基于拋物線方程的電波傳播研究.pdf

1、隨著高頻電磁波技術(shù)的迅猛發(fā)展，復(fù)雜環(huán)境下的電波傳播特性預(yù)測已經(jīng)成為一個重要的研究課題。在構(gòu)建諸如雷達預(yù)警、電子戰(zhàn)和指揮自動化等諸多軍事無線電系統(tǒng)時，準確的戰(zhàn)場電磁環(huán)境數(shù)據(jù)是不可或缺的重要內(nèi)容。在規(guī)劃和優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)的過程中，需要消除信號盲區(qū)，因此研究電波傳播損耗就成為一個重要的課題。隨著移動通信的發(fā)展，用戶也在迅猛增加，對系統(tǒng)容量的要求也越來越高。另一方面，隨著無線通信的發(fā)展，發(fā)射源也越來越多，使得城市電磁污染進一步加重，對人體不利。因此

2、有必要對某輻射源的電波傳播特性進行分析，本文基于拋物線方程方法來計算移動通信中的電波傳播損耗。 在已有的電波傳播預(yù)測模型中，基于射線跟蹤方法的諸多模型不能同時處理不規(guī)則地形和復(fù)雜大氣結(jié)構(gòu)對電波傳播的影響，因而無法準確預(yù)測復(fù)雜環(huán)境下的電波傳播特性，而從波動方程推導(dǎo)出的拋物方程(PE)模型則能克服這個缺點，是目前預(yù)測對流層電波傳播問題最為準確的模型，因此，本文主要基于PE方法，深入研究了預(yù)測大尺度電波傳播特性的二維拋物方程(2DPE

3、)模型和預(yù)測城市小區(qū)電波傳播特性的三維拋物方程(3DPE)模型。 本論文對拋物線方程算法在電磁波的散射和傳播計算中的應(yīng)用進行了深入系統(tǒng)的研究，具體開展以下諸方面的工作：對PE算法的理論進行細致推導(dǎo)。介紹了兩種PE的數(shù)值解法，即Split-Step-Fourier-Transform、Crank-Nicholson差分法，重點介紹Crank-Nicholson差分法。為了克服PE的固有缺點，通過旋轉(zhuǎn)拋物線軸向技術(shù)計算更大范圍的雙站

4、RCS。詳細分析了PE 本身算法給預(yù)測結(jié)果帶來的誤差，提出了減小誤差的方法；為獲得PE 的初始場分布，提出了天線方向圖方法，本文的方法不但精度更高而且具有通用性。對用于PE算法的吸收邊界條件(基于復(fù)坐標系的完全匹配層)二維和三維的問題進行深入的分析和推導(dǎo)，使其既能用于散射體的RCS計算，又能處理無界空間的不同入射角的電磁傳播問題；為了將PE方法應(yīng)用于各種介質(zhì)中，針對不同極化方式情況推導(dǎo)了介質(zhì)體的阻抗邊界條件在PE中的應(yīng)用。通過對現(xiàn)有多個

5、不規(guī)則地形模型的比較，確立了一種目前最為精確的地形模，對于移動通信中較為常見的地形和環(huán)境進行模擬，對地面、海面(結(jié)合分形技術(shù))、山峰以及多個建筑物的電波傳播損耗進行計算。針對PE計算棱邊散射體時精度較差的缺點，引入等效邊緣電磁流方法，來提高其計算精度，這對于將其應(yīng)用于實際生活是很有意義的。建立一種位函數(shù)PE模型，可以一次性得到各場分量；并且與計算圖形學(xué)結(jié)合編寫了可視化軟件。結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識及動態(tài)最優(yōu)化方法，研究了城市小區(qū)中基站的位置及布