一种快速计算电磁波双线传播衰减的计算装置

本实用新型涉及电磁波双线传播衰减计算工具技术领域，具体涉及一种快速计算电磁波双线传播衰减的计算装置。

背景技术：

电子战飞机空中战勤人员在执行侦察或干扰任务时，需要快速准确的掌握战场电磁态势和目标辐射源信息，其中，目标辐射源的发射功率是重要的信息数据，是反映辐射源目标类型、状态的重要指标，是战勤人员调整接收机灵敏度、动态范围的基本数据，是制定侦察和干扰方案不可缺少的重要信息。根据信号链路传输理论，可以通过信号的接收功率、信号在链路中的衰减计算信号的发射功率，其中信号的接收功率可以直接测得，而信号在链路传输中的衰减需要根据公式进行计算，但是过程复杂，耗费时间，减低了工作效率，与战勤人员执行任务的实时性、紧迫性要求不相符合。

电磁波在空间的传播主要考虑视距(自由空间)传播和双线传播两种情况，视距传播的计算工具已经研制成功。而当电磁波的发射天线和接收天线靠近一个主要的反射表面(如地面或水面)，这时就需要考虑双线传播模型，而决定使用双线传播模型还是视距传播模型具体取决于天线高度与发射频率，需要计算菲涅耳区的距离，菲涅耳区距离就是相位抵消比扩散损耗更明显时某位置与发射机之间的距离。

根据信号链路传输理论，电磁波信号在空间中传播的衰减可以通过建立相应的数学模型在计算机中进行计算，电子战任务系统计算机中安装了具备这种功能的软件。

但是电子战环境本质上是动态的，信号环境呈现快速和剧烈的变化，对于计算的时效性要求较高，需要对当前待处理信号的功率进行快速的计算，而通过人工输入信号的参数到计算机中进行衰减值的计算需要一定的时间，不满足时效性要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种快速计算电磁波双线传播衰减的计算装置，帮助战勤人员节省计算时间，快速计算出选用哪种模型计算信号传播的衰减以及经过双线传播后信号的发射功率，极大提高效率，军事效益显著。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种快速计算电磁波双线传播衰减的计算装置，包括菲涅耳区计算工具和双线传播衰减计算工具；

所述菲涅耳区计算工具包括第一底板，所述第一底板的上沿设置第一标识板，所述第一底板的下沿设置第二标识板，所述第一标识板和第二标识板之间为第一抽拉槽，所述第一抽拉槽内设置第一抽拉板，所述第一标识板和第二标识板的两端设置第一上板，其中一个第一上板的上表面设置第一标识物，所述第一标识板上设置第一发射天线高度刻度，所述第一抽拉板上沿设置第一接收天线高度刻度，所述第一抽拉板下沿设置菲涅耳区刻度，所述第二标识板上设置频率刻度；

所述双线传播衰减计算工具包括第二底板，所述第二底板的上沿设置第三标识板，所述第二底板的下沿设置第四标识板，所述第三标识板和第四标识板之间为第二抽拉槽，所述第二抽拉槽内设置第二抽拉板，所述第三标识板和第四标识板的两端设置第二上板，其中一个第二上板的上表面设置第二标识物，所述第三标识板上设置链路距离刻度，所述第二抽拉板上沿设置第二发射天线高度刻度，所述第二抽拉板下沿设置双线传播衰减刻度，所述第四标识板上设置第二接收天线高度刻度。

进一步的，所述第一底板上对应第一抽拉板设置第一导向槽，所述第一抽拉板上对应第一导向槽设置第一导向条，所述第二底板上对应第二抽拉板设置第二导向槽，所述第二抽拉板上对应第二导向槽设置第二导向条。

进一步的，所述第一标识板上贯通设置若干个第一螺纹孔，所述第一螺纹孔的下端与第一抽拉板接触，所述第一螺纹孔内设置第一压紧螺栓，所述第一压紧螺栓上端设置第一转盘，所述第一转盘上设置防滑纹。

