專利名稱：高精度預(yù)測地波傳播衰減因子的積分方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電波傳播理論計(jì)算領(lǐng)域，具體涉及一種高精度預(yù)測地波傳播衰減因子 的積分方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有地波傳播衰減計(jì)算采用的主要計(jì)算模型和方法有均勻光滑球面地模型 (如Fock的地波繞射計(jì)算方法)、分段均勻光滑球面地模型(如=Millington的經(jīng)驗(yàn)公式 方法、Wait積分方法、波模轉(zhuǎn)換法)、不均勻不光滑球面地模型(如積分方程方法、拋物線 方法)。早期研究主要采用均勻和分段均勻光滑球面地模型，但預(yù)測誤差較大。近些年，將 積分方程方法用于解決復(fù)雜路徑地波傳播問題具有更好的預(yù)測精度，得到了廣泛重視和應(yīng) 用。但是用于復(fù)雜路徑地波傳播衰減預(yù)測的積分方程方法本身存在如下問題①在積分方 程推導(dǎo)過程中假定地面是平滑的，赫茲矢量只有單一的垂直于地表的分量，當(dāng)沿傳播方向 (縱向)地形起伏坡度較大時(shí)，預(yù)測結(jié)果誤差較大；②實(shí)用的積分方程方法是二維積分方程 的一維近似，認(rèn)為在第一夫累涅爾帶內(nèi)地形橫向均勻，從而導(dǎo)致當(dāng)?shù)匦窝貦M向區(qū)域在第一 夫累涅爾帶內(nèi)起伏變化較大時(shí)，計(jì)算結(jié)果誤差會(huì)增大；③積分方程方法是沿傳播路徑積分 到觀測點(diǎn)為止，沒有考慮積分路徑后向的反射場影響，在傳播路徑后向地形起伏劇烈(陡 峭的山脈)或地物突變(如陸海交界的電導(dǎo)率突變等)時(shí)，會(huì)引起較大誤差。因此采用積分方程方法在預(yù)測地波傳播的衰減和延遲時(shí)，在地形和地物突變區(qū)域 的預(yù)測誤差較大。電磁場的數(shù)值計(jì)算可用于對(duì)復(fù)雜區(qū)域電磁場分布的較精確計(jì)算，但其占用計(jì)算資 源較大，在一般計(jì)算設(shè)備上無法完成地波長距離傳播時(shí)衰減因子的預(yù)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高精度預(yù)測地波傳播衰減因子的積分方法，解決了現(xiàn)有 技術(shù)存在的利用積分方程方法在地形和地物突變區(qū)域預(yù)測衰減因子的誤差較大，而利用電 磁場的數(shù)值計(jì)算所占用計(jì)算資源過大的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，高精度預(yù)測地波傳播衰減因子的積分方法，包括以 下操作步驟步驟1，利用積分方程方法計(jì)算入射饋源面上Ez和整個(gè)地波傳播路徑衰減因子的 幅度和相位；步驟2，在地形變化劇烈及地物突變的局部區(qū)域選取電磁場數(shù)值計(jì)算區(qū)域，在該區(qū) 域的電波傳播入射饋源面上取積分方程方法計(jì)算出的電場Ez分布作為激勵(lì)源，用電磁場數(shù) 值計(jì)算方法重新計(jì)算該區(qū)域地波傳播衰減因子的幅度和相位；步驟3，用步驟2得到在地形變化劇烈及地物突變的局部區(qū)域的衰減因子幅度和 相位代替步驟1得到的積分結(jié)果在該區(qū)域的衰減因子幅度和相位，得到整個(gè)傳播路徑的地波衰減因子幅度和相位。其中，在步驟1中利用積分方程方法計(jì)算入射饋源面上Ez和整個(gè)地波傳播路徑的 衰減因子Wg的公式如下
Wg=A
Wg{Q)e
Δ,+
Kr7
2 y
dn
I
χ
-
Z
-dL
1
/V 其中，A為常量(觀測點(diǎn)在空中時(shí)取值為0.5，觀測點(diǎn)在地面時(shí)取值為1) ；i為虛數(shù) 單位；η為圓周率；h為自由空間波數(shù)；表示從源點(diǎn)到觀測點(diǎn)的直線距離表示從源點(diǎn) 到地面上積分動(dòng)點(diǎn)Q之間的直線距離；r2表示從積分動(dòng)點(diǎn)Q到觀測點(diǎn)的距離；Wg(Q)為積分
動(dòng)點(diǎn)Q的地波衰減因子表示巧在表面上的法向?qū)?shù)，η為地面的外法線方向；χ表示觀
權(quán)利要求
高精度預(yù)測地波傳播衰減因子的積分方法，其特征在于包括以下操作步驟步驟1，利用積分方程方法計(jì)算入射饋源面上Ez和整個(gè)地波傳播路徑衰減因子的幅度和相位；步驟2，在地形變化劇烈及地物突變的局部區(qū)域選取電磁場數(shù)值計(jì)算區(qū)域，在該區(qū)域的電波傳播入射饋源面上取積分方程方法計(jì)算出的電場Ez分布作為激勵(lì)源，用電磁場數(shù)值計(jì)算方法重新計(jì)算該區(qū)域地波傳播衰減因子的幅度和相位；步驟3，用步驟2得到在地形變化劇烈及地物突變的局部區(qū)域的衰減因子幅度和相位代替步驟1得到的積分結(jié)果在該區(qū)域的衰減因子幅度和相位，得到整個(gè)傳播路徑的地波衰減因子幅度和相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高精度預(yù)測地波傳播衰減因子的積分方法，其特征在于在步 驟1中利用積分方程方法計(jì)算入射饋源面上Ez和整個(gè)地波傳播路徑的衰減因子Wg的公式 如下
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高精度預(yù)測地波傳播衰減因子的積分方法，其特征在于步驟2 中的電磁場數(shù)值方法采用2維柱坐標(biāo)系(P，Φ，ζ)下時(shí)域有限差分方法，該方法中包含P 方向電場Ep、ζ方向電場Ez以及Φ方向磁場H41三個(gè)分量；麥克斯韋方程組在柱坐標(biāo)系下 FDTD差分表達(dá)式如下
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高精度預(yù)測地波傳播衰減因子的積分方法，其特征在于所述 的地波傳播衰減因子頻率范圍為30Ηζ-300ΜΗζ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度預(yù)測地波傳播衰減因子的積分方法，該方法按照下列步驟實(shí)施利用積分方程方法計(jì)算電波傳播路徑的衰減因子；在地形變化劇烈及地物突變的局部區(qū)域選取數(shù)值計(jì)算區(qū)域，在該區(qū)域的電波傳播入射面上取積分方法計(jì)算的電場分布作為激勵(lì)源，用電磁場數(shù)值計(jì)算方法重新計(jì)算該區(qū)域的傳播衰減因子；用數(shù)值計(jì)算的衰減因子代替采用積分方法在該區(qū)域的計(jì)算結(jié)果，得到整個(gè)傳播區(qū)域的衰減因子。本發(fā)明的方法能夠在計(jì)算資源少量增加的條件下，有效減小積分方程方法在地形和地物突變區(qū)域衰減因子預(yù)測的誤差。
文檔編號(hào)G01R29/08GK101937026SQ20101024323
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者周麗麗, 席曉莉, 張金生 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)