[发明专利]高精度预测低频电波传播特性的双向抛物方程方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于电波传播技术领域，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。

背景技术

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-Difference Time-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。

发明内容

本发明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。

本发明所采用的技术方案是：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初始位置ρ＝ρ₀处纵向横切面上的磁场H_f(ρ₀,z)，并通过其求解双向抛物方程的前向初始场u_f(ρ₀,z)；

步骤3：结合步骤2计算出来的前向初始场u_f(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u_f(ρ,z)；

步骤4：结合步骤2计算出来的前向初始场u_f(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τ＝1,2,3,…；

步骤5：结合步骤3和步骤4中的传播场结果u_f(ρ,z)、τ＝1,2,3,…和求出电波传播的总磁场

本发明的特点还在于：

步骤1具体为：

计算区域大小N_ρ×N_z，其中N_ρ为ρ方向的网格数，N_z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ε_r和电导率σ；地形模型参数。

步骤2具体为：