復(fù)雜路徑低頻地波傳播特性預(yù)測理論與方法研究.pdf

1、精確的位置和準(zhǔn)確的時間是軍事和民用領(lǐng)域的重要信息，低頻地波導(dǎo)航系統(tǒng)是無線電導(dǎo)航、定位、授時系統(tǒng)的重要組成部分，是彌補(bǔ)衛(wèi)星導(dǎo)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(fù)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(yù)測精度較低，限制了該系統(tǒng)導(dǎo)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(yù)測存在的問題，開展了復(fù)雜路徑低頻地波傳播特性高精度

2、快速預(yù)測的理論與方法研究。主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1.提出采用時域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain Method，F(xiàn)DTD)預(yù)測地形起伏劇烈、地物突變區(qū)域的地波傳播問題。首次預(yù)測到接收點(diǎn)后地形起伏及地物突變產(chǎn)生的散(反)射波在接收點(diǎn)引起的地波場強(qiáng)和相位的振蕩效應(yīng)；首次對實(shí)際導(dǎo)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(jìn)行了數(shù)值分析；以FDTD數(shù)值結(jié)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(fù)雜傳播路徑傳播后信號場強(qiáng)及相位的外場實(shí)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(shí)測試驗)，驗證了FDTD方法在復(fù)雜區(qū)域傳播路徑預(yù)測的有效性，并觀測到了地形起伏區(qū)域的場強(qiáng)及相位的振蕩效應(yīng)。
　　 2.針對局部復(fù)雜的長距離傳播路徑，提出一種新的預(yù)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(jié)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(yù)測誤差大的缺點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)局部復(fù)雜的長距離高精度的低頻地波傳播特性預(yù)測；開展了宣城發(fā)射臺低頻導(dǎo)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(fù)雜區(qū)域傳播相位的外場實(shí)測試驗，該傳播路徑可有效使用FDTD修正的積分方程方法進(jìn)行預(yù)測，實(shí)測結(jié)果驗證了該預(yù)測方法正確性。
　　 3.采用自適應(yīng)滑動窗(Adaptive Moving Window，AMW)FDTD技術(shù)

5、解決長距離復(fù)雜路徑地波傳播的預(yù)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(yīng)調(diào)整，AMW-FDTD技術(shù)可實(shí)現(xiàn)長距離復(fù)雜區(qū)域電波傳播的快速預(yù)測。利用AMWFDTD方法預(yù)測了宣城發(fā)射臺低頻導(dǎo)航信號經(jīng)長距離復(fù)雜路徑傳播后，在江西進(jìn)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(shí)驗測量，實(shí)測與AMWFDTD預(yù)測結(jié)果吻合較好，驗證了AMWFDTD預(yù)測方法的有效性。

6、　　 4.采用基于統(tǒng)一計算設(shè)備構(gòu)架(Compute Unified Device Architecture，CUDA)的GPU并行技術(shù)實(shí)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(yùn)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(yīng)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(shù)，實(shí)現(xiàn)了長距離復(fù)雜路徑