进一步的，所述第三标识板上贯通设置若干个第二螺纹孔，所述第二螺纹孔的下端与第二抽拉板接触，所述第二螺纹孔内设置第二压紧螺栓，所述第二压紧螺栓上端设置第二转盘，所述第二转盘上设置防滑纹。

进一步的，所述第一底板上设置第一限位沟槽，所述第一限位沟槽的轴线与第一导向槽的轴线平行，所述第一抽拉板上对应第一限位沟槽设置第一限位块，所述第一限位块的端部伸出第一限位沟槽并设置第一挡块。

进一步的，所述第二底板上设置第二限位沟槽，所述第二限位沟槽的轴线与第二导向槽的轴线平行，所述第二抽拉板上对应第二限位沟槽设置第二限位块，所述第二限位块的端部伸出第二限位沟槽并设置第二挡块。

进一步的，所述第一标识板和第二标识板的两端伸出第一底板，所述第一上板通过螺栓连接固定在第一标识板和第二标识板上，所述第一抽拉板的长度大于所述第一底板的长度。

进一步的，所述第一抽拉板两端的下表面设置第一防滑槽。

进一步的，所述第三标识板和第四标识板的两端伸出第二底板，所述第二上板通过螺栓连接固定在第三标识板和第四标识板上，所述第二抽拉板的长度大于所述第二底板的长度。

进一步的，所述第二抽拉板两端的下表面设置第二防滑槽。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

考虑实际使用环境中的信号频率和有意义的传播距离，以此确定参数范围，将计算信号衰减的各参数以刻度的形式体现在计算尺上，可以通过移动计算尺快速对准相应的参数刻度，从而直接读出信号的衰减值，可大大节约计算时间，时效性显著。

附图说明

图1为本实用新型菲涅耳区计算尺的正面图；

图2为本实用新型菲涅耳区计算尺的截面图；

图3为本实用新型菲涅耳区计算尺的背面图；

图4为本实用新型双线传播衰减计算尺的正面图；

图5为本实用新型双线传播衰减计算尺的截面图；

图6为本实用新型双线传播衰减计算尺的背面图；

图7为本实用新型菲涅耳区计算尺的刻度平面图；

图8为本实用新型双线传播衰减计算尺的刻度平面图；

图9为本实用新型电磁波直射波和发射波传播路径图；

图10为本实用新型天线高度与刻度真实长度的关系图；

图11为本实用新型链路距离值与刻度距离的关系图。

1、第一上板；2、第一标识物；3、第一标识板；4、第一导向槽；5、第一限位沟槽；6、第一转盘；7、第一压紧螺栓；8、第一螺纹孔；9、第一抽拉板；10、第一防滑槽；11、第二标识板；12、第一底板；13、第一导向条；14、第一限位块；15、第一挡块；16、第二上板；17、第二标识物；18、第三标识板；19、第二导向槽；20、第二限位沟槽；21、第二转盘；22、第二压紧螺栓；23、第二螺纹孔；24、第二抽拉板；25、第四标识板；26、第二底板；27、第二导向条；28、第二限位块；29、第二挡块；30、第二防滑槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图1-11，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1-11所示：一种快速计算电磁波双线传播衰减的计算装置，包括菲涅耳区计算工具和双线传播衰减计算工具；

所述菲涅耳区计算工具包括第一底板12，所述第一底板12的上沿设置第一标识板3，所述第一底板12的下沿设置第二标识板11，所述第一标识板3和第二标识板11之间为第一抽拉槽，所述第一抽拉槽内设置第一抽拉板9，所述第一标识板3和第二标识板11的两端设置第一上板1，其中一个第一上板1的上表面设置第一标识物2，所述第一标识板3上设置第一发射天线高度刻度，所述第一抽拉板9上沿设置第一接收天线高度刻度，所述第一抽拉板9下沿设置菲涅耳区刻度，所述第二标识板11上设置频率刻度；

