海上障碍物条件下表面波导电波传播仿真

1引言
海上大气波导的存在，使得微波、超短波频段的信号可 被折射并陷获于海面和大气波导层之间，而此陷获效果能很 大程度上增强接收信号功率，从而可实现建立海上节点间大 容量超视距直达通信链路、舰载雷达超视距探测以及远距离 电子侦察等用途，具有重要的研究价值。
对海上大气波导环境下电波传播进行建模和仿真，是分 析评估海上大气波导对舰艇通信、雷达探测、电子侦察等应 用影响的关键。由于海上环境相对比较开阔，现有对海上电 波传播的研究中,多不考虑有障碍物情况下的影响。但随着
第36卷第7期 文章编号:1006-9348(2019)07-0139-04
计算机仿真
2019年7月
海上障碍物条件下表面波导电波传播仿真
任重，李天伟，韩东 (海军大连舰艇学院，辽宁大连116018)
摘要:对海上大气波导环境下的电波传播进行建模和仿真，是分析评估大气波导对舰艇通信、预警探测、电子侦察等影响的 关键。现有海上电波传播研究中，多不考虑存在障碍物时的影响。针对海上障碍物条件下电波传播建模仿真问题,在分析 标准抛物方程和单向宽角抛物方程的基础上，研究了双向抛物方程模型及其分步傅里叶变换数值求解方法，对不同大气波 导条件、发射天线高度以及不同频率时海上障碍物条件下电波传播进行了仿真分析，得到的仿真结果具有一定参考价值，对 于舰艇通信、雷达等装备的科学运用，具有指导意义。 关键词:表面波导；电波传播仿真；海上障碍物;双向抛物方程
基金项目：国家自然科学基金项目(NO. 11374001 )； “十三五” XXXX 预研项目(3020XXXXX0202)
收稿日期:2018 -03-19
围绕岛礁的维护海洋权益需求越来越迫切、海上活动的舰船 数量的逐渐增多、以及无人机等新手段新技术的逐步应用， 电波传播路径被障碍物阻挡的情况及其传播分析计算和预 测问题，已越发不容忽视。
中图分类号:E917 文献标识码：B
Simulation of Wave Propagation in Surface Duct with Maritime Obstacle Circumstance
REN Zhong, LI Tian-wei, HAN Dong
(Dalian Naval Academy, Dalian Liaoning 116018, China)
本文针对此问题，基于表面波导环境，对传播路径上存 在障碍物时的海上电波传播进行建模仿真，可为在海上存在 障碍物条件下舰艇通信、雷达等用频装备的科学使用，提供 依据和指导。
2电波传播模型
目前,用于计算大气波导条件下电波传播特性的模型(Parabolic Equation, PE) [,'2]是大气波导传播模型中 最主要采用的方法，这主要是得益于PE方法能够支持复杂
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的大气边界条件和折射率曲线；同时，基于PE方法能够估算 路径损耗,这是射线跟踪类方法难以做到的;且抛物方程法 得到的结果经过了实验验证⑶，可信度较高。
抛物方程法的具体计算模型有多种。最为经典的标准 抛物方程(Standard Parabolic Equation, SPE),在传播角度较 小时，进行对流层远距离传播计算精度较高,且标准抛物方 程的求解可利用分步傅里叶变换方法(Split-Step Fourier Transform method, SSFT)或有限差分方法(Finite Difference method,FD)，进行数值求解，从而易于计算机实现。但在分 析角度较大的电波传播问题时，标准抛物方程法的误差较 大，且由于其是一种单向的正向传播模型，电波的后向传播 被忽略，因此它不能反映前向波与后向波之间的相互作用， 特别是沿传播路径有陡悄的障碍物的情况。在存在这些障 碍物的情况下，不仅需要考虑前向传播，还应当考虑后向的 反射，折射以及衍射波的影响，得到的结果才更加可靠。为 此,本节从单向的标准抛物方程、宽角抛物方程出发，重点研 究双向抛物方程方法，以更适应于障碍物条件下大气波导电 波传播仿真。 2.1单向抛物方程 2. 1. 1标准抛物方程
ABSTRACT: Modeling and simulation of radio wave propagation in marine atmospheric duct environment are the key to analyze and evaluate the influence of atmospheric duct on ship communication, early warning and detection, elec­ tronic reconnaissance and so on. In the current study of marine wave propagation, the influence of obstacles is nearly not considered. This paper aims at the problem of radio propagation modeling and simulation in surface duct with mar­ itime obstacle circumstance. Based on the analysis of standard parabolic equations and one-way wide-angle parabolic equations, the two-way parabolic equation model and its step - by - step Fourier transformations numerical solution were studied. The propagations of the waves in surface duct with maritime obstacle circumstance were simulated under different atmospheric conditions, antenna heights and frequencies. The result of the simulation is of reference value, which is of guiding significance for the scientific application of ship communication and radar equipment. KEYWORDS:Surface duct； Radio wave propagation simulation； Maritime obstacle； Two-way parabolic equation