本书介绍了无线电各类业务的电波传播特性计算方法、模型验证及本地化方法,主要包括地面固定业务、地面及海上移动业务、航空移动业务、地空卫星通信业务、超视距散射通信业务、对流层大气波导电波传播特性计算方法等;相关模型计算采用电磁严格理论计算与推荐模型相结合的方法,保证了模型计算结果的可信性,具有较强的理论指导与实践意义。
本书具有较强的创新性和实用性,可作为高等院校通信系统无线电电波传播、无线信道仿真等专业研究生的基础教材, 也可供从事电子装备注入式仿真及辐射式仿真等研究的专业工程技术人员参阅。
目前,电波传播特性模拟计算技术在相关电子信息及其对抗系统的纯数学仿真、半实物仿真及辐射式仿真试验中具有广泛的应用,无线电波在传播过程中的电磁特性模拟是否接近真实空间效应,直接决定了仿真结果的可信性。本书的特点主要体现在:一是所提供的计算方法业务分类科学、模型覆盖全面、工程应用便捷;二是在业界所关心的模型计算可信度方面,采用科学的建模与分析验证方法,如对于复杂地形地物及异常传播现象采用基于电磁严格理论计算的方法,对于推荐模型采用模型本地化方法。
本书基于当下通用电波传播计算理论、国际电联推荐传播预测模型、国内外前人研究基础及项目组的实际测试数据分析建模,提供了1.5 MHz~300 GHz频段内地面固定业务、地面及海上移动业务、航空移动业务、地空卫星通信业务、对流层散射业务、电离层散射业务及对流层大气波导等电波传播模式下的传播特性计算方法,对相应模式下的电波传播衰落预测提供了指导并进行了实例分析,给出了统计模型验证及本地化的处理方法,最后对应用较多的场景进行了仿真,对高原及平原传播差异性进行了梳理并以实测验证。本书是根据作者所在研究团队多年的工作积淀和研究成果而编写的,在编写过程中力求科学性、易读性及实用性。书中内容适用于通信系统无线电子信息系统装备研制论证、无线电台站规划设置、电磁干扰分析、电磁频谱管理、电磁兼容性分析等领域,能够为电波传播环境的定量化描述提供重要的技术解决手段,具有较大的工程应用价值。
全书共11章,第1~7章由汤云革、周食耒编写,第8、9章由王满喜、汤云革、张涛涛编写,第10、11章由汤云革、王满喜、周食耒编写。汤云革负责全书的内容结构设计,确定研究方向,并负责全书统稿。
另外,杨志飞、董树理、黎力、荣辉、杨来涛、刘旭光、李盈达、钱志升等同志参与了本书的编排、校对及绘图等工作,在此表示感谢;对有关参考文献的作者也一并致谢。 在本书编写过程中,得到了西安电子科技大学郭立新教授、刘忠民副教授、关晓伟博士以及武汉大学陈罡教授的技术支持,在此谨致谢意。
由于编者水平有限,书中不足之处在所难免,敬请读者批评指正。
第1章 绪 论 (1)
1.1 电波传播空间 (1)
1.2 电波传播特性 (2)
1.2.1 衰减特性 (2)
1.2.2 衰落特性 (3)
1.2.3 时延域 (6)
1.2.4 多普勒域 (7)
1.3 无线电电波传播业务 (10)
1.3.1 地面固定业务 (10)
1.3.2 地面移动业务 (10)
1.3.3 航空移动业务 (11)
1.3.4 地空卫星通信业务 (11)
1.3.5 散射通信业务 (11)
1.4 电波传播特性预测建模方法 (11)
1.4.1 经验预测方法 (11)
1.4.2 确定性预测方法 (12)
1.4.3 半经验半确定性预测方法 (12)
1.5 电波传播特性模拟计算的主要应用场景 (12)
1.5.1 纯数学仿真试验 (13)
1.5.2 注入式仿真试验 (14)
1.5.3 辐射式仿真试验 (14)
1.6 商用传播计算软件 (15)
1.6.1 WinProp软件 (15)
1.6.2 Wireless InSite软件 (16)
第2章 电波传播主要环境因素计算方法 (18)
2.1 无线电气象环境因素计算方法 (18)
2.1.1 大气吸收损耗 (18)
2.1.2 降雨引起的衰减 (25)
2.1.3 降雪引起的衰减 (28)
2.1.4 云雾引起的衰减 (28)
2.1.5 沙尘引起的衰减 (29)
2.2 地形地物环境因素计算方法 (29)
2.2.1 规则典型形状绕射计算方法 (30)
2.2.2 植被影响计算方法 (33)
2.2.3 基于射线追踪法的复杂地形地物传播计算方法 (44)
第3章 地面固定业务电波传播特性计算方法 (54)
3.1 短波通信业务传播特性计算方法 (54)
3.1.1 地波传播 (54)
3.1.2 天波传播 (57)
3.1.3 天地波混合传播 (65)
3.2 超短波频段以上通信业务传播特性计算方法 (66)
3.2.1 地面视距(LOS)传播模型 (66)
3.2.2 地面非视距绕射传播模型 (68)
第4章 地面及海上移动业务电波传播特性计算方法 (69)
4.1 基于统计原理的建模方法 (69)
4.1.1 基于非标称发射天线高度值的场强预测方法 (70)
4.1.2 基于非标称距离值的场强预测方法 (72)
4.1.3 基于非标称频率值的场强预测方法 (72)
