基于柱坐标抛物方程的海上雷达覆盖范围研究

为预测雷达波在海面的全向传播特性,提出了基于柱坐标抛物方程(parabolic equation,PE)的电波传播模型,用于海上雷达覆盖范围的研究.从亥姆霍兹方程出发,推导出柱坐标系下的前向PE形式.再利用PE通解中三角函数的正交性,求解各电波传播模式的激励系数,结合分步傅里叶变换实现柱坐标PE的步进迭代算法,以预测电...     

分步Padé抛物方程的傅里叶变换解法研究

分步Padé抛物方程(Split-Step Padé Parabolic Equation, SSP-PE)是一种宽角近轴近似方法,可以精确计算传播角较大的电波传播.由于非均匀大气的折射效应的限制, SSP-PE难于利用傅里叶变换算法求解.因此,SSP-PE通常采用有限差分算法.但在计算雷达散射截面和城市小区短距电波传播的过程中,一般可以忽略大气的折射效应.不考虑大气折射,论文推导了SSP-PE的傅里叶变换解法.与有限差分算法相比,傅里叶变换解的计算效率更高.给出了理想导电边界条件下的数值算例,并比较了几何光学法和SSP-PE的计算结果,证明了傅里叶变换解的正确性.

     

基于柱坐标系抛物方程的太赫兹目标RCS计算

针对太赫兹(THz)波段目标雷达散射截面(RCS)的计算问题,提出柱坐标系抛物方程模型的计算方法。基于柱坐标系中的电场通解式,利用三角函数的正交性分解各模式的激励系数,将抛物方程方法拓展到柱坐标系,得到柱坐标系中抛物方程的分步傅里叶求解形式。在此基础上,将目标等效为一系列的面元或线元,然后通过边界条件和场的迭代递推方法求解抛物方程,进而获得这一系列面元在传播方向某一截面上的散射场。数值算例表明,该方法能用于电大尺寸目标的RCS计算,相比于传统的抛物方程方法,克服了散射角度的限制,计算误差更小。     

傅里叶分步算法在海上电波传播预报中的应用

针对不规则地形和非标准大气环境,推导了电磁波传播的抛物型方程模型。该模型基于修正平坦地面的抛物型方程,采用了分步傅里叶算法;使用AREPS3.0软件计算不同距离上的路径损耗,大气信息取自舰载气象站;并与舰载雷达实际观测数据进行比较,结果表明两者有较好的吻合。     

抛物方程模型在海上电波传播中的应用

针对舰载雷达探测威力预报,推导了电磁波传播的抛物型方程模型.该模型基于修正平坦地面的抛物型方程,并使用分步Fourier算法求解,能够计算舰载雷达在空间各点的传播损耗和检测概率.计算结果同舰载雷达的实际观测值进行比较,表明两者之间有较好的吻合.     

战场电磁环境构建中的抛物方程应用研究

在进行战场电磁环境的数字化构建过程中,需要结合各类环境要素对电波的传播过程进行建模和仿真。抛物方程(Parabolic Equation,PE)描述的模型适用于从视距到超视距区域计算电波的传播特性,并有分步傅里叶法(Split-Step Fourier Transform,SSFT)对模型进行计算,但该算法是基于步长迭代的方法,不易并行化实现,在计算大区域电磁传播时难以满足时间上的需求,给战场电磁环境的快速构建带来困难。该文提出一种基于矩阵转置的并行计算方法,构造2维矩阵并按行或列分发给不同的进程,实现了算法的并行计算。该方法能够充分利用计算集群的运算能力,降低了计算时间。计算机仿真结果表明并行算法相对于串行算法能达到4倍的加速比,验证了该方法的有效性。     

多刃峰环境无线电波传播预测的双向抛物方程法

基于迭代双向抛物方程法求解了单刃峰和多刃峰环境下的前向和后向电波传播。对单刃峰,将双向与单向抛物方程法的数值结果做了比较,并分析了刃峰的位置和高度对后向反射场的影响。对多刃峰,采用迭代步进的双向抛物方程法计算相邻刃峰间的电波传播,并将数值结果与单向抛物方程法的结果进行对比。双向抛物方程法能计算出无线电波的前向传播场和后向传播场叠加的总场,比单向抛物方程法的预测结果更准确。     

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。     

蒸发波导对雷达探测的影响

大气波导使雷达电磁波产生异常传播，研究其对雷达探测范围的影响具有重要意义。文中利用抛物方程模式及分步傅里叶算法对电磁波在蒸发波导条件下的传播进行数值模拟，并结合在福建平潭的试验，验证了模式的正确性，并论述了蒸发波导对雷达探测的影响。     

