[發明專利]高精度預測低頻電波傳播特性的雙向拋物方程方法

有效

• 申請號: 201710350234.2
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107341284B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 席曉莉;王丹丹;張金生;蒲玉蓉;李征委
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 成丹

1.高精度預測低頻電波傳播特性的雙向拋物方程方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1：輸入模型文件；

步驟2：利用平地面公式計算初始位置ρ＝ρ₀處縱向橫切面上的磁場H_f(ρ₀,z)，并通過其求解雙向拋物方程的前向初始場u_f(ρ₀,z)；

步驟3：結合步驟2計算出來的前向初始場u_f(ρ₀,z)，基于坐標變換模型，采用分布離散傅里葉變換算法，求解計算區域任意位置電波傳播的前向場u_f(ρ,z)；

步驟4：結合步驟2計算出來的前向初始場u_f(ρ₀,z)，基于階梯近似模型，采用SSFT算法，遞歸的求解由于地形影響對電波傳播產生的后向場和由多次反射產生的前向場

步驟5：結合步驟3和步驟4中的傳播場結果u_f(ρ,z)、和求出電波傳播的總磁場

所述步驟4具體為：

沿ρ軸正方向傳播的各個前向場為：

其中，上標τ表示前向場的序號，τ＝0表示電波傳播的主傳播場，而τ＝1,2,3…則表示由后向場多次反射所產生的前向場，為前向磁場分量；

當電波沿ρ軸正方向傳播時，采用SSFT算法即可求得下一位置處的前向場：

將步驟2中求得的前向初始場u_f(ρ₀,z)賦值給若傳播路徑不含起伏地形，則計算區域僅存在τ＝0時對應的將代入式(8)依次迭代計算出各個位置的場若存在起伏地形，需要考慮后向場影響；

定義沿ρ軸負方向傳播的各個后向波函數，即后向場：

其中，表示后向場的序號，每當前向場遇到一個相對于其傳播方向的上升階梯面，就會產生一個后向磁場分量

對應于式(9)的SSFT算法為：

假設前向波沿ρ軸正方向傳播到ρ＝ρ_e處存在相對于傳播方向的上升階梯面，由于該上升階梯面對電波傳播的反射作用，前向波分為兩部分：繼續向前傳播的前向波和反射作用產生的后向波；

在上升階梯面上，根據磁場所滿足切向邊界條件可以得到后向初始場為：

修正前向場：

其中，τ和都是具體的某一個標號，具體過程為標記為τ的前向波，每遇到一個相對于ρ正方向的上升沿就會產生一個標記為的后向波，并且更新為

假設電波沿ρ軸負方向傳播到ρ＝ρ_t處存在相對于傳播方向的上升階梯面，后向波分為兩部分：繼續向后傳播的后向波和由后向波反射產生的前向波；

在上升階梯面上，根據磁場所滿足切向邊界條件可以得到后向場多次反射產生的前向場為：

修正后向場：

其中，τ和都是具體的某一個標號；具體過程為標記為的后向波，每遇到一個相對于ρ負方向的上升沿就會產生一個標記為τ的前向波，并且τ更新為τ＝τ+1；

轉到式(7)和式(9)繼續循環對所有前向場和后向場迭代計算下一步進處的場強，直至步進到計算區域邊界；其中，前向場的邊界為ρ_max＝N_ρΔρ，后向場的邊界為ρ₀；

所述步驟5具體為：

將步驟3和步驟4中的前向場u_f(ρ,z)和多次反射產生的前向場分別代入式(2)和式(7)，分別求出所有存在的前向場H_f(ρ,z)和

將步驟4計算的代入式(9)中，求出所有存在的后向磁場分量

電波傳播的總磁場為所有前向磁場分量和后向磁場分量的疊加：

2.根據權利要求1所述的高精度預測低頻電波傳播特性的雙向拋物方程方法，其特征在于，所述步驟1具體為：

計算區域大小N_ρ×N_z，其中N_ρ為ρ方向的網格數，N_z為z方向的網格數；空間網格步長分別為Δρ和Δz，ρ和z分別表示橫向和縱向坐標；ρ₀為初始場位置；源的參數；地面相對介電常數ε_r和電導率σ；地形模型參數。