电波传播抛物方程分步傅里叶变换解的上边界处理方法技术

本发明专利技术属于电磁波技术领域，具体涉及一种电波传播抛物方程分步傅里叶变换解的上边界处理方法；该方法具体包括如下步骤：1)抛物方程模型及参数初始化，设定初始场、傅里叶变换的点数和下边界条件；2)根据窗函数求得相应的虚部增量，3)根据当前步进上的大气修正折射指数及虚部增量求得等效大气修正折射指数；4)抛物方程的步进求解和最高点场值置零；5)重复步骤3-5，直至达到计算域终点。本发明专利技术所述的一种电波传播抛物方程分步傅里叶变换解的上边界处理方法，提高了抛物方程法求解电波传播的上边界吸收问题的处理速度，滤波性能上与窗函数法相同，但降低了运算量，在多折射率剖面情况下，较有意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电磁波
，具体涉及一种电波传播抛物方程分步傅里叶变换解的上边界处理方法。 
技术介绍
近年来，军民用户越来越重视电磁环境问题，采用数值法求解电波传播问题时，由Maxwell方程简化而来的波动方程是椭圆型方程，求一点的解意味着必须同时求出计算域内全部点的解，当实时求解较大计算域时，计算量将大得无法接受。如果大气折射率在水平方向上是缓变的，则可以将椭圆型波动方程分解为前向和后向传播两项，忽略后向传播即可得到抛物型方程(Parabolic Equation，PE)。PE能处理每一距离高度点均相互独立的大气折射率结构，是目前能以一致的方式同时计算从视距到超视距区的大范围地面和折射影响的唯一方法。PE的解法有有限差分(Finite Difference，FD)法、有限元(Finite Element，FD)法和分步傅里叶(Split Step Fourier Transform，SSFT)法，其中SSFT能够方便的实现步进求解，步长选取灵活，适用于电波远距离传播情形。1998年，美国研制了“高级折射效应预测系统”(Advanced Refractive Effects Prediction System，AREPS)，其计算核心高级传播模型(Advanced Propagation Model，APM)就是基于PE模型设计的。国内对PE模型及其应用也进行了持续的跟踪研究。 在求解电波传播问题时，为了满足第三类边界条件--Sommerfeld辐射条件，需采取措施避免边界上的强反射影响计算域，如吸收层法、完全匹配层、透明边界条件、虚部法等，求解PE时多采用在每一步进上进行窗函数滤波，这种方法步骤清晰易理解，但需要每一步进上都进行一次滤波。 
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电波传播抛物方程分步傅里叶变换解的上边界处理方法，用虚部增量法代替窗函数滤波，设计相应计算流程，降低运算量，提高抛物方程法求解电波传播的速度。 本专利技术的技术方案如下：一种电波传播抛物方程分步傅里叶变换解的上边界处理方法，该方法具体包括如下步骤： 步骤1、抛物方程模型及参数初始化，设定初始场、傅里叶变换的点数和下 边界条件； 步骤2、根据窗函数求得虚部增量； 步骤3、根据当前步进上的大气修正折射指数及虚部增量求得等效大气修正折射指数； 步骤4、抛物方程的步进求解和最高点场值置零； 步骤5、重复步骤3-5，直至达到计算域终点。 所述的步骤1具体包括如下步骤： 设电磁场的时谐因子为e-iwt，w为角频率，t为时间；在直角坐标系(x，y，z)下，二维问题与y轴无关，则标量波动方程为： ∂2ψ(x,z)∂x2+∂2ψ(x,z)∂z2k2n2ψ(x,z)=0---(1)]]>式中ψ为电场或磁场分量，k＝2π/λ为自由空间波数，n为大气折射率； 定义沿x轴正向传播的波函数为： u(x，z)＝e-ikkψ(x，z)    (2) 将(2)代入(1)，仅保留前向传播，近轴条件下的标准抛物方程为： ∂u(x,z)∂x=ik2[1k2∂2∂z2+n2(x,z)-1]u(x,z)---(3)]]>其SSFT解为： u(x+Δx,z)=eiΔxk(n2-1)2F-1{e-iΔxp22kF[u(x,z)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电波传播抛物方程分步傅里叶变换解的上边界处理方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：步骤1、抛物方程模型及参数初始化，设定初始场、傅里叶变换的点数和下边界条件；步骤2、根据窗函数求得虚部增量；步骤3、根据当前步进上的大气修正折射指数及虚部增量求得等效大气修正折射指数；步骤4、抛物方程的步进求解和最高点场值置零；步骤5、重复步骤3‑5，直至达到计算域终点。

【技术特征摘要】
1.一种电波传播抛物方程分步傅里叶变换解的上边界处理方法，其特征在
于：该方法具体包括如下步骤：
步骤1、抛物方程模型及参数初始化，设定初始场、傅里叶变换的点数和下
边界条件；
步骤2、根据窗函数求得虚部增量；
步骤3、根据当前步进上的大气修正折射指数及虚部增量求得等效大气修正
折射指数；
步骤4、抛物方程的步进求解和最高点场值置零；
步骤5、重复步骤3-5，直至达到计算域终点。
2.根据权利要求1所述的一种电波传播抛物方程分步傅里叶变换解的上边
界处理方法，其特征在于：所述的步骤1具体包括如下步骤：
设电磁场的时谐因子为e-iwt，w为角频率，t为时间；在直角坐标系(x，y，z)
下，二维问题与y轴无关，则标量波动方程为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：周新力，肖金光，吴龙刚，田伟，刘晓娣，金慧琴，宋斌斌，周旻，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空工程学院，
类型：发明
国别省市：山东;37