所述双线传播衰减计算工具包括第二底板26，所述第二底板26的上沿设置第三标识板18，所述第二底板26的下沿设置第四标识板25，所述第三标识板18和第四标识板25之间为第二抽拉槽，所述第二抽拉槽内设置第二抽拉板24，所述第三标识板18和第四标识板25的两端设置第二上板16，其中一个第二上板16的上表面设置第二标识物17，所述第三标识板18上设置链路距离刻度，所述第二抽拉板24上沿设置第二发射天线高度刻度，所述第二抽拉板24下沿设置双线传播衰减刻度，所述第四标识板25上设置第二接收天线高度刻度。

具体而言，该计算尺包括两个单独的计算尺，包括菲涅耳区计算工具和双线传播衰减计算工具，两个计算工具结构相同，但是标识板上的刻度以及刻度所代表的的含义不同。底板上的标识板将抽拉板挤在中间，抽拉板实现左右拉动，从而调整刻度实现计算。上板用于将两个标识板连接在一起，同时通过标识物显示刻度的含义。刻度的具体含义在图7和图8中显示。

在本实用新型的一个实施例中，如图1-8所示，

所述第一底板12上对应第一抽拉板9设置第一导向槽4，所述第一抽拉板9上对应第一导向槽4设置第一导向条13，所述第二底板26上对应第二抽拉板24设置第二导向槽19，所述第二抽拉板24上对应第二导向槽19设置第二导向条27。导向槽对抽拉板实现导向。

根据本实用新型的一个实施例，如图1-8所示，

所述第一标识板3上贯通设置若干个第一螺纹孔8，所述第一螺纹孔8的下端与第一抽拉板9接触，所述第一螺纹孔8内设置第一压紧螺栓7，所述第一压紧螺栓7上端设置第一转盘6，所述第一转盘6上设置防滑纹。

所述第三标识板18上贯通设置若干个第二螺纹孔23，所述第二螺纹孔23的下端与第二抽拉板24接触，所述第二螺纹孔23内设置第二压紧螺栓22，所述第二压紧螺栓22上端设置第二转盘21，所述第二转盘21上设置防滑纹。

压紧螺栓主要是对抽拉板实现固定，在具体计算时，抽拉板拉动到某一位置，为了避免抽拉板意外滑走，可以通过拧动压紧螺栓从而对抽拉板挤压，实现暂时的固定。

根据本实用新型的一个实施例，如图1-8所示，

所述第一底板12上设置第一限位沟槽5，所述第一限位沟槽5的轴线与第一导向槽4的轴线平行，所述第一抽拉板9上对应第一限位沟槽5设置第一限位块14，所述第一限位块14的端部伸出第一限位沟槽5并设置第一挡块15。

所述第二底板26上设置第二限位沟槽20，所述第二限位沟槽20的轴线与第二导向槽19的轴线平行，所述第二抽拉板24上对应第二限位沟槽20设置第二限位块28，所述第二限位块28的端部伸出第二限位沟槽20并设置第二挡块29。

该限位沟槽通过与限位块的配合，对抽拉板的移动位置实现限位，避免抽拉板从底板上抽出。同时限位块上设置有挡块，限位块的长度为底板的厚度，这样抽拉板通过挡块的固定可以紧密贴合在底板上，避免出现晃动。限位块和挡块可以通过螺栓结构来实现。

在本实用新型的一个实施例中，如图1-8所示，

所述第一标识板3和第二标识板11的两端伸出第一底板12，所述第一上板1通过螺栓连接固定在第一标识板3和第二标识板11上，所述第一抽拉板9的长度大于所述第一底板12的长度。所述第一抽拉板9两端的下表面设置第一防滑槽10。

所述第三标识板18和第四标识板25的两端伸出第二底板26，所述第二上板16通过螺栓连接固定在第三标识板18和第四标识板25上，所述第二抽拉板24的长度大于所述第二底板26的长度。所述第二抽拉板24两端的下表面设置第二防滑槽30。

