[发明专利]一种应用于复杂地形的短波地波仿真方法及系统

说明书

本发明公开了一种应用于复杂地形的短波地波仿真方法及系统，其通过确定待仿真区域所对应的用于区分远区与近区的分界线；构建用于近区计算的三维模型，以计算近区各个曲面上的电流和磁流以得到近区的电流分布和磁流分布，并获取近区各个曲面在高斯积分采样点坐标上产生的散射磁场；以用于远区计算的二维模型所在平面为参考面，提取分界线上的高斯积分采样点的散射磁场的z方向分量，以获取用于远区计算的入射场；设置用于远区计算的边界条件和步进长度，采用离散混合傅里叶变换对二维模型进行求解以得到下一个步进处的场强值，迭代计算以得到待预测点处的场强值，进而求解得到待预测点处的磁场和电场垂直分量，以解决现有技术对于复杂地形下无法进行既高效又能使精度满足工程需求的短波地波传播计算的技术问题。

技术领域

本发明属于短波地波传播计算技术领域，具体涉及一种应用于复杂地形的短波地波仿真方法及系统。

背景技术

随着电磁仿真技术的发展，复杂环境下的电波传播特性预测已成为一个重要的研究方向，利用仿真计算的方法来预测复杂环境下的地波传播特性，对于天线架设、通信资源分析和调度等应用是很有价值的。高阶矩量法是一种以积分方程为基础的高效算法，是在高阶曲面上利用高阶基函数离散电、磁流分布的。

高阶基函数可分为高阶插值型基函数和高阶叠层型基函数。R.D.Graglia于1997年首次提出Nedelec类型的高阶插值矢量基函数，讨论了该函数的完备性并证明了高阶插值矢量基函数具有更快的收敛速度。然而，高阶插值型基函数由于不够灵活，没有得到广泛的应用，而高阶叠层型基函数克服了该缺点，适用性更好。2004年Miroslav Djordjevic与B.M.Noraros采用高阶基函数与高阶曲面相结合的方法成功解决了复杂目标的电磁散射问题。同年Erik Jorgense，John L.Volakis通过运用修正的勒让德多项式对阻抗矩阵的条件数进行了改善，使得迭代法求解的收敛速度得到进一步加快。抛物方程法是对亥姆霍兹方程近似处理得来的，可以计算沿指定方向小角度内的锥形区域的电波传播特性，由于抛物方程本身就能考虑电波折射和绕射现象，通过设置合适的边界条件，可以反映地面特性对电波传播的影响，其次，采用分步傅里叶变换求解的抛物方程稳定高效，在远距离复杂环境的电波传播计算中应用广泛。由于完全采用低频算法对电大物体电磁场计算，即使在计算机技术飞速发展的今天依然难以实现，而单纯使用高频算法又得不到足够精确的近场，精度上达不到工程要求。然而，考虑到天线结构小而精细，而电大物体模型尺寸较大，使用单一的低频方法或高频方法忽略了天线和电大物体结构上的差异性，无法满足工程上的精确计算复杂地形下短波天线的地波传播的需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种应用于复杂地形的短波地波仿真方法及系统，以解决现有技术对于复杂地形下无法进行既高效又能使精度满足工程需求的短波地波传播计算的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种应用于复杂地形的短波地波仿真方法，该方法包括：

确定待仿真区域所对应的用于区分远区与近区的分界线；

构建用于近区计算的三维模型，以计算近区各个曲面上的电流和磁流以得到近区的电流分布和磁流分布，并获取近区各个曲面在高斯积分采样点坐标上产生的散射磁场；

以用于远区计算的二维模型所在平面为参考面，提取分界线上的高斯积分采样点的散射磁场的z方向分量，以获取用于远区计算的入射场；

设置用于远区计算的边界条件和步进长度，采用离散混合傅里叶变换对二维模型进行求解以得到下一个步进处的场强值，迭代计算以得到待预测点处的场强值，进而求解得到待预测点处的磁场和电场垂直分量。

作为本发明的进一步改进，采用观察收敛法来确定分界线位置，具体包括：

设置分界线位于不同的位置，通过观察计算得到待测点的场强分布或路径损耗或传播因子的收敛状况来确定分界处位置。