数的悖论.对射线追踪法、平面波谱估计和弯折谱估计的估计特性进行了仿真分析,数值试验验证了该方法应用于粗糙海面抛物方程求解的可行性和性能.     

抛物方程法在森林环境电波传播特性预测中的应用

为提高大区域森林环境电波传播特性预测的准确性,研究抛物方程（PE）法在森林环境电波传播特性预测中的应用,提出了基于抛物方程的森林模型。该模型采用PE法实现准确快速求解,考虑森林在垂直方向上的非均匀性,引入森林分层模型,将森林分为树冠、树干两个均匀有耗介质层,并根据森林区域的特性参数确定各有耗介质层的等效介电常数,相比于传统将森林等效为一个给定介电常数的均匀有耗介质层,能够更准确地描述森林对电波传播的影响。将其应用于三种常见绿叶林的电波传播特性预测中,仿真结果表明,该模型能够反映不同区域、不同植被种类的森林对电波传播的影响差异,有效预测大区域森林环境电波传播特性。     

基于双层网格的海上电磁波传播模型研究

针对分段线性地形变换模型运算量较大的问题,该文提出基于双层网格的计算方法,实现了海上大尺度区域复杂电磁环境下电磁波传播特性快速精准的求解。在对宽角抛物方程模型和分段线性地形变换模型的分步傅里叶积分算法研究的基础上,将电磁场计算空间分为上下两层,通过降低计算高度和优化步长的方法,在保证计算精度的同时显著提高了运算效率。通过仿真,在光滑海面和粗糙海面两种条件下对双层网格模型的计算结果与原有模型进行比较,结果表明,所提方法计算误差较小,在粗糙海面条件下运算时间缩短到原模型的1/10。     

基于PE模型的电波传播特性预测技术研究

PE模型已经被广泛地应用于电波传播特性预测技术的研究,并成为解决电波传播问题的主要工具。通过对抛物方程推导过程中由于对伪微分算子Q的处理而产生的误差进行分析,表明PE模型在预测小仰角的电波传播时具有很好的计算精度。对基于PE模型的电波传输损耗理论模型进行计算机仿真,得到电波传播损耗的理论计算值,通过与实测数据进行对比,验证了PE模型用于电波传播特性预测的正确性,并且对理论模型的计算结果稍微偏小的原因做了分析。     

基于抛物方程法的部分森林覆盖山区电波传播分析

基于Fourier分步步进法的抛物方程模型求解了山区不规则地形部分森林覆盖环境的电波传播,并分析了森林对电波传播的影响.模型中为了简化边界条件,地形用分段线性函数来近似.然后预测了一个山区部分针叶林覆盖环境的电波传播,得到的结果与实测数据进行对比,二者吻合很好.最后对算法的稳定性与误差进行了分析,本文的模型能处理不规则地形、森林等复杂环境且算法效率高.     

复杂地形中的电波传播损耗预测研究

远距离不规则复杂地形中,电波传播损耗计算精度较低,对此,文中提出了一种基于地理信息系统并根据实际地形提高电波传播损耗计算精度的算法模型,构建了可视化的软件显示平台。首先,根据国际电信联盟(ITU-R)的P系列电波传播建议书,结合实际地理信息情况获取了地形和环境因子的数据。然后,通过数字地图模型,针对传播路径上各种不同地形区域,分别建立传播模型来计算电波传播损耗,并完成仿真计算界面的设计和实现。最后,给定收发天线高度和频率,依据实际地形,建立完整的电波传播模型进行仿真实验。结果表明,该算法模型不仅能得到传播路径上每一个点的损耗,而且与传统的Hata模型对比,该算法在不同区域和地形中敏感度更高,可以有效提升传播损耗计算精度,更适用于计算实际地形中远距离不规则复杂地形下的电波传播损耗,帮助改善通信质量。     

基于改进地形重构的SSPE传播预测方法

针对复杂环境下电波传播预测分析难的问题,提出了一种基于地形重构的分步抛物方程(split-step parabolic equation,SSPE)传播预测方法.该方法采用具有广角传播因子且步长可变的双向SSPE解法,并利用基于改进地形重构的SSPE传播预测方法对真实地形的电波传播特性进行仿真分析和试验验证.与现有的电...     

基于水平非均匀蒸发波导的非互易性

针对现有蒸发波导条件下无线电系统性能研究过程中,忽略了蒸发波导水平非均匀特性影响,探讨了水平非均匀蒸发波导条件下的非互易性。利用马尔科夫过程模拟蒸发波导水平非均匀特性,结合抛物方程法计算电波传输损耗,仿真分析了雷达电磁参数对非互易性的影响。仿真结果表明：蒸发波导环境下电波传播的非互易性在波导水平非均匀时无法忽略,天线高度和电波频率对非互易性的影响较大。天线高度越高,电波频率越大,则非互易性越强。     

预测毫米波雾衰减的抛物方程模型研究

雾是影响毫米波通信系统性能的典型气象条件之一.针对传统经验模型无法精确预测多径效应下的电波传播问题,给出了基于抛物方程的雾衰减预测模型.以自由空间雾特征衰减的预测为例,将本文模型与Rayleigh近似及经验模型的计算结果进行对比,验证了该方法的可靠性.最后将该模型应用于预测35 GHz和94 GHz毫米波在分别含有平流雾和辐射雾的复杂环境中的传播特性,仿真结果表明该模型有效地反映了地形绕射、地表反射等对电波传播的影响,为快速准确地预测复杂地理环境及特殊气象条件中的电波传播特性提供了一种有效的预测模型.     

基于LiDAR点云的地理电磁环境建模及仿真研究

在复杂地理环境中,不规则的地形和多样化的地表覆盖物会给电波的传播造成较大的影响.针对数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）电磁建模缺少地表覆盖物信息的不足,研究了基于LiDAR点云的地理电磁环境的建模.采用数学形态学方法对格网化后的LiDAR点云数据进行处理,从点云数据中先后提取了地物、地形的信息,在此基础上,对各种地物赋予其相匹配的电磁参数,得到了更为准确的地理电磁环境的模型,并采用抛物方程模型对有真实地表覆盖物环境下的电波传播特性进行了仿真分析.相较于传统的基于DEM的电磁建模,该电磁建模方法能够获取到地形、地物的信息,更全面地考虑到地物对电波传播特性的影响,预测结果也将更加准确有效.