基于抛物方程的电磁环境三维仿真及并行算法研究

bb20920d · 发表于 2022-5-10 20:58:59

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雅宝题库解析：
随着系统仿真技术的发展，系统仿真涉及的领域越来越广，仿真已经从仅关注被仿真对象本身而弱化或忽略环境因素，向考虑环境因素如大气、云层、地形、电磁环境对整个系统的影响发展。其中，电磁环境已然引起人们的广泛关注，电磁环境仿真对于雷达预警、体系对抗、无线通信网络优化、GPS定位等都有重要作用。在电磁环境建模中，为简化仿真系统的复杂性，主要考虑人为干扰因素。研究有意干扰源产生的电磁波在复杂自然环境中经过反射、绕射、折射等所造成的电磁分布对于电磁环境研究具有重要意义。抛物方程法能处理各种复杂环境且算法效率高，在对流层电波传播中得到了广泛的运用。本文主要研究了抛物方程法在自然环境中的传播模型、数值计算方法，及其并行化方法，对电磁波在三维环境中的传播衰减进行了仿真。本文首先讨论了电磁环境仿真的基本理论、各种建模方法和并行计算的基本情况。推导了从麦克斯韦方程组到三维和二维抛物方程的近似过程，分析了三维抛物方程模型的基本组成部分，使用有限差分法获得了其数值模型，并结合并行计算方法进行了三维抛物方程模型的仿真效率测试。其次，结合二维抛物方程法，研究探索了并行度高的准三维仿真方法。其中根据天线理论从天线方向图出发构建了准三维方法的初始场，结合二维抛物方程法处理不规则地形和大气折射的方法，在准三维法中使用阶梯模型和阻抗边界条件处理了不规则地形边界，采用大气结构的统计模式处理了大气折射对电磁传播的影响，并对准三维方法的误差进行了理论上的分析和探讨，提出了准三维法的并行仿真架构。再者，求解过程中采用有限差分法，推导了模型中抛物方程和边界条件方程的差分离散过程，获得了计算模型。基于DEM栅格数字地图，采用双线性插值法抽取不规则地形剖面，支持了复杂地形上的电磁传播仿真。最后，通过仿真案例，验证了准三维法仿真的三维效果和并行效率，总结比较了三维抛物方程法和准三维法的计算效率和精度，并借助商业电磁仿真软件Wireless Insite验证了准三维法的传播损耗仿真精度。

基于抛物方程的电磁环境三维仿真及并行算法研究

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