粗糙海面建模及其在蒸发波导传播中的应用研究

海上蒸发波导微波超视距电波传播对舰载雷达的运行具有重要的影响. 本文基于粗糙海面电波散射特征和海面高度分布概率密度函数,提出了一种考虑海面遮蔽影响的海上电波传播计算方法,并与两种不包含遮蔽影响的粗糙海面建模的计算结果进行了模拟和试验对比. 计算结果为:1）随着计算频率和风速的增大,不同粗糙海面处理方法的计算结果差异增大,对应位置的路径损耗差异可达10 dB;2）基于试验数据的对比初步显示采用考虑遮蔽影响改进的抛物方程模型预测的路径损耗精度相对较高,粗糙海面对电波的遮蔽效应是蒸发波导传播损耗计算中的一个重要因素;3）试验结果为不稳定大气时采用NPS蒸发波导模型、稳定大气时采用PJ蒸发波导模型预测大气折射率剖面,所预测的路径损耗要优于采用单一蒸发波导模型的结果. 本文所得结果对海上电波传播计算和大气波导的反演等具有参考价值.     

基于抛物方程的海上电波传播研究

抛物方程已经被广泛地应用于电波传播预测模型,并成为解决电磁波传播问题的主要工具。针对目前大多数预测模型处理粗糙海面的不足,引进了一种能包含海面阴影效应的粗糙度修正因子,并由于电波在海面上传播主要受到蒸发波导和粗糙海面的影响,结合抛物方程和蒸发波导理论对海面上的电波传播进行了研究,利用PE模型计算了电波在蒸发波导中不同条件下的传播损耗,并分析了蒸发波导和粗糙海面对电波传播的影响。     

基于抛物方程法的粗糙海面电波传播分析

提出了一种改进阻抗边界条件的方法,并用格林函数法求解抛物方程的初始解:从而提高了抛物方程法的稳定性与精确度.最后基于抛物方程法分析了粗糙海面上的电波传播特性,得到的结果与Miller-Brown模型进行对比,结果吻合很好.     

粗糙海面对电波传播的影响研究

蒸发波导能够部分陷获电磁波的传播,从而改变电磁波的传播特征,形成超视距传播,但是粗糙海面对电波传播的影响会削弱这种传播特性。基于抛物方程(PE)模型,采用包含粗糙海面阴影效应的反射系数来计算电波传播损耗,仿真结果略大于采用Miller-Brown模型做海面粗糙度修正的传播损耗值。表明当波长与浪高可比拟甚至远小于浪高时,粗糙海面的阴影效应对电波传播的影响不可忽略。     

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.     

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.     

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.     

基于抛物方程的海上电磁环境场强计算与应用

海洋在国家经济发展和国防建设中起着重要作用,电子设备在海洋开发中不断应用,海上电磁环境预测需求日渐迫切。海面大气波导对电波传播和电子信息系统的运行影响显著。在此选用抛物方程模型离散混合傅里叶变换法求解波导环境下的电波传播损耗,提出基于传播损耗与辐射源参数的电场强度计算方法,预测电磁场空间分布,从而根据电磁环境国军标给出对人员、设备的电磁辐射危害区域,为准确预测海上电磁环境分布,分析电磁辐射对电子信息系统的影响提供了方法。     

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。     

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...     

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...     

空白电视频段下考虑船体晃动的海上无线电波传播特性研究*

为设计基于空白电视频段的海上无线传输系统,需要了解在该频段下无线电波在海面传播特性.在海上环境下,海面波动会引起船体晃动,导致发射和接收天线间的角度变化,从而影响海上电波传播损耗和通信链路性能.对海浪波动引起的船体晃动进行了三维建模,然后考虑地球曲率并结合晃动时天线角度改变引起的天线接收增益变化改进了海上电波传播损耗模型.借助该模型仿真分析了空白电视频段下不同船体晃动类型和在不同传播距离时对海上无线电波传输路径增益的影响程度.     

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。     

粗糙海面蒸发波导传播和近掠入射散射分析

讨论在蒸发波导条件下粗糙海面对电波传播特性的影响。推导粗糙海面的表面反射系数,通过实验检验某粗糙海面电波传播预测模型在我国海域的适用性,并给出实验结果和分析。给出了不同条件下波导高度和传播损耗、最大探测距离间的关系。数据分析表明:冬季的粗糙海面情况下模型计算的传播损耗值与实测值比较接近,而秋季时两者相差较大,说明在海况较好时该模型适用于我国近海海域,而当风浪较大时,将导致表面粗糙度增大,影响模型的精度,使其低估传播损耗。     

Radiophysical investigations of sea roughness (radiooceanography) at the Ukrainian Academy of Sciences

Experiments on the scattering of radio waves in the range 200 m to 3 cm from a rough sea surface are described. Amplitude, frequency, and space-time characteristics of scattered radio signals at different states of the sea surface are presented. It is shown that the problem of the short and medium wave scattering from the sea can be solved by the perturbance method. In this case the mechanism of scattering is of "resonant" character. The intensity of the backscatter signals is proportional to the density of the spatial spectrum on the half-length of the radio waves. The high frequency radio wave scattering is well described by a two-scale model of the scattering surface, "ripple on the large wave." The intensity of scattered radio signals is also proportional to the spectrum density of "ripples" whose length is approximately equal to half a radio wave. The effect of the large waves is to modulate the amplitude of a scattered radio signal and to broaden its frequency spectrum. Methods of solution of the reverse problem were considered. This allowed determination of parameters of sea roughness by characteristics of scattered radio signals. The principles of design of the corresponding equipment are described.