[發(fā)明專利]基于三維拋物方程的不規(guī)則地形電波傳播因子預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710719260.8
• 申請(qǐng)日: 2017-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107545104A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭立新;關(guān)曉偉;王亞姣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;G06T17/05
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心61205
• 代理人: 韋全生,王品華

1.一種基于三維拋物方程的不規(guī)則地形電波傳播因子預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：

(1)在預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)建立直角坐標(biāo)系，采用數(shù)字高程地圖建立三維不規(guī)則地形的幾何模型，獲取數(shù)字高程地圖建模文件，實(shí)現(xiàn)步驟為：

(1a)采用二維非均勻網(wǎng)格對(duì)三維不規(guī)則地形進(jìn)行覆蓋，得到包含各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處高度值的三維不規(guī)則地形幾何模型；

(1b)按照非規(guī)則格網(wǎng)數(shù)字高程地圖的文件存儲(chǔ)格式，輸出三維不規(guī)則地形幾何模型中各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處的高度值，形成數(shù)字高程地圖建模文件；

(2)采用麥克斯韋方程推導(dǎo)出以位函數(shù)表示的寬角拋物方程，實(shí)現(xiàn)步驟為：

(2a)對(duì)麥克斯韋方程進(jìn)行推導(dǎo)，得到三維波動(dòng)方程；

(2b)根據(jù)三維波動(dòng)方程中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的場(chǎng)分量，設(shè)定位函數(shù)電矢位和磁矢位并將其代入三維波動(dòng)方程，得到由位函數(shù)表示的矢量波動(dòng)方程；

(2c)用ψ^e表示磁矢位的任意直角分量，用ψ^m表示電矢位的任意直角分量，并設(shè)定ψ＝ψ^e+ψ^m為任意標(biāo)量場(chǎng)分量；

(2d)忽略后向傳播，采用Feit-Fleck近似方法計(jì)算微分算子，推導(dǎo)出寬角拋物方程：

∂ψ(x,y,z)∂x=ik0[1+1k02▿t2+n-2]ψ(x,y,z),]]>

其中，為偏微分算子，x、y和z分別為直角坐標(biāo)系的三個(gè)分量，i為虛數(shù)單位，k₀為自由空間傳播常數(shù)，為橫向拉普拉斯算子，n為傳播介質(zhì)的折射率；

(3)將不規(guī)則地形表面看作PEC平面，采用鏡像原理，由激勵(lì)源的電流分布函數(shù)求取寬角拋物方程的初始場(chǎng)ψ(0,y,z)；

(4)對(duì)分步傅里葉變換方法進(jìn)行改進(jìn)，并采用改進(jìn)的分步傅里葉變換方法求解寬角拋物方程，得到寬角拋物方程的總場(chǎng)ψ(x,y,z)，實(shí)現(xiàn)步驟為：

(4a)將不規(guī)則地形對(duì)電波傳播的影響等效為一系列單刃峰的繞射，并將不規(guī)則地形表面以下區(qū)域內(nèi)寬角拋物方程的總場(chǎng)ψ(x,y,z)設(shè)為零，得到改進(jìn)的分步傅里葉變換方法；

(4b)從數(shù)字高程地圖建模文件中讀取三維不規(guī)則地形幾何模型；

(4c)忽略地表上的爬行波，根據(jù)初始場(chǎng)ψ(0,y,z)，采用改進(jìn)的分步傅里葉變換方法求解寬角拋物方程，得到寬角拋物方程總場(chǎng)ψ(x,y,z)的二維傅里葉變換；

(4d)采用奇偶分解法，通過(guò)奇場(chǎng)和偶場(chǎng)的二維傅里葉變換表示寬角拋物方程的總場(chǎng)ψ(x,y,z)的二維傅里葉變換，并利用FFT求出其逆變換，得到寬角拋物方程總場(chǎng)ψ(x,y,z)；

(5)構(gòu)建整個(gè)空間內(nèi)的衰減函數(shù)，并對(duì)寬角拋物方程總場(chǎng)ψ(x,y,z)的幅度進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)步驟為：

(5a)在直角坐標(biāo)系的y方向和z方向各設(shè)置一個(gè)Tukey窗函數(shù)，并將這兩個(gè)Tukey窗函數(shù)相乘，得到寬角拋物方程在(y,z)平面內(nèi)的衰減函數(shù)；

(5b)采用衰減函數(shù)對(duì)整個(gè)空間內(nèi)的寬角拋物方程總場(chǎng)ψ(x,y,z)的幅度進(jìn)行修正，得到考慮吸收邊界的寬角拋物方程總場(chǎng)ψ_s(x,y,z)；

(6)采用考慮吸收邊界的寬角拋物方程總場(chǎng)ψ_s(x,y,z)，計(jì)算不規(guī)則地形電波傳播因子F。