基于抛物方程法的粗糙海面电波传播分析

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1、第6期郭建炎等：基于抛物方程法的粗糙海面电波传播分析·51·基于抛物方程法的粗糙海面电波传播分析郭建炎1,2，王剑莹2，龙云亮2（1.厦门理工学院电子与电气工程系，福建厦门361024;2.中山大学电子与通信工程系，广东广州510275）摘要：提出了一种改进阻抗边界条件的方法，并用格林函数法求解抛物方程的初始解；从而提高了抛物方程法的稳定性与精确度。最后基于抛物方程法分析了粗糙海面上的电波传播特性，得到的结果与Miller-Brown模型进行对比，结果吻合很好。关键词：电波传播；抛物方程法；粗糙海面；阻抗边界中图分类号：TN011文献标识码：A文章编号：1000-436X(2009)06

2、-0047-06AnalysisofradiopropagationoverroughseasurfacewithparabolicequationGUOJian-yan1,2,WANGJian-ying2,LONGYun-liang2(1.DepartmentofElectronicsandElectricalEngineering,XiamenUniversityofTechnology,Xiamen361024,China;2.DepartmentofElectronicsandCommunicationEngineering,SunYat-SenUniversity,Guangz

3、hou510275,China)Abstract:AnimprovedimpedanceboundarymethodwaspresentedandtheinitialfieldwascalculatedbyGreenfunction,whichimprovedthestabilityandaccuratenessoftheparabolicequation(PE).Eventually,theforecastofpropagationoverroughseasurfacehadbeenpresentedwithparabolicequation(PE).TheresultsfromPEa

4、recomparedwithMiller-Brownmodel,goodagreementisshown.Keywords:radiopropagation;parabolicequation;roughseasurface;impedanceboundary第6期郭建炎等：基于抛物方程法的粗糙海面电波传播分析·51·1引言收稿日期：2007-09-13；修回日期：2009-04-07基金项目：广东省自然科学基金资助项目(8151027501000102);厦门理工学院人才引进基金资助项目(YKJ08012R)FoundationItems:TheNaturalScienceFounda

5、tionofGuangdongProvince(8151027501000102);TalentFoundationofXiamenUniversityofTechnology(YKJ08012R)无论是雷达、远距离无线通信、全球定位系统（GPS）、电子对抗以及遥感遥测等依赖无线电波的系统，都避免不了对电波传播特性的分析。对海面环境电波传播一般粗略的分析是将海面当成一个平面来处理，精确的分析必然考虑到海面的动态波动，以及大气层环境变化的影响。传统解析法如基尔霍夫近似法（KA,kirchhoffapproximation）、微扰法(SPM,smallperturbationmethod)等

6、不能用于求解掠入射时粗糙表面的散射特性，虽然最近发展了一些改进算法可求解掠入射问题但还是难于加入大气波导的影响；且在计算时需要对积分进行数值计算，计算量大[1~3]。抛物方程法可处理非均匀大气与复杂边界条件[4~8]，且可用迭代法求解，在对流层电波传播中得到广泛运用。其中阻抗边界条件可用混合Fourier变换(MFT)处理，进一步可用离散的混合Fourier变换[9~10](DMFT)实现。用DMFT计算粗糙海面电波传播时存在数值不稳定性，本文给出了一个DMFT求解发散的“badalpha”问题。Kuttler[11]第6期郭建炎等：基于抛物方程法的粗糙海面电波传播分析·51·提出了一种

7、改进阻抗边界条件的方法增强了算法的稳定性，但是未给出模型的详细推导且公式存在一些小错误。本文详细的给出了改进抛物方程法的实现过程，并用格林函数法[12]给出初始解从而提高了抛物方程法的稳定性与精确度。本文对粗糙海面用有效反射系数来近似，改进后的抛物方程法能正确求解MDFT算法的“badalpha”问题，且计算结果在不同粗糙程度海洋环境下都与Miller-Brown模型[13,14]吻合的很好。抛物方程法还能处理海岸海岛与复杂波导大气