【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋大气遥感领域，特别涉及该领域中的一种基于粗糙海面的3dpe模型的传播损耗预测方法，可用于复杂海上对流层环境下电波传播效应的传播损耗预测。
技术介绍
1、海上大气波导是一种海洋上空频繁出现的反常电波传播环境，对其准确的认知是保证舰载/岸基等低空超视距雷达性能的重要前提。在20世纪90年代，国内外学者采用抛物方程求解了大区域环境中的电波传播问题，并分析了大气波导对电波传播的影响。为了提高模型效率，国内外学者在利用3dpe方法研究城市小区中的电波传播问题时，提出了分步傅里叶变换(ssft)算法的优化算法—奇偶分解法，并且在海面粗糙度ament模型的基础上研究了油膜覆盖在海面上的电波传播问题，发现了油膜覆盖能减小海面的粗糙度，达到增加波导的陷获能力。为了分析海表面的电波传播效应，基于2dpe引入了动力学分形方法来表示海面的粗糙度，这种模型可以更真实地反映出海浪几何特征对电磁波传播的影响，通过坐标变换将不规则地表转换成易于采用fft处理的平地面，实验结果证明了该方法的可行性。
2、然而，当电磁波传播域的下界面地形在横向上变化梯度较大时，电磁波的横向传播效应就不可忽略，此时利用传统2dpe模型计算的电波传播场分布就会有较大的偏差，并且很难进行全空间的电磁效应评估与预测。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题就是克服传统方法仅考虑二维空间电磁传播的变化趋势，无法直接考虑环境因素，很难直接用于大气波导环境下空间传播损耗的实时预测的不足，针对电磁波在三维空间传
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于粗糙海面的3dpe模型的传播损耗预测方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
4、步骤1，建立矢量3dpe模型：
5、只考虑电波的前向传播，根据位函数与场分量之间的关系得到任意场分量，将电矢位和磁矢位与电磁场之间的关系式代入到麦克斯韦方程组中得到均匀无源区域内由位函数表示的矢量波动方程，采用feit-fleck算法计算伪微分算子q，代入前向抛物方程中得到矢量3dpe模型；
6、步骤2，求解矢量3dpe模型：
7、通过矢量3dpe模型推导出一阶偏微分方程，根据分步傅里叶变换算法，先将折射指数项分离出来，由激励源求得初始场分布ψ(0,x,y)，只考虑反射波的影响，求出步进处的直达波和反射波的叠加不断计算ψ(0+δx,x,y)和直到步进到最大距离处，从而得到所有步进处的场分布情况；
8、步骤3，初始场设置：
9、矢量3dpe模型的初始场是二维形式的，由麦克斯韦方程得到初始位置处的标量位函数，对在半空间的初始场进行二维傅里叶变换；
10、步骤4，确定边界条件：
11、矢量3dpe模型中的吸收边界通过两个cosine-taper窗函数相乘得到，根据奇偶分解法和fft采样点序列，得到单边窗函数；
12、步骤5，计算矢量3dpe模型中的电波传播损耗：
13、三维空间中的电波传播损耗因子通过实际场与自由空间中场的相对值来表示，在高斯电流源激励时，求出自由空间中的分布hy-freespace，得到相对于自由空间的电波传播衰减因子；
14、步骤6，粗糙海面建模：
15、在粗糙海面环境下，采用线性叠加法模型模拟粗糙海面，使用longuest-higgins模型，余弦波叠加法或正弦波叠加法得到模拟的海面场，预测传播损耗。
16、进一步的，所述的步骤1具体为：
17、假定电磁波沿着x轴正方向传播，只考虑电波前向传播，设时谐因子为e-iωt，在直角坐标系中，电场矢量和磁场矢量表示为：
18、
19、已知矢量波动方程为：
20、
21、
22、上式中，k0表示自由空间中的波数，n表示大气折射指数；
23、用电矢位表示电场矢量用磁矢位表示磁场矢量根据位函数与场分量之间的关系得到任意场分量：
24、
25、上式中，μ≈μ0表示媒质的磁导率，ε＝εrε0表示媒质的介电常数，ω表示电磁波角频率；
26、将式(4)代入到麦克斯韦方程组中得到均匀无源区域内由位函数表示的矢量波动方程：
