一种地形条件下电波传播入射余角估计算法

入射余角是利用抛物方程模型研究地形条件下电波传播问题的重要参数,但该参数估计具有单次快拍、信号相干和实时性要求高的特点,传统的估计算法难以同时满足上述要求.针对上述问题,提出了基于单次快拍的空间平滑旋转不变性的信号参数估计(Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, ESPRIT)算法.直接采用单次数据的前后向空间平滑子阵构造centro-Hermitian伪协方差矩阵以实现信号解相干,应用酉变换将复数域的奇异值分解转换为实数域求解,利用ESPRIT算法代替多重信号分类算法估计入射余角.仿真结果表明:该算法能够实现电波传播入射余角的快速估计,准确反映地形起伏对入射余角的影响,与现有算法相比提高了实时性和估计精度.     

基于分形的粗糙海面三维抛物方程模型及其应用

风驱海浪随机起伏变化是海面环境的典型特征之一, 而较大的风浪通常会给海面无线通信带来重要的影响.传统的抛物方程(Parabolic Equationmethod, PE)模型在预测粗糙海面的电波传播时, 未能充分考虑海浪的电磁散射以及阴影效应等.针对以上不足, 文中基于三维抛物方程, 引入动力学分形方法, 对传统的抛物方程模型进行了改进研究.相比传统的Miller-Brown近似方法, 改进后的预测模型能更好地反映出海浪几何特征对电磁波传播的影响.最后以舰载雷达的有效探测范围为计算背景, 对粗糙海面的电波传播特性进行了仿真分析, 结果表明了该模型在区域级海面环境电波预测的可行性.     

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。     

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.     

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。     

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.     

改进DMFT算法研究粗糙海上蒸发波导中的电波传输特性

基于抛物方程的改进离散混合傅立叶变换算法(DMFT)研究了无线电波在粗糙海面上蒸发波导环境下的传输特性.在辅助函数的离散过程当中采用后向差分公式代替以往的中心差分公式,保证了数值结果的稳定性.采用谱估计技术计算了粗糙海面上每个步长上的掠入射角并用Miller-Brown模型数值计算了粗糙海面的反射系数.用改进的DMFT算法数值模拟了无线电波在粗糙海面上蒸发波导中的传输损耗,并与标准大气和光滑海面蒸发波导中的传输损耗进行了比较,分析了海上风速和入射频率对传输损耗的影响.     

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.     

宽角抛物方程在阻抗边界条件下的应用

对抛物方程中的伪差分算子进行Feit-Fleck宽角近似处理,分析了这种近似所带来的误差;详细阐述了阻抗边界条件下求解这种宽角抛物方程的分步傅立叶变换方法,并以此计算了海平面上电波传播情况,与窄角抛物方程及几何光学双射线模型的计算结果进行比较,说明了这种宽角抛物方程在阻抗边界条件下计算较大仰角电波传播问题是可行的.     

海上蒸发波导条件下电波传播的分析

抛物方程方法已经被广泛地应用于电磁波传播的研究,并成为解决电磁波传播问题主要的工具。应用抛物方程和电波传播的基本理论,计算了电磁波在蒸发波导和标准大气中的传输损耗,得到了电波的空间传播损耗图,与射线理论的射线描迹技术得到的结论是一致的,但是抛物方程方法求解速度快,具有很好的实时计算特性,并且能弥补目前射线描迹技术尚不能精确描述空间场分布的缺点,因此更具有实用价值。     

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.     

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.     

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。     

复杂边界电波传播损耗的神经网络估计方法

针对抛物方程用于模拟复杂地面边界电波传播计算时间随着频率升高急剧增加的缺点,提出利用抛物方程给神经网络提供训练数据,用电磁波频率和水平方向的距离作为神经网络的输入,传播损耗作为神经网络输出的电波传播损耗的分析估计方法.与传统抛物方程的计算结果对比表明,所提出的复杂边界电波传播损耗的估计方法,在保证了较高计算精度的同时,计算速度得到很大的提高.     

PE模型预测蒸发波导中电波传播损耗

针对电磁波在蒸发波导中的异常传播现象,研究了电磁波在蒸发波导中的传播损耗,其传播损耗是电波传播的一个重要概念,并受到广泛关注。抛物模型(PE,Parabolic Equation Model)作为目前研究电波传播的主要模型,通过与Two-ray模型的对比分析验证了PE模型的可行性,且PE模型计算电磁波的传播损耗时可以克服其他模型预测粗糙海面时的不足。仿真分析表明,电波在蒸发波导中传播时的损耗值比在标准大气中的损耗值要小。     

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...     

典型场景下电波传播特性建模

为了解决某些典型场景(如海上、山区、丘陵、城区)下无法使用已有基础模型来全面表达电波传播特性的问题,建立了一种在典型场景下,基于确定性抛物方程、适用于多个传输场景的统一电波传播模型。把典型场景等效为损耗介质层来求解边界条件,利用Fourier分步步进法得到相应解,然后得到电波在典型场景下的传播损耗,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,在不同传输场景下,将统一电波传播模型与Miller-Brown模型、射线追踪模型进行比较,结果较吻合,验证了其正确性。这一结果对建立一种求解典型场景下电波传播衰落问题的统一电波传播模型是有帮助的。     

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.     

海上湍流效应对大气波导传播的影响

海上的湍流大气会引起海上大气波导传播中能量的严重泄漏,进而影响雷达对目标回波信号的正确判断。文中通过利用微波测距机进行连续测距,反算出海面上大气折射率的起伏变化,继而得到能够反映湍流特征的折射率随机扰动项,再将折射率扰动项分别加入到抛物方程模型和射线追踪技术中进行了湍流环境下的传播损耗和射线轨迹计算。计算结果表明,在海上波导传播计算模型中考虑折射率扰动项,可以更加合理地进行雷达系统效应评估,准确地反映大气湍流对海上电波传播的影响。