基于抛物方程的海陆环境信号时延与到达角估计

针对复杂海陆环境中的无线信号传播预测问题,研究了适用于抛物方程的信号时延与到达角估计方法。将自由空间中抛物方程轴向波前信号视为本地副本信号,然后利用信号的自相关特性,将接收信号与副本信号进行互相关运算,最后通过相关函数的峰值检索,得到脉冲信号在复杂环境中传播的附加时延。采用数值算例,验证了该方法的正确性和有效性。此外,采用多重信号分类算法,由抛物方程构建接收阵列的协方差矩阵,并对其进行特征值分解,然后利用信号子空间和噪声子空间的正交性,实现复杂环境中的信号到达角估计。仿真结果表明,相比于传统的平面波谱方法,该方法具有更高的多径分辨率。基于上述方法,并结合数字地图,在典型的海陆环境中进行了仿真实验,分析了蒸发波导对脉冲信号传播时延和到达角的影响。     

基于分形的粗糙海面三维抛物方程模型及其应用

风驱海浪随机起伏变化是海面环境的典型特征之一, 而较大的风浪通常会给海面无线通信带来重要的影响.传统的抛物方程(Parabolic Equationmethod, PE)模型在预测粗糙海面的电波传播时, 未能充分考虑海浪的电磁散射以及阴影效应等.针对以上不足, 文中基于三维抛物方程, 引入动力学分形方法, 对传统的抛物方程模型进行了改进研究.相比传统的Miller-Brown近似方法, 改进后的预测模型能更好地反映出海浪几何特征对电磁波传播的影响.最后以舰载雷达的有效探测范围为计算背景, 对粗糙海面的电波传播特性进行了仿真分析, 结果表明了该模型在区域级海面环境电波预测的可行性.     

适用于隧道环境的二元相控阵天线系统

为了满足在隧道环境中实现高速率、高质量无线通信的迫切需求,研究了适用于隧道环境的高增益天线,提出了利用二元相控阵天线系统提高隧道内信号传输质量的新方法。相控阵天线系统由两个高增益天线单元及一个移相器组成,通过移相器调整其中一个天线单元的相位,使隧道内合成电场的最小值幅值达到最大,提升信号的平均场强。仿真结果表明：与单个天线发射信号相比,在3 000 m隧道轴向传播范围内,相控阵天线系统发射信号合成电场的最低电平最少提升了19.6 dB;与两个天线同时发射信号相比,最低电平最少提升了12.4 dB,取得较好分集优化效果,消除多径效应导致的深度衰落,解决了隧道环境中存在的通信问题。

     

基于SSFT-PE表面粗糙隧道电波传播研究

在高速隧道、矿井等电波通信中,隧道等通常建模为带介质损耗的波导。隧道壁的随机粗糙会对电波传播造成散射和衰减效应,当需要精确预测隧道中电磁分布预测时,通常需要考虑该影响。为了定量分析隧道壁的随机粗糙损耗,提出了一种基于抛物方程分步傅里叶解法的隧道电波传播计算方法,通过引入等效粗糙因子修正传统算法,得到可应用于表面粗糙隧道电波传播的SSFT-PE模型。利用所提方法分析5G频段下随机粗糙程度对电波传输的影响,结果表明:在典型的矩形和拱形隧道中,当随机粗糙标准差σ_h等于5 cm时,在0.5～2.5 GHz频段,随机粗糙带来额外约0.5 dB损耗;在2.5～3.6 GHz频段,随机粗糙带来额外2.1 dB损耗,在5G频段的损耗大于其他低频段;在相同仿真频率下,额外的损耗随着粗糙程度的增加而增加。     

Reliable approach for bistatic scattering of three-dimensional targets from underlying rough surface based on parabolic equation

A parabolic equation(PE) based method for analyzing composite scattering under an electromagnetic wave incidence at low grazing angle, which composes of three-dimensional(3-D) electrically large targets and rough surface, is presented and discussed. A superior high-order PE version is used to improve the accuracy at wider paraxial angles, and along with the alternating direction implicit(ADI) differential technique, the computational efficiency is further improved. The formula of bistatic normalized radar cross section is derived by definition and near-far field transformation. Numerical examples are given to show the validity and accuracy of the proposed approach, in which the results are compared with those of Kirchhoff approximation(KA) and moment of method(Mo M). Furthermore, the bistatic scattering properties of composite model in which the 3-D PEC targets on or above the two-dimensional Gaussian rough surfaces under the tapered wave incidence are analyzed.     

基于圆柱抛物方程的城市环境电波预测模型

提出了一种三维实体重建技术与柱坐标抛物方程结合的城市环境电波传播预测方法.从数字地图中提取城市建筑物高程矢量数据,建立立体光刻文件的拓扑数据结构,将其转化为抛物方程模型对应的扇形栅格数据,实现城市建筑群的三维几何模型重构.同时结合聚类算法并利用城市影像信息对地表环境进行分类,对不同类型的地表媒质赋予不同电磁参数,实现真...     

基于柱坐标系抛物方程的太赫兹目标RCS计算

针对太赫兹(THz)波段目标雷达散射截面(RCS)的计算问题,提出柱坐标系抛物方程模型的计算方法。基于柱坐标系中的电场通解式,利用三角函数的正交性分解各模式的激励系数,将抛物方程方法拓展到柱坐标系,得到柱坐标系中抛物方程的分步傅里叶求解形式。在此基础上,将目标等效为一系列的面元或线元,然后通过边界条件和场的迭代递推方法求解抛物方程,进而获得这一系列面元在传播方向某一截面上的散射场。数值算例表明,该方法能用于电大尺寸目标的RCS计算,相比于传统的抛物方程方法,克服了散射角度的限制,计算误差更小。     

基于抛物方程的无线电环境地图快速构建方法

研究一种基于三维抛物方程的无线电环境地图快速构建方法,并探讨几种空间插值方法的精确度和适用性,为网络优化和管理提供一种有效工具。利用抛物方程快速计算大区域复杂环境电场分布,参考地理学中最佳统计单元选取四种典型研究区域,分别采用Kriging、反距离加权法(IDW)、双调和样条插值和基于三角剖分的几种插值法对研究区域进行分析。结果表明：a) 几种三角剖分插值和双调和样条插值在各区域RMSE最小且时间最短,但空间拟合程度最低;b) Kriging在各区域中空间拟合程度最高,RMSE和时间随半方差模型有所差异;c) IDW在各区域中RMSE和空间拟合程度较好,但需要时间最长。几种空间插值方法中,指数模型Kriging能以最高精确度和适用性构建基于三维抛物方程的无线电环境地图。