抽拉板需要在底板上能够左右移动，因此抽拉板的长度要大于底板的长度，这样用手才可以碰到抽拉板进行操作。且抽拉板端部的防滑槽即掏出一个槽体，使得抽拉板端部有突出，方便施加拉力。

对于计算尺设计时，首先建立菲涅耳区计算模型，

菲涅耳区距离的计算可由下列公式实现：

fz＝4πhthr/λ

式中：fz——菲涅耳区距离，单位m

ht——发射天线高度，单位m

hr——接收天线高度，单位m

λ——波长，单位m

其次建立电磁波双线传播衰减的计算模型，

双线传播最主要的损耗在于直达波与地面或水面发射的信号之间的相位抵消，衰减量取决于链路距离以及发射和接收天线距离地面或水面的高度。传播路径如图9。

双线传播损耗的计算公式为：

l＝120+40log(d)-20log(ht)-20log(hr)

式中：d——链路距离，单位km

ht——发射天线高度，单位m

hr——接收天线高度，单位m

l——链路损耗

设计计算工具结构

根据菲涅耳区和双线传播衰减的计算公式，将要研制的计算工具应当设计为多层联动式结构，包括几个主要计算参数的刻度值，并且可以通过移动相应的刻度实现参数的变化以完成对不同参数的计算。计算工具应该包括必须的几个主体部分：

菲涅耳区计算工具

发射天线高度刻度尺，高度范围考虑实际情况中发射天线的高度范围，以m为单位，设计为0～5000米，刻度值之间呈现对数变化规律，刻度值为从小到大进行排列。

接收天线高度刻度尺，高度范围考虑实际情况中接收天线的高度范围，以m为单位，设计为0～5000米，刻度值之间呈现对数变化规律，刻度值为从大到小进行排列。

频率刻度尺，频率范围应覆盖目前雷达和通信信号频率的主要频段以及可能产生双线传播的频段范围，刻度值之间呈现对数变化规律，设计为10mhz～5000mhz，刻度值为从大到小进行排列。

菲涅耳区刻度尺，以km为单位，考虑实际可能的距离范围，设计为100米～1000千米，刻度值之间呈现对数变化规律，刻度值为从大到小进行排列。

菲涅耳区计算工具整体平面图如图7所示，其中发射天线高度尺和频率刻度尺为固定结构，接收天线高度尺和菲涅耳区刻度尺为联动式结构，可根据计算的需要进行左右移动。

双线传播衰减计算工具

链路距离刻度尺，以km为单位，考虑实际可能的距离范围，设计为1千米～1000千米，刻度值之间呈现对数变化规律，刻度值为从小到到进行排列。

发射天线高度刻度尺，高度范围考虑实际情况中发射天线的高度范围，以m为单位，设计为0～5000米，刻度值之间呈现对数变化规律，刻度值为从小到大进行排列。

接收天线高度刻度尺，高度范围考虑实际情况中接收天线的高度范围，以m为单位，设计为0～5000米，刻度值之间呈现对数变化规律，刻度值为从小到大进行排列。

双线传播衰减值刻度尺，考虑有实际意义的衰减数值范围，设计为10db～180db，刻度值之间呈现线性变化规律，刻度值为从小到大进行排列。

双线传播衰减计算尺整体平面图如图8所示。其中链路距离刻度尺和接收天线高度刻度尺为固定结构；发射天线高度尺和双线传播衰减刻度尺为联动式结构，可根据计算的需要进行左右移动。

发射天线高度、接收天线高度量程范围和测量精度的确定

发射天线高度、接收天线高度测量范围和精度的选择主要考虑以下的因素，包括实际战场环境中天线高度的测量需求、基于便携性的尺寸要求以及工程实现需求。

在天线高度范围的选择上，考虑实际天线高度的需求选定1米～5000米为计算尺的天线高度测量范围，此天线高度范围基本覆盖了战场中发射天线高度和接收天线高度的实际需求。

