高精度预测低频电波传播特性的双向抛物方程方法技术

本发明专利技术公开了高精度预测低频电波传播特性的双向抛物方程方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：输入模型文件；步骤2：利用平地面公式计算前向初始场；步骤3：结合前向初始场，基于坐标变换模型，采用分布离散傅里叶变换算法，求解计算区域任意位置电波传播的前向场；步骤4：结合前向初始场，基于阶梯近似模型，采用SSFT算法，递归的求解由于地形影响对电波传播产生的后向场，和由多次反射产生的前向场；步骤5：结合步骤3和步骤4中的传播场结果求出电波传播的总磁场。本发明专利技术既能解决FDTD方法计算量大、耗时长的缺点，又能解决积分方程方法和抛物方程方法在地形起伏剧烈路径中由于忽略后向电波传播影响引起的误差大的问题。

High accuracy prediction of low frequency radio wave propagation using bi directional parabolic equation method

The invention discloses a two-way parabolic equation method of low frequency electromagnetic wave propagation prediction precision, the specific implementation in accordance with the following steps: Step 1: enter the model file; step 2: the use of flat ground formula to the calculation of the initial field; step 3: according to the initial field, coordinate transformation model based on the distribution of the discrete Fourier transform algorithm prior to the field calculation region, any position of radio propagation; step 4: according to the initial field, ladder approximation model based on SSFT algorithm using recursive solution because of the terrain effect on wave propagation to the field, and produced by multiple reflections to the field; step 5: spread with step 3 and in step 4 calculate the total magnetic field results of wave propagation. The invention can solve the FDTD method of large amount of calculation, time-consuming, and can solve the integral equation method and parabolic equation method in the topography in the path due to the neglect of backward wave propagation effects caused by large error.

【技术实现步骤摘要】
高精度预测低频电波传播特性的双向抛物方程方法
本专利技术属于电波传播
，具体涉及一种高精度预测低频电波传播特性的双向抛物方程方法。
技术介绍
低频电波以其波长较长，信号的传播损耗小，信号的幅度与相位稳定，被广泛应用于授时、导航、通信等领域。为提高低频无线电工程的使用性能和精度，需要深入研究低频电波在各种地域、时域、频域范围内的变化规律及预测技术。目前，预测复杂环境下低频电波传播已有的理论方法有：积分方程方法、抛物方程方法和时域有限差分(Finite-DifferenceTime-Domain，FDTD)方法。积分方程方法和抛物方程方法都可以考虑地形变换，对复杂路径具有较高精度，但是，这两种方法都忽略了沿路径后向传播的反射场影响，在地形起伏剧烈的传播路径上会引起较大误差。FDTD方法可方便的考虑任何地质和地形路径的电波传播问题，并且精度较高，但其存在过长的计算时间、较多的内存资源占用等问题，不适合大区域的工程化推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高精度预测低频电波传播特性的双向抛物方程方法，既能解决FDTD方法计算量大、耗时长的缺点，又能解决积分方程方法和抛物方程方法在地本文档来自技高网...

【技术保护点】
高精度预测低频电波传播特性的双向抛物方程方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：输入模型文件；步骤2：利用平地面公式计算初始位置ρ＝ρ0处纵向横切面上的磁场Hf(ρ0,z)，并通过其求解双向抛物方程的前向初始场uf(ρ0,z)；步骤3：结合步骤2计算出来的前向初始场uf(ρ0,z)，基于坐标变换模型，采用分布离散傅里叶变换算法，求解计算区域任意位置电波传播的前向场uf(ρ,z)；步骤4：结合步骤2计算出来的前向初始场uf(ρ0,z)，基于阶梯近似模型，采用SSFT算法，递归的求解由于地形影响对电波传播产生的后向场

【技术特征摘要】
1.高精度预测低频电波传播特性的双向抛物方程方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：输入模型文件；步骤2：利用平地面公式计算初始位置ρ＝ρ0处纵向横切面上的磁场Hf(ρ0,z)，并通过其求解双向抛物方程的前向初始场uf(ρ0,z)；步骤3：结合步骤2计算出来的前向初始场uf(ρ0,z)，基于坐标变换模型，采用分布离散傅里叶变换算法，求解计算区域任意位置电波传播的前向场uf(ρ,z)；步骤4：结合步骤2计算出来的前向初始场uf(ρ0,z)，基于阶梯近似模型，采用SSFT算法，递归的求解由于地形影响对电波传播产生的后向场和由多次反射产生的前向场步骤5：结合步骤3和步骤4中的传播场结果uf(ρ,z)、和求出电波传播的总磁场2.根据权利要求1所述的高精度预测低频电波传播特性的双向抛物方程方法，其特征在于，所述步骤1具体为：计算区域大小Nρ×Nz，其中Nρ为ρ方向的网格数，Nz为z方向的网格数；空间网格步长分别为Δρ和Δz，ρ和z分别表示横向和纵向坐标；ρ0为初始场位置；源的参数；地面相对介电常数εr和电导率σ；地形模型参数。3.根据权利要求1所述的高精度预测低频电波传播特性的双向抛物方程方法，其特征在于，所述步骤2具体为：选取二维柱坐标系(ρ,z)，其中ρ和z分别表示为横向和纵向坐标，根据实际发射天线尺寸，通过测量得到垂直电偶极子的电荷间距dl，放置在距离地面高度为d的位置，假设时谐因子为e-iωt，利用平地面公式计算初始距离ρ＝ρ0处纵向横切面的磁场Hf(ρ0,z)：其中，I为电流大小，k0和kg分别为真空和地面的波数，r0表示从源点到观测点的直线距离，r1表示从源的镜像到观测点的直线距离，P2为中间参量：F(z)是Fresnel积分并定义为定义沿ρ轴正方向传播的波函数，即前向场uf(ρ0,z)为：4.根据权利要求3所述的高精度预测低频电波传播特性的双向抛物方程方法，其特征在于，所述步骤3具体为：在原坐标系(ρ,z)中，地形函数为T(ρ)，以地形表面上任意一点为新的坐标原点O′建立新的坐标系则在新坐标系中，波函数已经修正为：其中，采用起伏地形SSFT算法求解下一步进处的前向场：其中，n为大气折射率，和为离散混合傅里叶变换对，为电波传播的仰角；步骤2中得到初始距离ρ＝ρ0处电波传播的前向初始场为uf(ρ0,z)，结合式(4)和(5)，即可得到新坐标系下初始场将代入式(6)中步进计算，得到新坐标系下任意位置处的前向场再考虑原坐标系和新坐标系前向场之间的关系，即式(4)，求出原坐标系中前向场uf(ρ,z)。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：席晓莉，王丹丹，张金生，蒲玉蓉，李征委，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61