4.1.4 基于非标称时间百分比的场强预测方法 (73)
4.1.5 相关修正方法 (73)
4.2 基于地形剖面的确定性计算方法 (76)
4.2.1 构造路径剖面参数 (77)
4.2.2 传播要素预测模型计算方法 (79)
第5章 航空移动业务电波传播特性计算方法 (82)
5.1 航空移动通信业务及导航业务 (82)
5.1.1 基于收发天线高度的传输损耗插值计算方法 (82)
5.1.2 基于收发距离的插值传输损耗计算方法 (82)
5.1.3 基于频率的插值传输损耗计算方法 (83)
5.1.4 基于时间百分比的插值传输损耗计算方法 (83)
5.1.5 基于50%时间的传输损耗计算方法 (83)
5.2 空载平台和空间、地表之间的传播模型 (86)
5.2.1 空载平台和空间之间的衰减 (87)
5.2.2 空载平台和地表之间的衰减 (88)
第6章 地空卫星通信业务电波传播特性计算方法 (89)
6.1 地空传输损耗计算方法 (89)
6.2 地面固定业务预测方法 (90)
6.3 地面移动业务预测模型 (99)
6.4 海上移动业务预测模型 (101)
6.5 航空移动业务预测模型 (103)
第7章 超视距散射通信业务电波传播特性计算方法 (104)
7.1 对流层散射传播 (104)
7.1.1 散射传播理论 (104)
7.1.2 对流层散射传播预测方法 (106)
7.2 电离层散射传播 (109)
7.2.1 电离层散射传播机理 (109)
7.2.2 电离层散射传播预测建模方法 (110)
第8章 对流层大气波导电波传播特性计算方法 (114)
8.1 大气波导成因及类型 (114)
8.2 大气波导的条件参数描述 (117)
8.2.1 陷获角 (117)
8.2.2 陷获频率 (119)
8.3 基于2D抛物方程法的大气波导传播特性计算方法 (120)
8.3.1 通用抛物方程算法 (120)
8.3.2 求解WAPE的SSFT算法 (122)
8.3.3 抛物方程的初始场 (123)
8.3.4 抛物方程的边界条件 (124)
8.3.5 求解WAPE的DMFT算法 (125)
8.3.6 WAPE模型处理大气波导的方法 (129)
8.3.7 基于2D抛物方程的对流层电波传播特性预测模型应用仿真 (130)
8.4 基于3D抛物方程法的大气波导传播特性计算方法 (135)
8.4.1 3D地面和海面的生成 (135)
8.4.2 大气3D参数化模型的建立 (136)
8.4.3 3D抛物方程电波传播模型的建立 (137)
8.4.4 初始场的设置 (140)
8.4.5 吸收边界的设置 (141)
8.4.6 阻抗边界条件 (142)
8.4.7 3D抛物方程电波传播模型的加速及预测仿真计算 (143)
第9章 电波传播衰落预测方法 (148)
9.1 衰落信道类型 (148)
9.1.1 大尺度衰落 (148)
9.1.2 小尺度衰落 (149)
9.2 典型信道的衰落分布 (150)
9.2.1 瑞利分布 (150)
9.2.2 莱斯分布 (151)
9.2.3 Nakagamim分布 (151)
9.3 典型衰落信道仿真模型 (152)
9.3.1 Clarke统计模型 (152)
9.3.2 抽头时延线模型 (152)
9.3.3 Jakes仿真模型 (153)
9.3.4 Pop&Beaulieu仿真模型 (153)
9.3.5 Zheng&Xiao仿真模型 (154)
9.3.6 Xiao、Zheng&Beaulieu仿真模型 (154)
9.4 超短波电波传播衰落仿真模型 (156)
9.4.1 超短波电波传播衰落仿真模型需求分析 (156)
9.4.2 超短波信道衰落仿真模型 (158)
9.5 衰落模型对仿真测试结果影响的测试及修正和使用方法 (161)
9.5.1 衰落模型对仿真测试结果影响的测试 (161)
9.5.2 不同的衰落模型参数对应的输出信号幅度概率密度函数图 (163)
第10章 模型验证及本地化方法 (165)
10.1 基于现场的传播模型可信验证测量系统 (165)
10.2 拉格朗日插值处理方法 (166)
10.3 最小二乘线性拟合处理方法 (168)
10.4 区域典型传播因素本地化处理方法 (169)
第11章 电波传播特性计算应用及仿真分析 (172)
11.1 地面业务典型影响因素仿真分析 (172)
11.1.1 地面电气特性对模型的影响 (172)
11.1.2 地面起伏度对电波传播的影响 (173)
11.1.3 气象因子的选取对传播模型的影响 (175)
11.2 高原场景下的电波传播特性计算方法 (178)
11.2.1 对流层电气特性对高原电波传播影响机理 (178)
11.2.2 地面覆盖物对超短波电波传播影响机理 (180)
11.2.3 地面对超短波电波传播影响机理 (180)
11.2.4 高原环境条件下的电波传播预测及验证 (181)
参考文献 (183)