27、
28、如果以标量ψe和ψm分别表示矢量和的任意直角分量，则它们也分别满足齐次标量波动方程；
29、当而时，ψe表示任意tm场，假设表示对z的tm场，根据式(4)得到ψe与电磁场各个分量之间的关系：
30、
31、上式中，η0表示介电常数张量；
32、当而时，ψm表示任意te场，假设表示对z的te场，根据式(4)得到ψm与电磁场各个分量之间的关系：
33、
34、设ψ＝ψe+ψm为任意的标量场分量，则ψ也满足：
35、
36、用代替ψ带入到式(8)中得：
37、
38、上式中，表示横向拉普拉斯算子；
39、当大气分布均匀时满足此时式(9)分解为：
40、
41、上式中，q表示伪微分算子，采用feit-fleck算法计算伪微分算子q为：
42、
43、代入前向抛物方程中得：
44、
45、进一步的，所述的步骤2具体为：
46、设初始场为ψ(x0,y,z)，对偏微分方程求解得：
47、
48、上式中，δx＝x-x0表示步进步长；
49、将式(13)中的折射指数项与常数项分离出来得：
50、
51、将折射指数项视为常数因子，并对其余部分在(y,z)平面内进行二维傅里叶变换：
52、
53、得到下一步进处的场为：
54、
55、上式中，表示k0在x方向上的分量，表示二维逆傅里叶变换，对于地表以上空间的电波传播，忽略地面及物体上的爬行波，只考虑反射波的影响，则表示步进处的直达波和反射波的叠加；
56、
57、上式中，y′为忽略地面及物体上后的海面宽度，z′为忽略地面及物体上后的海面高度，γ(kz)表示地面反射系数，对于tmz波和tez波，γ(kz)分别为：
58、
59、上式中，δg表示地表的归一化阻抗；
60、对式(17)进行变形使得上下限满足二维傅里叶变换；
61、采用奇偶分解法，将场ψ分解为奇偶两部分：
62、
63、经过这样处理后，ψ＝(ψe+ψ0)/2，且当z>0时，ψe＝ψ0，将式(19)代入到式(17)并进行简化得到：
64、
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【技术保护点】
1.一种基于粗糙海面的3DPE模型的传播损耗预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于粗糙海面的3DPE模型的传播损耗预测方法，其特征在于，所述的步骤1具体为：
3.根据权利要求2所述基于粗糙海面的3DPE模型的传播损耗预测方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：
4.根据权利要求3所述基于粗糙海面的3DPE模型的传播损耗预测方法，其特征在于，所述的步骤3具体为：
5.根据权利要求4所述基于粗糙海面的3DPE模型的传播损耗预测方法，其特征在于，所述的步骤4具体为：
6.根据权利要求5所述基于粗糙海面的3DPE模型的传播损耗预测方法，其特征在于，所述的步骤5具体为：
7.根据权利要求6所述基于粗糙海面的3DPE模型的传播损耗预测方法，其特征在于，所述的步骤6具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于粗糙海面的3dpe模型的传播损耗预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于粗糙海面的3dpe模型的传播损耗预测方法，其特征在于，所述的步骤1具体为：
3.根据权利要求2所述基于粗糙海面的3dpe模型的传播损耗预测方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：
4.根据权利要求3所述基于粗糙海面的3dpe模型的传播损耗预...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴佳静，魏子良，张金鹏，常博源，李清亮，郭相明，张玉生，赵强，张雅彬，魏志强，贾东宁，聂婕，殷波，温琦，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：
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