快速算法实现电离层短波射线追踪

在不考虑地磁场和碰撞的条件下,利用基于费尔马原理的射线微分方程,采用直线几何近似和变步长技术相结合的快速算法实现了电离层短波射线追踪,达到了保证精度的同时提高运算效率的目的。引入亚大模型和附加扰动影响的准抛物模型描述电离层电子浓度剖面,验证快速算法的准确性和高效性。仿真结果表明,快速算法能够适应各种复杂的电离层电子浓度剖面,在保证精度的同时更迅速地计算射线的传播轨迹。     

分层介质目标电磁散射计算的快速射线追踪方法

针对利用射线追踪方法计算分层介质目标散射时由于海量射线导致的资源和效率瓶颈问题,提出了改进的蒙特卡洛法和自适应射线细分法,实现对超电大分层介质目标高频电磁散射的快速计算.改进的蒙特卡洛法基于射线在介质分界面上反射和折射的能量分布,将射线分裂等效为按照特定概率发生反射或折射,射线追踪过程中射线数保持不变,而自适应射线细分法通过选择稀疏的初始射线,并根据目标结构和材质的变化自动细分加密,在保证计算精度的同时最大程度降低射线数.仿真试验与参考结果对比验证了本文方法的精确和高效,并分析了两种方法的优缺点,给出了适用范围以及在实际工程应用中的建议.     

射线追踪在电离层探测中的应用

通过对电离层探测数据的处理,得到电离层的水平不均匀性模型.对这种水平不均匀电离层模型进行射线追踪,应用变步长射线追踪方法对赤道双峰模型进行射线追踪.电离层射线追踪的路径反映了电子密度和折射率的水平不均匀性,对电离层的斜向探测具有重要的价值.     

电离层短波三维射线追踪及其应用研究

从三维射线追踪的Haselgrove方程出发,采用龙格-库塔法求解沿射线路径的电波传播参数,实现了电离层短波数字三维射线追踪,重点对数字三维射线追踪具体实现的一些关键问题处理进行了深入分析研究.本研究工作是结合传播工程技术问题开展的,以一类具体的电离层模型,给出了三维射线追踪在一些传播工程中的具体应用.     

电离层吸收衰减预测方法的比较研究

本文对比分析了利用ITU半经验模型和3种电子碰撞模型预测天波链路电离层吸收衰减的方法.利用中国参考电离层模型和质谱仪非相干散射大气模型构建背景电离层和背景大气,在构建的背景环境中利用三维射线追踪方法仿真分析由半经验模型和3种电子碰撞模型计算得到的电离层吸收衰减与电波频率、出射仰角、大圆距离的关系.并进行了大圆距离100...     

多抽运宽带喇曼放大器模拟算法的研究

基于龙格-库塔-芬尔格(Runge-Kutta-Fehlberg)方法,提出了一种求解多抽运宽带喇曼放大器耦合方程的自适应步长算法。该算法根据每步计算中局部截断误差和精度的要求,合理调整步长大小。仿真结果表明,与其它算法相比,自适应步长算法能有效地提高计算精度和效率,适合于光纤喇曼放大器的模拟计算。     

电离层对高频电波吸收衰减的影响研究

提出了一种计算电离层吸收损耗的方法.利用国际参考电离层模型(IRI)和离散电离层背景下的射线追踪模型,对穿过电离层区域的高频雷达电波的吸收损耗进行了定量分析,得到了在不同电波频率和不同发射仰角情况下的吸收损耗的模拟结果,并给出了初步结论.     

天波雷达电离层信道建模

以三维射线追踪和相位屏/衍射方法为基础,建立了天波雷达电离层信道模型.首先,将国际参考电离层模型和国际地磁参考场模型集成到三维射线追踪计算中.为满足天波雷达双程信道建模的需要,提出了一种新的收发射线匹配算法.利用相位屏/衍射方法直接计算信道双频、双点、双时相关函数,得到了强闪烁下的随机信道冲击响应函数,对其进行修正,使其也适用于弱闪烁情形.最后,对匹配的收发射线对应冲击响应函数进行二维卷积,并计入信道损耗,得到天波雷达双程信道模型.该信道模型可用于天波超视距雷达信号建模和后续信号处理的研究.     

基于SG/Simulink的一种改进MPPT算法

针对传统MPPT算法响应速度慢和追踪精度不够理想的特点,分析了光伏电池在不同环境下的输出特性,提出一种改进的变步长扰动观测法,即采用新的自适应步长公式 作为扰动步长,使光伏电池以较大步长快速接近最大功率点,然后以较小步长稳定于最大功率点。在SG/Simulink混合建模仿真平台下进行了仿真,所得结果表明算法可显著提高最大功率点追踪速度与精度。     

无时间约束FDTD方法在三维散射中的应用

本文阐述了一种无时间约束条件的FDTD方法(ADI-FDTD)在三维目标电磁散射中的应用.由于散射问题的复杂性,文中分别推导了ADI-FDTD原始方程在连接边界条件、吸收边界条件和近远场外推等关键处的修正方程,并提出了ADI-FDTD方法中的时间步长上限.通过算例表明该方法与传统FDTD方法相比,时间步长可突破传统时间－空间约束条件,它的选取能远大于原有时间步长,对同一散射问题,总计算时间步可以相应大幅度减少,进而提高FDTD方法在计算散射问题中的效率.最后,数值计算显示了该方法的计算精度,并通过图表给出与传统FDTD计算时间的比较.     

