一种海洋环境电波传导特性获取方法技术

本发明专利技术提供一种海洋环境电波传导特性获取方法，决现有海洋环境电波传导算法较为复杂及数值稳定性较差的问题。该方法包括：步骤一、通过海洋表面数据获取表面边界阻抗特性和高度步长；步骤二、获取场衰减函数初始场条件；步骤三、构建辅助函数和离散辅助函数；步骤四、获取特解辅助函数；步骤五、获取中间因子；步骤六、获取场衰减函数；步骤七、获得不同高度步进数和距离步进数的衰减函数值；步骤八、获取传播场分布函数，获得场强。本发明专利技术方法采用前向—后向差分代替传统的中心差分方法，克服Alpha盲点的问题，提高了算法的稳定性和精度，同时以一阶差分方法拟合阻抗边界条件，对减少算法复杂度提高计算效率有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋环境电波传导特性获取方法
本专利技术涉及电波传播领域，具体涉及一种海洋环境电波传导特性获取方法。
技术介绍
海洋环境主要包括海洋地理、地质、水文、气象和海洋空间电磁环境等。受海洋环境各要素的影响，电波传播需涉及折射、反射、绕射和透射等不同的传播方式。研究海洋环境下电波传播问题时，需涉及电磁波理论、大气科学、传输理论等诸多领域，雷达、通信、数据链、定位系统、电子对抗和遥感遥测等无线电系统应用时需对无线电波的传播特性进行分析。研究海洋环境的变化特点及其对无线电波传播的影响机理，需建立以海洋环境气象要素、海洋环境大气折射要素和海洋环境动态海面及地形要素为主要影响因子的海洋环境电波传播预测模型和雷达探测性能评估模型。基于民用领域的需求，现有研究人员致力于高效电波传播特性预测算法的研究，建立了许多电波传播预测模型，主要为经统计分析实测数据后归纳出的经验模型、在严格电磁理论基础上推导出的确定性模型和半经验半确定性模型三类。DockeryGD和KuttlerJR在文章AnimprovedimpedanceboundaryalgorithmforFouriersplit-stepsolutionsoftheparabolicwaveequation中提出了中心差分离散混合傅里叶变换算法，利用二阶中心差分方程拟合阻抗边界条件的一阶微分方程，而后通过构造辅助函数将SSFT变换转换为单边离散正弦变换求解，该方法较好的解决了复杂边界条件下的电波传播问题，但是在解决动态阻抗边界条件和考虑海面粗糙度及不规则地形等混合边界条件对电波传播的影响时比较困难。针对动态海洋表面和不规则地形组成的下表面边界条件下的电波传播问题，Dockery、Donohue和Kuttler等人对下表面边界阻抗条件问题作了大量研究，在DockeryGD,KuttlerJR.AnimprovedimpedanceboundaryalgorithmforFouriersplit-stepsolutionsoftheparabolicwaveequation[J].IEEETransactionsonAntennasandPropagation,1996,44(12):1592-1599中，提出了基于分步傅立叶变换法的离散混合傅立叶变换(DiscreteMixedFourierTransform，DMFT)抛物方程法，可处理动态海面和不规则地表边界条件下的电波传播问题。然而DMFT模型在粗糙海面等动态阻抗边界条件下，随掠射角、电波频率、海面风速变化，存在数值振荡的问题。此时，RadioScience,2002,37(2):1-11.Janaswamy提出了一种处理阻抗边界条件的改进算法，KuttlerJR,JanaswamyR.ImprovedFouriertransformmethodsforsolvingtheparabolicwaveequation[J].在该文章中，算法更具稳定性，但是算法较为繁琐。此外，现有技术中对宽角DMFT抛物方程和不同地表电磁特性对电波传播影响进行技术研究。例如，胡绘斌,陈建忠.一种基于Globe地图的雷达探测范围计算方法[J].电波科学学报,2010,25(1):156-160和王晶,李智,来嘉哲.雷达脉冲电波环境构建方法研究[J].系统仿真学报,2010,22(7):1566-1571。在上述两篇文章中，胡绘斌、王晶等人研究了基于数字地图的不规则地形和城市小区内的电波传播算法，但目前抛物方程法处理动态海洋表面和不规则地形的混合下表面边界条件电波传播问题还不够成熟。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有海洋环境电波传导算法较为复杂及数值稳定性较差的问题，提供一种海洋环境电波传导特性获取方法。为实现以上专利技术目的，本专利技术的技术方案为：步骤一、通过海洋表面数据获取表面边界阻抗特性α和高度步长Δz；所述海洋表面数据包括最大传播仰角θmax、边界表面的电导率δs、电磁波长λ和折射指数n；在水平极化和垂直极化条件时，表面边界阻抗特性α计算如下：其中，εc为边界表面相对复介电常数，由εc＝εs+60δsλi计算得到；i是复数中的虚数；k表示自由空间波数；δs是边界表面的电导率；λ表示电磁波长；θ表示传播仰角；同时，根据判决条件选取所需的差分方法计算高度步长Δz；Δz＝λ/(2sin(θmax))其中，θmax为最大传播仰角；步骤二、获取场衰减函数初始场条件；利用天线辐射方向图F(θ)和口径场分布的傅里叶变换计算DMFT算法的场衰减函数初始场条件u(x0,mΔz)；当x＝x0时，场衰减函数初始场条件u(x0,mΔz)的计算公式为式(1)；其中，N表示自然数；Γχ表示水平极化或垂直极化Fresnel反射系数；Δp表示傅立叶变换所需的步进频率，即分辨频率；z0表示发射天线高度；z表示传播区域高度；j表示累加数，从0到N-1；步骤三、构建辅助函数和离散辅助函数；3.1)l＝0，即xl＝x0时，根据场衰减函数初始场条件构建初始场下的等效辅助函数w(x0,mΔz)和初始离散辅助函数U(x0,jΔp)；其中，m为高度步进数；3.2)l＞0即xl≠x0时，根据上一距离步进的离散辅助函数结果U(xl-1,jΔp)，计算当前离散辅助函数结果U(xl,jΔp)，并进行辅助函数w(xl,mΔz)的计算；其中，Δx为距离步长；p表示傅里叶变换频率；步骤四、获取特解辅助函数；将离散辅助函数w(xl,mΔz)的结果代入递推公式(6)计算特解辅助函数up(xl,mΔz)；up(xl,mΔz)＝w(xl,mΔz)+r·u(xl,(m-1)Δz)m＝1，2，…，N(6)其中，r表示当前位置距发射天线的直线距离；步骤五、获取中间因子C(xl)；5.1)计算距离因数A：5.2)l＝0，即xl＝x0时，根据场衰减函数初始场条件计算中间因子C(xl)，即C(xl)＝C(x0)；l＞0即xl≠x0时，根据上一步进中间因子C(xl-1)结果迭代计算下一步进中间因子C(xl)；其中，rm表示当前位置距发射天线的直线距离的m次方；步骤六、获取场衰减函数u(xl,mΔz)；通过式(9)获取计算因子B(xl)，代入式(10)计算场衰减函数u(xl,mΔz)；u(xl,mΔz)＝up(xl,mΔz)+B(xl)rmm＝0,1,2,…,N(10)其中，B(xl)表示计算因子；∑'表示m＝0和m＝N项加和时各乘以0.5；步骤七、令m＝m+1，l＝l+1，返回步骤三，获得不同高度步进数和距离步进数的衰减函数值；步骤八、通过传播场分布函数获得场强；通过步骤七获取的不同距离步进数l和高度步进数m的衰减函数值，获取不同高度和距离下的场强，直至口径场内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋环境电波传导特性获取方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、通过海洋表面数据获取表面边界阻抗特性α和高度步长Δz；/n所述海洋表面数据包括最大传播仰角θ

