基于双向抛物方程法的海洋环境电波传播预测模型的研究

Radiowave propagation modeling is absolutely necessary for various wireless systems in complex ocean environments. Therefore, this project intends to improve the impedance boundary conditions of the rough sea surface by amending the sea surface roughness attenuation factor, solve the two-way parabolic equation model in complex ocean environments by using the improved two-way discrete mixed Fourier transform and the two-way finite element method, and deal with the multiple reflections between the irregular terrain of the islands by using the two-way iterative implementation procedure. The research results will establish the prediction model for radiowave propagation in complex ocean environments based on the improved two-way parabolic equation method, and will provide reliable electromagnetic data for the design of various wireless systems. Thus, this project is not only of important theoretical significance and academic value to the marine electromagnetism and computational electromagnetics, but also will help to design various wireless systems and to establish prediction model for the sea battlefield electromagnetic environments, so it has great engineering value and important military significance.

在复杂海洋环境中，依赖无线电波的各种系统都离不开电波传播特性的预测与分析。本项目将采用修正海面粗糙度衰减因子的方法改进动态粗糙海面阻抗边界条件；采用改进的双向离散混合傅里叶变换法对复杂海洋海岛环境中的双向抛物方程模型进行数值求解，采用双向迭代步进计算方案处理海岛不规则地形上的多重反射。研究成果预期建立和完善基于改进的双向抛物方程法的复杂海洋环境电波传播预测模型，并为复杂海洋环境中的各种无线系统设计提供可靠的电磁特性数据，这对完善海洋电磁学理论和发展电磁场数值计算方法有重要的理论意义和学术价值，也将有助于指导海洋环境无线系统设计和建立海上战场电磁环境预测分析系统，因此具有很大的工程应用价值和重要的军事意义。

在复杂海洋环境中，依赖无线电磁波的各种系统都离不开电波传播特性的预测与分析。本项目研究了预测海洋环境电波传播特性的抛物方程模型，改进了抛物方程模型中动态粗糙海面边界的处理方法，提出了改进分形模型和Fourier海浪模型的海面建模方法，并用其模拟了不同风速条件下的海面轮廓，分析对比了不同海面模型下的电波传播特性，验证了改进分形海面模型和Fourier海浪模型在预测海上电波传播模型中的有效性。采用迭代双向傅里叶分步步进算法对双向抛物方程模型进行了数值求解，采用有限差分法求解了精细海面几何结构上的电波传播，分析了海上大气波导、森林植被等因素对电波传播的影响，计算了大气波导环境中电波在改进分形海面模型中的传播损耗。提出了双向抛物方程逆算法用于障碍物定位，分析了各种因素对障碍物定位精度的影响。研究成果能够为复杂海洋环境中的各种无线系统设计提供有效的电磁特性数据，对完善海洋电磁学理论和发展电磁场数值计算方法有重要的理论意义和学术价值。