波在暖电离层中的传播和耦合

本文研究了波在暖电离层中的传播。文中导出了用拆射率n表示的波的色散关系,并由此推导出分层暖电离层中q的方程。所有这些方程都被用于用射线方法研究波在暖电离层中的传播,模式联接和波的线性耦合。 本文还讨论了波方程的奇点、等离子体波与电磁波的耦合。在波耦合区中,波的场可以通过求解波方程在奇点附近的解而求得。文中比较了用射线方法和全波方程研究波耦合时电波传播的结果。 本文所得结果对研究用无线电波加热电离层实验中的吸收区域是有用的。     

The wave propagation and mode coupling in warm ionosphere

The wave propagation in warm ionosphere is studied in both homogeneous and inhomogeneous ionosphere. When the temperature of electrons are taken into account, the plasma wave is a propagating wave. The dispersion relation of waves in warm ionosphere has been derived. It is an algebric equation which is analogue to the Appleton-Hartree equation, but in higher order. In a stratified warm ionosphere, the equation forq (Booker’sq) is an algebric equation. Both of these equations are used in study of the wave propagation in the ionosphere by means of ray tracing method. The wave mode linking in homogeneous ionosphere and mode coupling in stratified ionosphere are studied. The mode coupling between plasma wave and electromagnetic wave is discussed through the discussion of singularity of the wave equation. The wave fiold near the wave transformation region can be found out by solving the wave equation near the singularity. The justification of study mode conversion by ray tracing is explained. The results could be useful in the study of wavo absorption process and radio heating experiments in the ionospheres.     

基于电离层色散的短波信道多径特性分析

短波链路不同传播模式的多径时延通常为0.5～2.0 ms,该文研究同一传播模式的多径时延,在考虑地磁场影响的情况下,将电离层短波传播的折射指数和射线追踪结合起来,给出了数值迭代算法,实现了用数值方法来描述电离层色散引起的多径时延,并进行了数值仿真,得出短波宽带通信的模拟带宽应为48 kHz。

     

Maximum likelihood coordinate registration for over-the-horizonradar

Over-the-horizon radar exploits the refractive and multipath nature of high-frequency propagation through the ionosphere to achieve wide-area surveillance. The coordinate registration process converts the group delays and azimuths (i.e., slant coordinates) from a set of multipath target returns to an estimate of its location (i.e., ground coordinates). This is performed by associating the target returns with ray modes determined using a computational electromagnetic propagation model. Not surprisingly, errors in the estimates of down-range ionosphere parameters can seriously degrade the accuracy of the target location estimate. The coordinate registration method presented is designed to achieve improved accuracy by employing a statistical model for uncertainties in the ionosphere. Modeling down-range ionospheric parameters as random variables with known statistics facilitates maximum likelihood (ML) target location estimation, which is more robust to errors in the measured ionospheric conditions. The statistics of down-range ionospheric parameters can be determined using current and historical soundings of the ionosphere. ML target localization consists of determining the most likely target ground coordinates over an ensemble of ionospheric conditions consistent with the data. For greater computational efficiency, the likelihood function is approximated by a hidden Markov model (HMM) for the probability of a sequence of observed slant coordinates given a hypothesized target location. The parameters of the HMM are determined via Monte Carlo execution of a ray tracing propagation model for random realizations of the ionosphere. A simulation study performed using a random ionospheric model derived from ionogram measurements made at Wallops Island suggests that the ML method can potentially achieve average absolute miss distances as much as five times better than a conventional coordinate registration technique     

基于抛物方程的短波电离层传播数值模拟研究

短波电离层传播损耗的计算对电离层基础研究与短波通信、天波超视距雷达等应用有重要意义，以往主要采用半经验模型.文中基于电磁波传播的抛物方程方法，实现对短波电离层传播损耗空间分布的数值计算，该方法可同时考虑电磁波传播的折射、反射、绕射和吸收等效应.根据电子浓度剖面数据，仿真计算了不同频点和天线波束宽度情况下的电离层传播损耗，从折射效应引起的传播模式、反射点高度、地面落区位置方面，与射线描迹结果进行对比，两者具有一致性.此外，进一步仿真分析了电离层的吸收效应.研究结果初步表明了抛物方程方法预测电离层传播的有效性及其强大的功能.     

基于数值射线追踪的短波电离层传播轨迹研究

从电波传播的射线方程出发,在不考虑地磁场和碰撞的条件下,推导出了球坐标系下描述短波在电离层传输的轨迹方程.以准抛物电子密度模型为例,给出了求解参数方程组的初始条件.采用改进Euler数值方法求解轨迹参数方程组,得到短波轨迹的参数,实现了短波在电离层中的轨迹计算及仿真.仿真结果结果表明,用数值射线追踪法研究短波在电离层中的传播可以为短波天波通信的轨迹模拟和参数优选提供参考.     

HF信道的色散带宽及其对脉冲波传播的影响

电离层是时变色散媒质，色散带宽是描述HF信道色散程序的物理量，它安全由电离层的特性决定。文中采用Lin等人给出的色散带宽的定义，将电离层电子浓度进一步推广到球面分层，并给出计算球面分层、各向同性的电离层的色散带宽的普遍关系式。以电离层电子浓度剖面为准抛物层为例求解了色散带宽及其同收发间距和发射频率的关系。计算结果表明当收发间距D＞0且发射频率f＜MUF时，射线分为高角射线和低角射线会发生重合，色散带宽相等。高角射线穿入电离层较深，其色散带宽小于低角射线的色散带宽。提出并通过模拟计算证实了从信号恢复的角度看存在一个最佳的色散带宽，即高、低角射线重合时所对应的色散带宽。     

返回散射电离图仿真平台

基于数字射线追踪技术,以球形对称准抛物电子浓度模型作为背景的电离层模型,建立了返回散射电离图仿真平台,并利用该平台对电离层存在梯度、Es、扰动等典型电离层状态的返回散射电离图进行了仿真,最后讨论了天线方向图对返回散射电离图的影响.