【技术特征摘要】
1.一种海洋环境电波传导特性获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、通过海洋表面数据获取表面边界阻抗特性α和高度步长Δz；
所述海洋表面数据包括最大传播仰角θmax、边界表面的电导率δs、电磁波长λ和折射指数n；
在水平极化和垂直极化条件时，表面边界阻抗特性α计算如下：



其中，εc为边界表面相对复介电常数，由εc＝εs+60δsλi计算得到；i是复数中的虚数；k表示自由空间波数；δs是边界表面的电导率；λ表示电磁波长；θ表示传播仰角；
同时，根据判决条件选取所需的差分方法计算高度步长Δz；
Δz＝λ/(2sin(θmax))
其中，θmax为最大传播仰角；
步骤二、获取场衰减函数初始场条件；
利用天线辐射方向图F(θ)和口径场分布的傅里叶变换计算DMFT算法的场衰减函数初始场条件u(x0,mΔz)；
当x＝x0时，场衰减函数初始场条件u(x0,mΔz)的计算公式为式(1)；



其中，N表示自然数；Γχ表示水平极化或垂直极化Fresnel反射系数；Δp表示傅立叶变换所需的步进频率，即分辨频率；z0表示发射天线高度；z表示传播区域高度；j表示累加数，从0到N-1；
步骤三、构建辅助函数和离散辅助函数；
3.1)l＝0，即xl＝x0时，根据场衰减函数初始场条件构建初始场下的等效辅助函数w(x0,mΔz)和初始离散辅助函数U(x0,jΔp)；






其中，m为高度步进数；
3.2)l＞0即xl≠x0时，根据上一距离步进的离散辅助函数结果U(xl-1,jΔp)，计算当前离散辅助函数结果U(xl,jΔp)，并进行辅助函数w(xl,mΔz)的计算；






其中，Δx为距离步长；p表示傅里叶变换频率；
步骤四、获取特解辅助函数；
将离散辅助函数w(xl,mΔz)的结果代入递推公式(6)计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：王豪，
申请(专利权)人：北京军懋国兴科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11