復雜路徑低頻地波傳播特性預測理論與方法研究.pdf

1、精確的位置和準確的時間是軍事和民用領域的重要信息，低頻地波導航系統(tǒng)是無線電導航、定位、授時系統(tǒng)的重要組成部分，是彌補衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號弱、抗干擾能力差的首選方法。但受傳播路徑復雜的地形起伏及地物變化的影響，經(jīng)典的低頻地波傳播理論方法預測精度較低，限制了該系統(tǒng)導航和授時精度的提高。
　　 本論文在國家自然基金項目(No.60671035)和××××國防專項工程的支持下，針對經(jīng)典理論預測存在的問題，開展了復雜路徑低頻地波傳播特性高精度

2、快速預測的理論與方法研究。主要內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：
　　 1.提出采用時域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain Method，F(xiàn)DTD)預測地形起伏劇烈、地物突變區(qū)域的地波傳播問題。首次預測到接收點后地形起伏及地物突變產(chǎn)生的散(反)射波在接收點引起的地波場強和相位的振蕩效應；首次對實際導航授時信號(載波調(diào)制高斯脈沖信號)在有耗媒質(zhì)表面?zhèn)鞑サ臅r域特性進行了數(shù)值分析；以FDTD數(shù)值結果為參考，分析了傳

3、統(tǒng)理論算法的局限性及誤差，明確傳統(tǒng)理論算法的適用條件；開展了蒲城發(fā)射臺低頻授時信號經(jīng)近距離復雜傳播路徑傳播后信號場強及相位的外場實測試驗(陜西銅川局部區(qū)域和秦嶺山區(qū)局部區(qū)域外場實測試驗)，驗證了FDTD方法在復雜區(qū)域傳播路徑預測的有效性，并觀測到了地形起伏區(qū)域的場強及相位的振蕩效應。
　　 2.針對局部復雜的長距離傳播路徑，提出一種新的預測方法-FDTD修正的積分方程方法。該方法將FDTD數(shù)值方法和積分方法相結合，克服了積分方法

4、在局部地形起伏劇烈和地物突變區(qū)域預測誤差大的缺點，同時解決數(shù)值計算方法對計算資源要求過大的問題，可實現(xiàn)局部復雜的長距離高精度的低頻地波傳播特性預測；開展了宣城發(fā)射臺低頻導航信號經(jīng)長距離平原路徑傳播后在河南嵩山附近局部復雜區(qū)域傳播相位的外場實測試驗，該傳播路徑可有效使用FDTD修正的積分方程方法進行預測，實測結果驗證了該預測方法正確性。
　　 3.采用自適應滑動窗(Adaptive Moving Window，AMW)FDTD技術

5、解決長距離復雜路徑地波傳播的預測問題。FDTD計算窗包含電磁脈沖能量，沿電波傳播方向滑動，其滑動速度按信號在滑動窗內(nèi)的相對位置自適應調(diào)整，AMW-FDTD技術可實現(xiàn)長距離復雜區(qū)域電波傳播的快速預測。利用AMWFDTD方法預測了宣城發(fā)射臺低頻導航信號經(jīng)長距離復雜路徑傳播后，在江西進賢至上饒附近局部區(qū)域的傳播相位，并同時在該區(qū)域開展了傳播時延的外場實驗測量，實測與AMWFDTD預測結果吻合較好，驗證了AMWFDTD預測方法的有效性。

6、　　 4.采用基于統(tǒng)一計算設備構架(Compute Unified Device Architecture，CUDA)的GPU并行技術實現(xiàn)了FDTD方法、FDTD修正的積分方程方法以及AMWFDTD方法的并行加速。運用GPU大量的流處理單元大幅度提高了FDTD的計算速度，縮短了計算時間，使長距離工程應用成為可能。
　　 本論文采用FDTD方法、FDTD修正的積分方程方法、AMWFDTD方法及GPU并行技術，實現(xiàn)了長距離復雜路徑