[发明专利]高精度预测罗兰-C脉冲水下传播特性的方法

摘要

高精度预测罗兰-C脉冲水下传播特性的方法，首先对罗兰-C电流时域信号进行采样，将采样后的信号作离散傅里叶变换，分解为多个频率电流分量；然后利用现有长波频域算法计算每个频率电流元在水下接收点正上方的地球表面上辐射的地波场强；由得到的每个频率电流元在地球表面上辐射的地波场强，考虑边界约束条件和水下电波传播的幅度衰减及相位延迟，进一步得到每个频率电流元在水下接收点处辐射的地波场强；最后利用离散傅里叶逆变换，将得到的多个频率电流元在水下接收点处辐射的地波场强恢复为水下接收的罗兰-C场强时域信号，该方法能够减小现有地波传播特性预测算法误差，提高预测精度，具有实用性强的特点。

主权项

高精度预测罗兰‑C脉冲水下传播特性的方法，其特征在于，步骤如下：步骤一：设罗兰‑C电流时域信号为i(t)，对实际测得的罗兰‑C电流时域信号进行采样，采样后得到信号为i(n)，将采样后的信号作离散傅里叶变换，分解为多个频率电流分量；离散傅里叶变换公式如下：$I\left(m\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}i\left(n\right)\exp \left(-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}nm\right)---\left(1\right)$其中，采样角频率为ω_s，根据奈奎斯特采样定律选取，n为采样序号，i(n)的样本总长度为N，N根据i(t)的信号周期及持续时间选取，即n＝0,1,2…,N‑1，I为电流频域表示符，m＝0,1,2…,N‑1，点m处对应的角频率为步骤二：根据实际发射天线尺寸，通过测量得到电偶极子的电荷间的距离l，由测得的观测点位置计算得到观测点至场源的大圆角距离θ，利用现有长波频域算法，计算每个频率电流元在水下接收点正上方的地球表面上辐射的地波场强E_r(m)，采用如下公式计算：当$\frac{{\mathrm{\ω}}_s}{N}m\≤\frac{{\mathrm{\ω}}_s}{2}$时，$E_r\left(m\right)=\frac{j120{\mathrm{\πI}}^{*}\left(m\right)l}{\mathrm{\λ}\left(m\right)a\sqrt{\mathrm{\θ}sin\mathrm{\θ}}}\exp \left({\mathrm{jk}}_0\right(m\left)a\mathrm{\θ}\right)W_g\left(m\right)---\left(2\right)$λ为波长，由电流信号i(t)的载波频率确定，a为地球半径，k₀为自由空间波数，π为圆周率，W_g为地波衰减因子，根据实际信号传播路径地形，通过地波预测算法计算得到，地波传播衰减因子频率范围为30Hz—300KHz，I^*(m)为I(m)的共轭；当时，每个频率电流元在水下接收点正上方的地球表面上辐射的地波场强由其离散傅里叶变换的共轭对称特性得到；步骤三：通过实际测量得到入水深度d_s，由步骤二中得到的每个频率电流元在地球表面上辐射的地波场强，考虑边界约束条件和水下电波传播的幅度衰减及相位延迟，计算得到每个频率电流元在水下接收点处辐射的地波场强；采用如下公式计算：当$\frac{{\mathrm{\ω}}_s}{N}m\≤\frac{{\mathrm{\ω}}_s}{2}$时，$E_r\left(m\right)={\mathrm{\Δ}}_g^2\left(m\right)\exp \left({\mathrm{jk}}_g\right(m\left)d_s\right)\frac{j120{\mathrm{\πI}}^{*}\left(m\right)l}{\mathrm{\λ}a\sqrt{\mathrm{\θ}sin\mathrm{\θ}}}\exp \left({\mathrm{jk}}_0\left(m\right)a\mathrm{\θ}\right)W_g\left(m\right)---\left(3\right)$其中，k_g为水中波数，由ε_r和σ的值确定，λ为波长，a为地球半径，k₀为自由空间波数，Δ_g为空气和水分界面处归一化地表面阻抗，由下式表示：${\mathrm{\Δ}}_g=j{\left(\frac{k_{0}a}{2}\right)}^{\frac{1}{3}}\frac{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r-1+j60\mathrm{\λ}\mathrm{\σ}}}{{\mathrm{\ϵ}}_r+j60\mathrm{\λ}\mathrm{\σ}}---\left(4\right)$其中，ε_r和σ分别为水的相对介电常数和电导率，均通过测量得到，Dt为的相位；当时，每个频率电流元在水下接收点处辐射的地波场强由其离散傅里叶变换的共轭对称特性得到；步骤四：利用离散傅里叶逆变换，将步骤三得到的多个频率电流元在水下接收点处辐射的地波场强恢复为水下接收的罗兰‑C场强时域信号，采用的离散傅里叶逆变换公式如下：$e_r\left(n\right)=\frac{1}{N}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{E}_r^{*}\left(m\right)\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}}{N}nm\right)---\left(5\right)$其中，为E_r(m)的共轭。