[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201710350234.2
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107341284B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了高精度預測低頻電波傳播特性的雙向拋物方程方法，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前向初始場；步驟3：結合前向初始場，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(qū)域任意位置電波傳播的前向場；步驟4：結合前向初始場，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中的傳播場結果求出電波傳播的總磁場。本發(fā)明既能解決FDTD方法計算量大、耗時長的缺點，又能解決積分方程方法和拋物方程方法在地形起伏劇烈路徑中由于忽略后向電波傳播影響引起的誤差大的問題。

技術領域

本發(fā)明屬于電波傳播技術領域，具體涉及一種高精度預測低頻電波傳播特性的雙向拋物方程方法。

背景技術

低頻電波以其波長較長，信號的傳播損耗小，信號的幅度與相位穩(wěn)定，被廣泛應用于授時、導航、通信等領域。為提高低頻無線電工程的使用性能和精度，需要深入研究低頻電波在各種地域、時域、頻域范圍內的變化規(guī)律及預測技術。目前，預測復雜環(huán)境下低頻電波傳播已有的理論方法有：積分方程方法、拋物方程方法和時域有限差分(Finite-Difference Time-Domain，F(xiàn)DTD)方法。積分方程方法和拋物方程方法都可以考慮地形變換，對復雜路徑具有較高精度，但是，這兩種方法都忽略了沿路徑后向傳播的反射場影響，在地形起伏劇烈的傳播路徑上會引起較大誤差。FDTD方法可方便的考慮任何地質和地形路徑的電波傳播問題，并且精度較高，但其存在過長的計算時間、較多的內存資源占用等問題，不適合大區(qū)域的工程化推廣。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種高精度預測低頻電波傳播特性的雙向拋物方程方法，既能解決FDTD方法計算量大、耗時長的缺點，又能解決積分方程方法和拋物方程方法在地形起伏劇烈路徑中由于忽略后向電波傳播影響引起的誤差大的問題。

本發(fā)明所采用的技術方案是：高精度預測低頻電波傳播特性的雙向拋物方程方法，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(qū)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τ＝1,2,3,…；

步驟5：結合步驟3和步驟4中的傳播場結果u_f(ρ,z)、τ＝1,2,3,…和求出電波傳播的總磁場

本發(fā)明的特點還在于：

步驟1具體為：

計算區(qū)域大小N_ρ×N_z，其中N_ρ為ρ方向的網(wǎng)格數(shù)，N_z為z方向的網(wǎng)格數(shù)；空間網(wǎng)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(shù)；地面相對介電常數(shù)ε_r和電導率σ；地形模型參數(shù)。

步驟2具體為：