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1、第23卷第1期电波科学学报Vol.23,No.12008年2月CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCEFebruary,2008文章编号100520388(2008)01201792063大气波导环境下的射线追踪算法孙方王红光康士峰林乐科(中国电波传播研究所青岛分所,山东青岛266107)摘要为了形象地模拟电磁波在大气波导环境下的传播路径,以及获得射线传播过程中的各项参数,介绍了两种常用的射线追踪模式:传统积分模式与泰勒级数近似模式,并根据两种模式的优缺点分别将它们应用于高、低仰角的射线传播,形成
2、一种混合算法并给出了详细的程序流程。此算法在计算复杂波导环境下的射线轨迹方面具有实用性强、准确度高的特点。通过对典型波导剖面、实测大气剖面以及大气水平不均匀剖面的仿真结果分析,充分验证了此算法的有效性。关键词射线追踪;蒸发波导;悬空波导;修正折射率中图分类号TN011.3文献标识码AAraytracingalgorithmforductenvironmentSUNFangWANGHong2guangKANGShi2fengLINLe2ke(ChinaResearchInstituteofRadiowaveProp
3、agationQingdaoBranch,QingdaoShandong266107,China)AbstractTosimulatepropagationpathofradiowaveinductenvironment,andobtainparametersincourseoftherays’propagation,ahybridalgorithmintegra2tingthetraditionalintegralmodelwithTalerapproximatemodelisproposedinthispap
4、er.Thealgorithmcanbeusedtotracethepathofrays’propagationforbothlowelevationandhighelevation.Thesimulationresultsforrepresentativeduct,measuredandvaringhorizontalductprofileareanalysedandthevalidityofthehy2bridalgorithmisproved.Keywordsraytracing;evaporationdu
5、ct;elevatedduct;themodifiedrefractivity离目标,实现超视距探测,因此,研究波导环境下的1引言射线追踪有着重要意义。计算电波在大气中折射路射线追踪技术的算法原理即几何光学近似,它径的传统追踪算法是求解积分方程,但这种方法在能形象地解释雷达系统的定位过程,确定目标的具波导环境中的应用方面存在局限性。对大气波导中体位置。射线追踪不仅可以跟踪正常大气环境下的的电波传播,国际上惯用的是基于斯奈尔定律,通过电波传播轨迹,也可追踪电波在大气波导中的反常泰勒二阶近似展开的射线方程求解,这种方
6、法在形传播轨迹。大气波导一般分为表面波导和悬空波式上比解积分方程更为简单,当射线低仰角传播时,导,发生在大面积海域上方的表面波导称为蒸发波能保证在高准确度的基础上达到计算速度快、适用导,由于蒸发波导出现频繁(年出现率一般在85%范围广的特点,但当射线高仰角传播时,其准确度没[1]左右),且它的出现有利于雷达在海上探测到远距有积分算法高。本文结合两种算法的相对优势,提3收稿日期:2006211209179180电波科学学报第23卷出了一种混合算法,并给出了相应的程序流程,既保仰角判断下一步的方向,使程序达到了应用性
7、强的证了高仰角射线传播轨迹的准确性,又改进了低仰目的。角射线被波导俘获时的复杂算法,因此该混合算法3泰勒级数近似模式具有更高的实用性和准确度。[4]球面分层大气的斯奈尔定律为2传统积分模式n0(re+h0)cosθ0=n(re+h)cosθ(4)射线追踪技术中的积分算法是计算水平均匀大h这里θ为h处仰角,令m(h)=n(h)+,则当h0n气层定位误差的基本方法,其原理是几何光学近似re与水平均匀大气分层假设。目标在低层大气中沿水re且n≈1时,(4)式可近似为[1,2]m(h)cosθ=m(h平方向的地面距离定义
8、为0)cosθ0(5)h即平地面下的斯奈尔定律形式,地球也就等效为平re(re+h0)n0cosθ0dhx=±∫h0re+hn2(re+h)2-((r2地面,m称为修正折射指数,在此情况下处理大气波e+h0)n0cosθ0)(1)导问题就较为方便。由于形成波导传播时射线与波式中,re为地球半径;h0为天线海拔高度;h为从海导水平边界间夹角一般较小,且低层大气修正折射[5]