精度的确定是计算尺设计中的难点，测量精度在计算尺的设计上体现为具体刻度值的选择，根据菲涅耳区和双线传播衰减计算公式，信号双线传播的衰减值与接收天线高度、发射天线高度、链路距离的常用对数是线性关系，所以发射天线高度、接收天线高度的刻度间隔均为不等值不连续刻度，要将频率的数值与计算尺上刻度的真实距离进行换算，从而进行下一步的加工制作。

基于工程实现和便携性的考虑，选定链路距离刻度尺1千米～10千米的长度为5cm做为刻度尺制作的基准长度，计算尺上所有其他参数的刻度值的实际位置都以这个基准进行计算，在此条件下，结合衰减值计算公式，可以推导出以下确定接收天线高度和发射天线高度刻度尺刻度距离的公式：

d＝5log2h/log2100

其中：

h为天线高度(显示数值)，单位为米；

d为某一高度值h所对应的刻度在刻度尺上与“0点”(1米刻度)之间的真实距离，单位为cm。

相邻的两个刻度之间的实际距离:

δd＝d2-d1＝5log2h2/log2100-5log2h1/log2100

d2和d1为相邻的两个刻度的实际距离，h2和h1为相邻的两个天线高度数值。

根据以上的两个公式，就可以对发射天线高度和接收天线高度刻度尺上所有的刻度的位置进行确定，具体的刻度计算结果见附表1，刻度距离随频率的变化关系见图10。

链路距离量程范围和测量精度的确定

同样，链路距离量程范围的选取主要考虑的因素与天线高度的考虑因素相同。链路距离的测量范围根据实际需要选定为1千米～1000千米，能够满足电子战飞机作战时实际飞机与辐射源之间的距离要求，距离刻度与实际在计算尺上长度的换算与频率的换算方法是一致，距离与衰减的关系和天线高度与衰减的关系也是一致的，为了能够缩短计算尺的长度尺寸，同时兼顾刻度值与真实距离值之间的对数关系，距离越大，刻度之间的间隔越紧密。根据已经确定的的基准长度(链路距离刻度尺1千米～10千米的长度为5cm做为刻度尺制作的基准长度)，确定链路距离刻度尺刻度距离的公式：

d＝5log2s/log210

s为链路距离，单位为km；

d为某一距离值s所对应的刻度在刻度尺上与“0点”(1千米)之间的真实距离，单位为cm。

相邻的两个刻度之间的实际距离:

δd＝d2-d1＝5log2s2/log210-5log2s1/log210

根据以上的两个公式，就可以对链路距离刻度尺上所有的刻度的位置进行确定，具体的刻度计算结果见附表2。

衰减值范围和刻度值的确定

根据衰减值计算公式，衰减值与频率和链路距离的常用对数是线性关系，因为频率和距离刻度尺都采用对数变化的刻度，所以衰减刻度尺上的刻度值是均匀线性变化的，选择链路距离刻度的基准长度是1千米～1000千米为5cm，在此条件下，可以方便的计算出衰减刻度尺上的每一个刻度的数值，具体的数值见附表3。

菲涅耳区计算尺发射天线高度、接收天线高度范围和刻度值的确定

菲涅耳区计算尺的天线高度与菲涅耳区距离是线性关系，为使整套计算工具的单位和计算方法统一，菲涅耳区计算尺的发射天线和接收天线高度尺与双线传播衰减计算尺相同，也采用线性规律进行设置，所以菲涅耳区计算的接收天线高度和发射天线高度的量程和刻度与双线传播计算尺完全相同。区别在于菲涅耳区计算尺中接收天线的高度为数值从大到小进行排列。具体数值见附表4

菲涅耳区计算尺频率刻度和菲涅耳区刻度的确定

因为发射天线和接收天线采用了对数规律，根据计算公式，菲涅耳区距离和频率数值也应为对数规律变化。具体数值根据计算公式进行确定，见附表5和附表6。

附表1

附表2

附表3

附表4

附表5

附表6

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。