非均匀光滑球面地波衰减因子的抛物方程算法

根据地波传播特性,将不均匀球形地面上空的电磁场满足的标量波动方程近似为一个抛物方程;引入分步傅立叶变换法来得到抛物方程的解的递推公式;由地波传播平地公式计算出抛物方程算法所需初值,按照递推公式可方便的递推出传播路径上空中任意点的场强值,以及分段均匀光滑球形地面上任意高度的地波衰减因子的幅度和相位.该方法的计算结果当接收点在地面上时与J.R.Wait积分法和波模转换法完全一致,但是,当传播路径超过三个分段时J.R.Wait积分法和波模转换法的计算量成指数增加,该方法的计算量则不随分段数的增加而增加,故给出的方法更适合于实际的工程计算.     

抛物线方程中不规则地形的分段线性模型的研究与验证

主要研究了对流层电波传播过程中起伏地形的处理方法。阐述了抛物线方程中阶梯地形方法和分段线性方法,提出了新的初始场设置方法,并给出了算法。利用该方法,仿真计算了尖劈地形下电磁波传播问题,并与射线法和UTD方法的计算结果进行了比较。计算结果显示了分段线性方法的优越性。     

毫米波MIMO通信感知一体化联合波束成形设计北大核心CSCD

考虑一个毫米波多输入多输出（Multiple-InputMultiple-Output,MIMO）通信感知一体化系统,同时进行多目标感知与多用户通信。首先,基于毫米波MIMO几何信道模型,在满足总功率和多用户信干噪比的约束下,最小化MIMO感知发射波束图匹配误差和互相关图。然后,针对建立的联合波束成形设计问题,采用半正定松弛算法进行求解,得到通信感知一体化波束成形矩阵。最后,仿真结果验证了联合波束成形设计的有效性。     

起伏地形双向抛物线方法的计算与验证研究

双向抛物线方法是复杂环境下电波传播计算中的一种重要方法,提出一种新的不规则地形下双向抛物线方程用于电波传播的计算方法,该算法在求解过程中记录了所有波源的历史路径,结合具体路径对双向抛物线方法进行相位修正,并在步进过程中,对不同极化下障碍物表面的边界条件进行了重新处理,对目前采用的阶梯模型进行了改进。在此基础上,提出使用矩量法来精确验证近距离不同极化下双向抛物线方法的计算精度。通过实例分析,证明了起伏地形下新算法计算的精确性。     

基于欠定方程的频谱峰值搜索算法及其在连续毫米波雷达系统中的应用

现有谱峰搜索算法在应用于连续毫米波雷达后端中频信号处理时,或计算量较大,或精度不高.本文针对该问题,提出一种可有效提取信号峰值频率信息的快速算法,进而实现连续毫米波雷达的快速准确测速测距.该算法借助压缩感知原理,通过构建欠定方程,并计算少量内积,实现高效捕捉信号频率值.数值结果表明,此算法具有运算量小、计算精度高等特点,可为当今智能交通领域中的高精度测速测距提供一种快速解决方案.     

基于圆柱抛物方程的城市环境电波预测模型

提出了一种三维实体重建技术与柱坐标抛物方程结合的城市环境电波传播预测方法.从数字地图中提取城市建筑物高程矢量数据,建立立体光刻文件的拓扑数据结构,将其转化为抛物方程模型对应的扇形栅格数据,实现城市建筑群的三维几何模型重构.同时结合聚类算法并利用城市影像信息对地表环境进行分类,对不同类型的地表媒质赋予不同电磁参数,实现真...     

基于FGG NUFFT的穿墙成像雷达快速BP算法

针对穿墙成像雷达后向投影(Back Projection,BP)算法存在计算复杂度较高、内存需求较大等问题,本文提出了一种基于快速高斯网格化的非均匀快速傅里叶变换(Fast Gaussian Gridding Nonuniform Fast Fourier Transform,FGG NUFFT)成像算法,该算法能够有效加速BP算法。对经过联合熵值法抑制墙体杂波后得到的目标回波数据,首先将BP算法中像素点幅值与高斯核函数反卷积消除高斯平滑的影响,然后对均匀数据进行快速傅里叶变换,最后对得到的数据进行卷积运算实现对数据均匀平滑输出。该方法预先划分网格并存储系数,避免了重复运算。通过对基于时域有限差分法(Finite Different-Time Domain,FDTD)的仿真软件GprMax2D/3D所获得的穿墙雷达数据进行处理,仿真实验证明该方法在保证成像质量的情况下,有效降低计算复杂度与内存需求。