非均匀地表上空大气波导中超视距传播特性研究

发布时间：2020-06-14 10:30

【摘要】：近年来,随着TD-LTE网络的大规模建设,4G用户的爆发式增长,移动通信中的远距离同频干扰现象也成为国内外学者关注的热点问题。本文从电波超视距传播特性入手,研究了非均匀分布的大气结构环境中,电磁波在不规则地形上方的传播特性。电磁波在对流层中传播时,不仅会受到复杂地理环境的影响,还会受到对流层波导、大气湍流等复杂大气环境的影响,一方面地形的遮挡会造成电波传播的截断,出现传播盲区;另一方面复杂大气会形成超视距传播效应,造成移动通信中的远距离同频干扰,影响移动系统的正常工作。因此,研究非均匀地表上空复杂大气中电波的传播特性具有重要的现实意义。对于非均匀地表,其非均匀性表现为地表媒质非均匀和地形起伏非均匀;对于复杂大气环境,本文要讨论对流层波导和大气湍流这两种异常大气结构,在此基础上,展开了实际地表上空复杂大气环境中的电波传播特性研究。本文围绕抛物方程的地理环境建模展开,在介绍大气折射特性的基础上,结合数字地图引入真实的地形信息和相关电磁参数,完成实际地表上方大气波导及大气湍流中的电波传播建模,分析了对流层中电波的传播特性。具体的研究成果如下:1、阐述了对流层波导的形成机理、类型以及折射率剖面模型;描述了波导环境中电波传播的抛物方程理论(PE)及地形处理方法,为下文实际地表上方的电波传播建模提供理论基础。详细分析了不同波导类型下,电磁波最大截止波长和最大陷获角的选取。2、数值实现了传统数字地图与数字高程模型两种地图格式的转换;研究了DEM下的二维地形网格剖分技术,实现了目标区域地形数据的读取,为后文计算实际地表上电波传播特性提供真实地形数据。3、基于散射抛物方程,完成大气湍流中电波传播建模,研究了非均匀地表上大气湍流中电波的传播特性,讨论了非均匀地表对湍流中电波传播特性的影响;引入波导的大气折射率剖面,研究大气波导、对流层散射、非均匀地表三者同时影响下的传播特性。计算结果显示,当地表高度低于波导高度时,蒸发波导的传播损耗主要取决于其陷获效应,超出一定传播区域,传播损耗主要取决于对流层散射;对于表面波导,由于其陷获效应远远高于蒸发波导,导致传播损耗主要取决于表面波导,对流层湍流对传播损耗的影响很小。4、基于数字地图和抛物方程,建立了大气波导中电波传播预测模型,不仅引入了真实的地形信息,同时对地表上不同媒质的相关电磁参数做出相应的改变,提高了PE模型的计算精度,也更加符合电波传播的实际情况。具体分析了单一环境下不同雷达参数、波导参数、地表参数对电波传播特性的影响;数值计算了无锡到上海、南京、舟山、杭州等四条实际链路下,不同类型波导下的电波超视距传播特性。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5

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