障碍物环境双向PE电波传播分析及其验证研究
发布时间：2020-09-10 19:11
对于信息战电子战愈演愈烈的军事领域,复杂地形下电波传播特性的研究是对战场电磁环境、电磁态势进行评估的基础,它既是战场通信的安全可靠预测的基础,又是电子对抗以及反对抗效能评估的前提。近年来,抛物线方程方法已经逐步成为对流层电波传播问题研究中最常用的方法,当地形起伏较为明显时,双向抛物线方法的计算精度最高。因此本课题主要从双向抛物线方法出发,研究障碍物环境下的电波传播问题并结合矩量法对双向抛物线方法本身存在的问题进行反向修正。具体研究内容主要分障碍物环境下双向抛物线方法的推导计算、矩量法的验证和实际应用三大模块,三部分内容展开分以下五个方面:1、首先,本课题主要从复杂环境下的电波传播角度出发,具体分析双向抛物线方法的基本原理和计算思路,为之后求解障碍物环境下的电波传播问题打好理论基础。在上述过程中阐述了目前抛物线方法计算中仍存在的相关问题。2、为验证双向抛物线方法和后续障碍物环境下新算法的计算精度,本课题提出用矩量法来验证近距离复杂环境下电波传播问题的计算精度。推导了导体障碍物下水平极化下电场积分方程、垂直极化下的磁场积分方程,并给出了矩量法计算公式;推导了介质障碍物下的PMCHW电磁场联合积分方程,给出了介质障碍物下不同极化电磁场数值计算矩量法公式。为精确验证和修正双向抛物线方程方法提供了有效手段。3、针对双向抛物线方法无法处理障碍物与地面参数不同,并且计算精度受限于起伏地形的倾角的情况,研究了障碍物为理想导体情况下的电波传播问题。提出一种新的基于双向抛物线方程的计算方法。该算法求解过程中记录了所有波源的历史路径,结合具体路径对双向抛物线方法进行相位修正,并在步进过程中,对不同极化下障碍物表面的边界条件进行了重新处理,对目前常用的阶梯模型进行了改进。最后结合矩量法,通过实例分析,验证了修正方法对原有抛物线方法计算精度的改善情况,从而证明了新算法的有效性。4、研究了障碍物为均匀介质时的电波传播问题。考虑到障碍物内部存在透射场,障碍物内部的场对空间场值计算的影响。提出了区域分解的双向抛物线方程计算方法。该方法结合双向抛物线方法对障碍物环境中的场值计算进行了分区处理,依据障碍物内外媒质参数的不同,对不同区域场值计算中的相位进行了修正,从而实现空间中场值的统一计算。最后通过实例分析,证明存在障碍物时新算法的精确性和有效性,为之后求解真实环境下的电波传播问题打下基础。5、为满足电子对抗部队装备运用需要,将课题中的研究内容结合具体的短波、超短波通信对抗装备,通过MATLAB平台,将相关研究内容编程设计成一套抛物线方法的计算软件,实现对数周期天线在障碍物环境下的通信对抗装备干扰场强的计算软件,为提高短波、超短波电子对抗装备作战效能发挥具有重要价值。
【学位单位】：国防科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：E96;TN011
【部分图文】：
1.1 研究背景和目的随着时代的发展与进步，无论在国民经济还是国防上，复杂地形下电波问题的研究都变得尤为重要。对于现代民用无线电通信的飞速发展，电波传性的预测可以准确指导通信基站的架设，网络资源的配置，避免资源的不必费；对于信息战电子战愈演愈烈的军事领域，复杂地形下电波传播特性的研光可以合理配置军事资源，更意味着可以通过对电波传播环境的利用和反利抢占战场制胜的先机，为各种信息化装备发挥最大效能具有重要作用。在现代战争中，信息力已经成为战斗力的重要组成部分，战争的结局很度上取决于对信息的掌控能力，战场的信息传输主要依赖于电磁波，战场环电波传播特性的研究分析也变得尤为重要。在整个战场的电磁态势分析中陆术超短波通信是陆军地面部队使用的主要通信手段，被广泛应用于前沿作战挥控制。在装备部署给定的环境下进行的电波传播预测，既可以保证战场通安全可靠、畅通无阻，还可以对战场信息评估，电子对抗以及反对抗奠定基战术通信电磁态势分析如图 1.1 所示。
国防科技大学研究生院硕士学位论文题的研究也变得愈发重要，只有精确估计短波、超短波电子对抗装备在复杂环下的远程场强，才能够分析电子对抗装备的作战效能，从而为短波和超短波通对抗装备作战运用提供支撑。电波传播分析涉及应用范围很广，除了经典的地战术通信，还包含海上战术通信。对于海上编队的战术通信，传播模式如图 1.示。
