基于二维FDTD算法的甚低频电波传播特性分析

发布时间：2020-07-23 14:57

【摘要】：频率在3kHz～30kHz(波长100km～10km)的甚低频(Very Low Frequency)无线电波,以其波长较长、传播损耗小、传播距离远/深等特点,被广泛应用于超远程导航,授时、通信以及对潜通信等方面。然而,受电离层、地磁场、太阳天顶角、地面电特性等因素复杂变化的影响,使沿“地-电离层”波导结构传播的甚低频电磁波呈现出异常复杂的空、时以及随机变化特点。研究甚低频电波传播模型及方法,分析甚低频电波传播特征成为该领域研究的关键问题之一。本文在装备概念研究子课题和十三五装备预研领域基金(No.61405180202)的支持下,针对“地-电离层”波导中甚低频电波传播问题,开展甚低频电波传播建模方法与特性分析的研究。论文研究内容如下:1.采用二维球坐标时域有限差分方法(Finite-Difference Time-Domain.FDTD),通过对其迭代方程、边界条件、数值色散特性等的推导与分析,构建了二维“地-电离层”波导中甚低频电波传播模型,通过仿真实验验证了模型的正确性。2.针对二维球坐标FDTD方法在进行全球剖分时计算速度慢的问题,基于CUDA并行架构,提出二维球坐标并行FDTD方法,使其计算速度提高了数十倍,并利用该方法对缓变非均匀波导中的甚低频电波传播特性进行仿真分析。3.针对突变不均匀波导中二维球坐标FDTD方法内存占用过大的问题,采用局部高分辨率的非均匀FDTD算法,在保证精度的同时,有效地减少了计算机内存消耗,缩短了计算时间。同时,利用该方法对跨越昼夜过渡区传播、陆海混合路径传播以及突变不规则路径传播的VLF电波传播特性进行了仿真分析。本文采用FDTD方法,非均匀FDTD方法以及CUDA并行架构,实现了超长距离复杂传播路径上的VLF电波传播快速高精度预测分析,为大规模快速实现甚低频电波传播,考虑更小范围的环境改变引起的VLF电波特性变化提供有效解决方案,从而进一步为VLF导航授时系统提供理论依据。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN011

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张驰;芮国胜;王瑞;薛鹏;;计算电离层VLF波传输特性的时域有限差分算法[J];电讯技术;2016年11期

2 徐维东;张学民;李忠;赵庶凡;张伟;;基于人工源的甚低频电磁波空间传播特征统计分析[J];地球物理学报;2016年05期

3 姜涛;;地-电离层波导中甚低频波昼夜过渡期特性研究[J];通信电源技术;2014年04期

4 张晓琛;李诠娜;;地面—低电离层波导中甚低频场强的计算方法概述[J];数字技术与应用;2010年06期

5 董慧;闫玉波;李清亮;;FDTD模拟SLF\ELF水平电偶极子在非均匀地-电离层波导中的场[J];电波科学学报;2010年02期

6 梁睿;郑毅;宋立军;张雪芹;李鹏;;核电磁脉冲信号沿地-电离层波导传播数值计算[J];核电子学与探测技术;2010年02期

7 魏来;蒋宇中;李开锋;;基于波导模式的甚低频场强计算方法[J];舰船电子工程;2009年12期

8 李光明;温东;;甚低频对潜通信信号场强预测[J];电讯技术;2008年02期

9 晏裕春;蒋宇中;韩郁;黄麟舒;;应用FDTD法分析甚低频传播特性[J];舰船电子工程;2006年04期

10 潘威炎;卫星上的VLF发射装置在海面上产生的场[J];空间科学学报;1996年01期

相关博士学位论文 前3条

1 王元新;基于地下SLF/ELF辐射源的地面及电离层电磁场特性的研究[D];上海交通大学;2013年

2 徐彤;中低纬电离层模型及其异常现象相关研究[D];西安电子科技大学;2009年

3 刘军;低频时码授时系统中的若干理论与工程设计实验研究[D];中国科学院研究生院（国家授时中心）;2002年

相关硕士学位论文 前6条

1 张田;远程短波发射系统设计与实现[D];北京化工大学;2016年

2 刘世为;VLF电磁波在地-电离层波导中的传输特性研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

3 夏冰君;低频、甚低频电磁波过渡区传播理论研究[D];浙江大学;2015年

4 顾海明;地球电离层波导系统中电磁波传播建模与仿真[D];哈尔滨工业大学;2013年

5 夏汉刚;基于FDTD方法的地球—电离层波导系统极低频/超低频电磁建模与分析[D];南京航空航天大学;2011年

6 赵庶凡;地震岩石层—大气层—电离层耦合机理研究[D];中国地震局地震预测研究所;2010年

本文编号：2767474