一种高精度预测ASF的窄带离散分布抛物方程方法与流程

技术特征：

1.一种高精度预测ASF的窄带离散分布抛物方程方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：对实测罗兰-C时域电流时域信号i(t)进行采样，采样后得到信号i(n)，其中，n＝0,1,2,…,N_t，将采样后的信号作离散傅里叶变换，分解为多个频率电流分量I(m)，其中，m＝0,1,2,…,N_f；

步骤2：当m＝0时，利用平地面公式计算频率f(m)对应的电流分量I(m)在近区即区域I(ρ≤ρ₀)产生的磁场分布

步骤3：以步骤2计算的近区最大处即近远区边界ρ＝ρ₀处的磁场作为远区即区域II(ρ≥ρ₀)的激励源，用非均匀网格剖分的离散分布抛物方程方法用于求解远区的磁场分布

步骤4：通过步骤2和步骤3可得到频率为f(m)的电流分量I(m)在地面接收点辐射的磁场强度；更新步骤2和步骤3中的m，对其赋值为m＝m+1，当f(m)≤f_max时，重复步骤2和步骤3即可求得罗兰-C带宽中每个频率处电流分量I(m)在地面接收点辐射的磁场强度

步骤5：基于滑动窗的思想，对步骤4中计算的磁场分布，采用离散傅里叶逆变换求解地表任意距离处接收到的时域罗兰-C信号和滑动时间t_window(ρ)，并提取ASF(ρ)分布。

2.根据权利要求1所述的一种高精度预测ASF的窄带离散分布抛物方程方法，其特征在于，所述步骤1中得到电流分量I(m)具体为：

对采样后的信号i(n)作离散傅里叶变换，公式为：

$I\left(m\right)=\underset{n=0}{\overset{N_t}{\mathrm{\Σ}}}i\left(n\right)\exp \[-j2\mathrm{\π}(f_{\min }+m\mathrm{\Δ}f)\left(n\mathrm{\Δ}t\right)\]\mathrm{\Δ}t---\left(1\right)$

其中，N_t和Δt分别为离散时域电流信号的样本长度和采样步长，N_f和Δf分别为离散频域电流信号的样本长度和采样步长，记I_max为I(m)的最大值，f_max和f_min为频率上下边界且均对应于0.1I_max处的频率，为了简便，记f(m)＝f_min+mΔf，且有f(m)≤f_max。

3.根据权利要求1所述的一种高精度预测ASF的窄带离散分布抛物方程方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

设时谐因子为e^jωt，采用二维柱坐标系(ρ,z)，其中ρ和z分别表示为距离和高度坐标，根据实际发射天线尺寸，通过测量得到垂直电偶极子的电荷间距dl，放置在距离地面高度为d的位置，利用平地面公式计算近区即ρ≤ρ₀频率为f(m)的电流分量所产生的辐射地波磁场采用如下公式计算：

其中，ρ₀为近区与远区的分界处，k₀和k₁分别对应频率为f(m)真空和地面的波数，r₁表示从源点到观测点的直线距离，r₀表示从源的镜像点到观测点的直线距离，P为中间参量为：

$P=\frac{k_0^3{r}_0}{2k_1^2}{\left(\frac{k_0{r}_0+k_1(z+d)}{k_0\mathrm{\ρ}}\right)}^2$

F(z)是Fresnel积分，其定义为：

$F\left(z\right)=\underset{z}{\overset{\mathrm{\∞}}{\∫}}\frac{e^{-jt}}{\sqrt{2\mathrm{\π}t}}dt---\left(3\right).$

4.根据权利要求1所述的一种高精度预测ASF的窄带离散分布抛物方程方法，其特征在于，所述步骤3中用非均匀网格剖分的离散分布抛物方程方法用于求解远区的磁场分布具体为：

首先将近远场边界处的磁场作为远区的激励源，即

定义沿ρ轴正方向传播的波函数为：

离散分布抛物方程方法的求解过程为步进迭代算法：

其中，和为离散混合傅里叶变换对，为大气折射率，Δρ为ρ方向的网格大小，对于实际的复杂地形，Δρ为非均匀网格，在均匀平地面Δρ为大网格，在起伏地形处，Δρ取小网格；

由步骤2计算可得到频率为f(m)的电流分量在近远区边界产生的磁场将其代入式(4)和(5)中求得u(m,ρ₀,z)，通过式(6)求出每一步进处的u(m,ρ,z)，从而进一步确定该频率成分电流分量在远区辐射的磁场

5.根据权利要求1所述的一种高精度预测ASF的窄带离散分布抛物方程方法，其特征在于，所述步骤4具体为：

步骤2和步骤3可得到频率为f(m)的电流分量I(m)在整个计算区域产生的磁场强度包含区域I和区域II产生的磁场和为了求解地面ASF分布，提取地面接收点z_x＝T(x)辐射的磁场强度其中T(x)是地形高度；

更新步骤2和步骤3中的m，对其赋值为m＝m+1，当f(m)≤f_max时，重复步骤2和步骤3求得罗兰-C带宽中每个频率处电流分量在地表面的磁场强度

6.根据权利要求1所述的一种高精度预测ASF的窄带离散分布抛物方程方法，其特征在于，所述步骤5具体为：

定义滑动窗IDFT：

$h\left(n\right)=\underset{m=0}{\overset{N_f}{\Σ}}H\left(m\right)\exp \[j2\mathrm{\π}(f_{\min }+m\mathrm{\Δ}f)(\stackrel{\‾}{n}\mathrm{\Δ}t+t_{window}(\mathrm{\ρ}\left)\right)\]\mathrm{\Δ}f---\left(7\right)$

其中，N_w是滑动窗的网格数且N_w＝4T/dt，T为载波周期，4T既表示罗兰-C信号的前四载波周期，也表示滑动窗的持续时间，t_window(ρ)表示每一距离窗口的滑动时间；

下面给出ASF(ρ)提取公式：

ASF(ρ)＝T_AT-T_AT0 (8)

其中

T_AT(ρ)＝t_window(ρ)+3T (9)

T_AT0(ρ)＝t_window0(ρ)+3T (10)

t_window(ρ)和t_window0(ρ)分别表示实际路径和良导体路径的滑动时间，T_AT(ρ)和T_AT0(ρ)分别表示实际路径和良导体路径的信号跟踪点的到达时刻；

结合式(8)、(9)和(10)求出地表的ASF(ρ)分布。

7.根据权利要求6所述的一种高精度预测ASF的窄带离散分布抛物方程方法，其特征在于，所述t_window(ρ)具体为：

地波的传播速度小于光速C，所以在应用滑动窗的时候，要随时监测相位跟踪点在窗中的位置N_s有没有发生变化，已知初始时刻相位跟踪点的位置为3N_w/4，开始窗口以光速滑动，每当窗口滑动一次，就需要对此刻相位跟踪点的位置N_s进行校对，当N_s等于3N_w/4，窗口不动且将ρ赋值为ρ+Δρ，否则，向后滑动N_s-3N_w/4个时间网格并且将ρ保持不变，校正后的t_window(ρ)可用公式表示为：

$t_{window}\left(\mathrm{\ρ}\right)=\frac{\mathrm{\ρ}}{C}-(N_s-\frac{3N_w}{4})\×\mathrm{\Δ}t---\left(11\right)$

通过步骤4已求出各个频率成分电流分量在地面产生的磁场的将代入式(7)中的H(m)中；结合式(11)，即可求出地表任意距离处接收到的t_window(ρ)。