图 1. 3 电波传播 PE 模型示意图基于上述分析，对流层电波传播在战场电磁态势分析，电子对抗装备作能效能分析方面的重要性，本论文主要目的有三点：一是通过抛物线方法来复杂环境下的电波传播问题，为精准预测起伏地形下空间中的场强分布奠定二是通过矩量法精确计算近距离下电波传播特性，来验证双向抛物线方法求精确性，从而对复杂环境下的 PE 方法进行改进；三是结合相应的软件平台题研究的相关内容编写成实际的场强计算软件，对车载电子对抗装备在远区射场强进行预测，为我军的通信对抗装备作战效能分析提供支撑。1.2 抛物线方程方法的发展及研究现状从 1946 年开始，M. A. Leontovich 和 V. A. Fock[14]在研究地球表面垂电波的绕射问题时引入了抛物线方程模型[15]，并考虑大气折射的影响。从量 Helmholtz 波动方程出发，为分离出原有场分量相位的快变部分，引入向上的衰减函数 jkxu x,z e x, y。在对抛物线方程进行因式分解时，对 的近似处理分为窄角近似和宽角近似两类，通过不同的近似计算推导出相应
【学位单位】：国防科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：E96;TN011
【部分图文】：
1.1 研究背景和目的随着时代的发展与进步，无论在国民经济还是国防上，复杂地形下电波问题的研究都变得尤为重要。对于现代民用无线电通信的飞速发展，电波传性的预测可以准确指导通信基站的架设，网络资源的配置，避免资源的不必费；对于信息战电子战愈演愈烈的军事领域，复杂地形下电波传播特性的研光可以合理配置军事资源，更意味着可以通过对电波传播环境的利用和反利抢占战场制胜的先机，为各种信息化装备发挥最大效能具有重要作用。在现代战争中，信息力已经成为战斗力的重要组成部分，战争的结局很度上取决于对信息的掌控能力，战场的信息传输主要依赖于电磁波，战场环电波传播特性的研究分析也变得尤为重要。在整个战场的电磁态势分析中陆术超短波通信是陆军地面部队使用的主要通信手段，被广泛应用于前沿作战挥控制。在装备部署给定的环境下进行的电波传播预测，既可以保证战场通安全可靠、畅通无阻，还可以对战场信息评估，电子对抗以及反对抗奠定基战术通信电磁态势分析如图 1.1 所示。
国防科技大学研究生院硕士学位论文题的研究也变得愈发重要，只有精确估计短波、超短波电子对抗装备在复杂环下的远程场强，才能够分析电子对抗装备的作战效能，从而为短波和超短波通对抗装备作战运用提供支撑。电波传播分析涉及应用范围很广，除了经典的地战术通信，还包含海上战术通信。对于海上编队的战术通信，传播模式如图 1.示。
图 1. 3 电波传播 PE 模型示意图基于上述分析，对流层电波传播在战场电磁态势分析，电子对抗装备作能效能分析方面的重要性，本论文主要目的有三点：一是通过抛物线方法来复杂环境下的电波传播问题，为精准预测起伏地形下空间中的场强分布奠定二是通过矩量法精确计算近距离下电波传播特性，来验证双向抛物线方法求精确性，从而对复杂环境下的 PE 方法进行改进；三是结合相应的软件平台题研究的相关内容编写成实际的场强计算软件，对车载电子对抗装备在远区射场强进行预测，为我军的通信对抗装备作战效能分析提供支撑。1.2 抛物线方程方法的发展及研究现状从 1946 年开始，M. A. Leontovich 和 V. A. Fock[14]在研究地球表面垂电波的绕射问题时引入了抛物线方程模型[15]，并考虑大气折射的影响。从量 Helmholtz 波动方程出发，为分离出原有场分量相位的快变部分，引入向上的衰减函数 jkxu x,z e x, y。在对抛物线方程进行因式分解时，对 的近似处理分为窄角近似和宽角近似两类，通过不同的近似计算推导出相应
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5 徐s
本文编号：2816205
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