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.     

复杂环境下电波传播损耗的测试与仿真

确定性的电波传播特性预测方法为通信装备内场仿真测试中所需的通信链路传播损耗计算提供了一条高效准确的途径。采用外场实地测试和基于射线追踪算法的确定性电波传播损耗预测软件,仿真2种手段对真实环境下某条特定通信链路的传播损耗进行了预测,给出了测试和仿真结果,分析了误差来源,表明了采用基于射线追踪算法的确定性电波传播损耗预测方法对复杂环境下通信链路传播损耗计算的可行性。     

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。     

一种基于深度神经网络的电波传播损耗模型构建方法

将传统经验模型用于电波传播损耗计算,存在泛化性差等问题,在复杂传播环境下难以取得良好的计算效果。针对该问题,本文从数据驱动的角度出发,设计了一种基于深度神经网络的电波传播损耗模型构建方法并进行了仿真验证。首先,基于辐射源与接收机的距离特征及环境特征,构建一定地域内电磁环境感知数据与地形数据的联合数据集,作为本模型的数据源;其次,构建深度神经网络,迭代训练网络参数,并通过网格搜索法优化超参数;最后,运用联合数据集与深度神经网络模型开展计算机仿真实验。结果表明,提出的方法在复杂地域电波传播损耗计算方面能够取得良好的预测精度。     

一种基于支持向量机的电波传播损耗计算方法

当前,电磁环境日益复杂,电波传播损耗作为电磁环境分析领域的重要研究对象,其预测结果的准确性将直接影响频谱态势生成、用频兼容分析等实际效果。由于电磁波在传播过程中易受环境影响,传统方法采用单一模型计算电波传播损耗,潜在误差较大。本文提出一种基于支持向量机（Support Vector Machine,SVM）的电波传播损耗计算方法。在训练阶段,采用不同传播环境下的感知数据对支持向量机模型进行训练;在测试阶段,以一定步长对传播路径进行分段,运用训练得到的支持向量机模型来对传播环境分段识别,继而采用各段识别结果相匹配的电波传播损耗模型分段计算损耗值并叠加为总的路径损耗值。仿真结果表明,相较于采用单一模型的传统方法,本文所提方法能够显著提高电波传播损耗计算精度。     

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.     

一种基于生成对抗网络的电波传播数据增强方法

电波传播模型是频谱管理、通信领域的关键研究内容。能否精准刻画电波传播模型，将直接影响传播损耗计算、频谱态势生成等实际效果。模型研究需电磁环境感知数据支撑，而现有电磁环境感知数据稀缺，采集困难，且往往只关注场强等表征信道特性的要素，因此研究了一种基于生成对抗网络的电波传播数据增强方法。该方法由经纬度获取测量点高程信息和卫星图像，并联合经纬度基于条件生成对抗网络对卫星图像增强，获得包含信道特性和地形变化的联合数据集。结果表明，在相同电波传播预测模型下，采用该方法生成的数据集预测精度提高2.7%，使得传播模型构建具备了更多的数据支撑。     

海上蒸发波导电波传播特性预测

电磁环境计算是战场电磁环境预测仿真系统的核心,海面上温度的逆增和湿度随高度增加的剧烈递减,使得蒸发波导出现概率较高且持续时间较长。因此,海上蒸发波导具有较高的研究价值,给出一种基于PE模型的电场强度计算方法,引入修正折射指数描述不均匀大气结构,仿真分析了蒸发波导对电波传播的影响,仿真分析表明相比于标准大气结构的传播损耗,蒸发波导对电波传播产生了陷获作用,电波受大气折射,在波导层向下偏转,传播轨迹弯向地面,电波在波导层中传播损耗明显减小,形成超视距传播。     

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。