基于抛物方程的电波传播问题研究

论文摘要

随着科学技术的发展,雷达、远距离无线通信、全球定位系统(GPS)、电子对抗及遥感遥测等依赖无线电波的系统得到日益广泛的应用。无线电波传播是所有无线电收发系统中均存在的信息传输过程,因此,复杂环境下的电波传播特性研究已经成为一个重要的研究课题。抛物方程法能够准确地预测复杂环境的电波传播特性,在电波传播问题的研究中得到广泛应用,因此,本文主要基于抛物方程法开展电波传播问题的研究。首先,开展抛物方程法理论研究工作。从波动方程出发,研究抛物方程的近似形式,介绍了两种求解抛物方程的数值算法。分析了抛物方程初始场的求解方法,对抛物方程法处理阻抗边界的方法进行了详细的阐述,并给出了具体求解步骤。其次,应用抛物方程法预测粗糙水面的电波传播特性。建立基于抛物方程法的电波水面传播计算模型,应用谱方法计算电波掠射角。为验证模型的准确性,在某湖泊开展电波水面传播实验。实验测量了9.4GHz电波在传播距离为355m与610.5m的衰减特性。数值计算结果与测量结果的绝对误差均值分别为0.157dB与0.92dB,表明所建立的模型可以准确地预测粗糙水面的电波传播特性。最后,开展不规则地形电波传播问题研究。选择离散移位变换模型来处理不规则地形边界,详细阐述了分段线性地形剖面的处理方法,并开展电波近地面传播实验以验证所研究模型的准确性。实验测量了频率为5.5GHz与6GHz的电波在两种不规则地形上的电波衰减特性,数值计算结果与测量结果的绝对误差均值均小于2.2dB,满足工程应用需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 抛物方程法理论研究
• 2.1 电波传播所满足的波动方程形式
• 2.2 直角坐标系下的抛物方程形式
• 2.3 抛物方程近似
• 2.4 求解抛物方程的数值方法
• 2.5 初始场的设置
• 2.6 地表边界的处理
• 2.7 本章小结
• 第三章 粗糙水面电波传播与实验研究
• 3.1 基于抛物方程的粗糙水面传播计算模型
• 3.2 粗糙海面电波传播预测
• 3.3 电波水面传播实验研究
• 3.3.1 电波水面传播实验系统组成与实验布局
• 3.3.2 电波水面传播实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 不规则地形上电波传播问题研究
• 4.1 地形模型
• 4.1.1 地形遮蔽模型
• 4.1.2 连续移位变换模型
• 4.1.3 离散移位变换模型
• 4.2 预测不规则地形上电波传播特性的方法
• 4.2.1 不连续地形交界点处场的处理
• 4.2.2 边界平移法
• 4.2.3 任意高度上场的计算方法
• 4.3 大气结构对电波传播的影响
• 4.4 电波近地面传播实验研究
• 4.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果