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(cè)已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究課題。在構(gòu)建諸如雷達(dá)預(yù)警、電子戰(zhàn)和指揮自動(dòng)化等諸多軍事無(wú)線電系統(tǒng)時(shí)，準(zhǔn)確的戰(zhàn)場(chǎng)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(guò)程中，需要消除信號(hào)盲區(qū)，因此研究電波傳播損耗就成為一個(gè)重要的課題。隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，用戶(hù)也在迅猛增加，對(duì)系統(tǒng)容量的要求也越來(lái)越高。另一方面，隨著無(wú)線通信的發(fā)展，發(fā)射源也越來(lái)越多，使得城市電磁污染進(jìn)一步加重，對(duì)人體不利。因此

2、有必要對(duì)某輻射源的電波傳播特性進(jìn)行分析，本文基于拋物線方程方法來(lái)計(jì)算移動(dòng)通信中的電波傳播損耗。 在已有的電波傳播預(yù)測(cè)模型中，基于射線跟蹤方法的諸多模型不能同時(shí)處理不規(guī)則地形和復(fù)雜大氣結(jié)構(gòu)對(duì)電波傳播的影響，因而無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)復(fù)雜環(huán)境下的電波傳播特性，而從波動(dòng)方程推導(dǎo)出的拋物方程(PE)模型則能克服這個(gè)缺點(diǎn)，是目前預(yù)測(cè)對(duì)流層電波傳播問(wèn)題最為準(zhǔn)確的模型，因此，本文主要基于PE方法，深入研究了預(yù)測(cè)大尺度電波傳播特性的二維拋物方程(2DPE

3、)模型和預(yù)測(cè)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(duì)拋物線方程算法在電磁波的散射和傳播計(jì)算中的應(yīng)用進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，具體開(kāi)展以下諸方面的工作：對(duì)PE算法的理論進(jìn)行細(xì)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(diǎn)介紹Crank-Nicholson差分法。為了克服PE的固有缺點(diǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)拋物線軸向技術(shù)計(jì)算更大范圍的雙站

4、RCS。詳細(xì)分析了PE 本身算法給預(yù)測(cè)結(jié)果帶來(lái)的誤差，提出了減小誤差的方法；為獲得PE 的初始場(chǎng)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(duì)用于PE算法的吸收邊界條件(基于復(fù)坐標(biāo)系的完全匹配層)二維和三維的問(wèn)題進(jìn)行深入的分析和推導(dǎo)，使其既能用于散射體的RCS計(jì)算，又能處理無(wú)界空間的不同入射角的電磁傳播問(wèn)題；為了將PE方法應(yīng)用于各種介質(zhì)中，針對(duì)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(guò)對(duì)現(xiàn)有多個(gè)

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(duì)于移動(dòng)通信中較為常見(jiàn)的地形和環(huán)境進(jìn)行模擬，對(duì)地面、海面(結(jié)合分形技術(shù))、山峰以及多個(gè)建筑物的電波傳播損耗進(jìn)行計(jì)算。針對(duì)PE計(jì)算棱邊散射體時(shí)精度較差的缺點(diǎn)，引入等效邊緣電磁流方法，來(lái)提高其計(jì)算精度，這對(duì)于將其應(yīng)用于實(shí)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(chǎng)分量；并且與計(jì)算圖形學(xué)結(jié)合編寫(xiě)了可視化軟件。結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)及動(dòng)態(tài)最優(yōu)化方法，研究了城市小區(qū)中基站的位置及布