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大型障碍物影响下航向信标敏感区的划设

系统工程与电子技术 2023年第2期45卷 360-372页

作者：倪育德于颖丽刘瑞华秦哲王凯中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300

国际民航组织给出了仪表着陆系统航向信标(localizer,LOC)敏感区划设建议,但没有考虑大型障碍物的影响,也没有提供相应理论说明。中国民航正在提升仪表着陆系统的运行等级,必须评估大型建筑物对该敏感区的影响。聚焦机载LOC接收信号的... 详细信息

国际民航组织给出了仪表着陆系统航向信标(localizer,LOC)敏感区划设建议,但没有考虑大型障碍物的影响,也没有提供相应理论说明。中国民航正在提升仪表着陆系统的运行等级,必须评估大型建筑物对该敏感区的影响。聚焦机载LOC接收信号的调制度差(difference in depth of modulation,DDM),分析研究大型障碍物产生的LOC反射信号、边缘绕射信号及尖顶绕射信号对DDM的影响,基于双频20单元LOC阵列天线建立DDM计算模型,仿真分析了铁质和水泥材质大型障碍物在不同位置时对DDM的影响,获得了大型障碍物影响下LOC敏感区,并为国内某条实施III类运行跑道附近的机库改造提供相应建议。

关键词：仪表着陆系统航向信标调制度差一致性几何绕射理论多径干扰

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城市环境电磁态势计算中的并行UTD方法

西安电子科技大学学报 2023年第3期50卷 171-181页

作者：王楠陈贵齐赵延安张玉西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710071 国家无线电检测中心陕西监测站陕西西安710200

复杂城市环境中的电磁态势预测是无线通信频谱利用、城市系统工程规划以及电磁兼容设计的基本问题,既有工程实用性价值,又具有理论探索价值。计算电磁学中的一致性几何绕射理论方法是分析电大环境电磁问题的有效方法,建立并行策略之后... 详细信息

复杂城市环境中的电磁态势预测是无线通信频谱利用、城市系统工程规划以及电磁兼容设计的基本问题,既有工程实用性价值,又具有理论探索价值。计算电磁学中的一致性几何绕射理论方法是分析电大环境电磁问题的有效方法,建立并行策略之后可有效地对城市环境中的电磁态势进行仿真计算和分析。引入了解析六面体模型,使用平面反射、边缘绕射以及与边缘绕射有关的二次绕射、反射-绕射等射线模型来描述电磁波在不可见区域中的传播情况,给出了二次边缘绕射的解析射线寻迹方法。给出计算实例,分别与矩量法计算结果和实际测量结果进行了对比,验证了所述方法的准确性和有效性。为缩短射线寻迹模块的计算时间,提升计算效率并进一步扩展可应用的工程问题计算规模,设计了一种可扩展性较好的并行计算策略,根据射线类型相似性分配计算任务以保证较好的并行计算量均衡。对并行效率和并行加速比进行了讨论,说明了此并行策略的扩展性;与实测结果的对比说明了并行一致性几何绕射理论方法的工程实用性。

关键词：一致性几何绕射理论并行计算边缘绕射二次绕射城市环境电磁态势

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基于一致性绕射理论的城市环境辐射建模

基于一致性绕射理论的城市环境辐射建模

作者：冯明东南大学

学位级别：硕士

一致性绕射理论（the Uniform Theory of Diffraction,UTD）与射线追踪（Ray Tracing）共同构成了无线通信系统电波传播的一种高精度建模方法。本文以镜像射线追踪为基础进行点对点的路径搜索,以几何光学和一致性几何绕射理论计算接收... 详细信息

一致性绕射理论（the Uniform Theory of Diffraction,UTD）与射线追踪（Ray Tracing）共同构成了无线通信系统电波传播的一种高精度建模方法。本文以镜像射线追踪为基础进行点对点的路径搜索,以几何光学和一致性几何绕射理论计算接收点场强,完成了城市环境下的电波传播分析和无线信道损耗计算,主要工作包括:1.详细推导了高频电磁场的射线光学表示和几何光学反射定律,建立了几何光学反射场的表达式,并详细介绍了几何绕射理论及一致性几何绕射理论。着重介绍了镜像法并将其扩展,使其能够进行边缘绕射射线的寻迹,验证了射线寻迹和场强计算的准确性。2.深入研究了射线追踪的空间体积划分（Space Volumetric Partitioning,SVP）加速方法,并用八叉树数据结构优化空间体积划分,本文采用自下而上的方法实现了射线追踪中八叉树邻域节点的查找。3.实现了基于镜像源树的反向射线追踪算法,并从图形学和电磁学的角度设计了背面剔除、遮挡判断和反射可视区域、绕射可视区域等镜像源树的优化方法,设计了多次反射、含有绕射和含有地面反射的路径查找的计算方法。4.为了验证本文实现的电波传播模型的正确性,以典型城市环境为例,分别与FEKO和实测数据进行对比,考虑到环境的随机性,得到的结果吻合度较好,可以为城市环境的电波传播预测和网络规划提供依据。

关键词：一致性几何绕射理论镜像法空间体积划分镜像源树电波传播

障碍物和地形对仪表着陆系统辐射场的影响研究

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障碍物和地形对仪表着陆系统辐射场的影响研究

作者：于颖丽中国民航大学

学位级别：硕士

作为目前民用航空应用最广泛的精密进近着陆系统,仪表着陆系统(Instrument Landing System,ILS)的辐射场极易受环境影响,故国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)、中国民用航空局(Civil Aviation Administration of China,CAAC)等均规定ILS航向信标(Localizer,LOC)与下滑信标(Glide Slope,GS)周围应划设保护区,并对保护区内的场地给出了严格规定,但没有提供相应理论说明。中国民航正在加强机场空地资源匹配及优化机场设计,因此找出划设ILS保护区的理论依据,对于平衡飞机着陆安全与机场规划具有重要指导意义。本文详细介绍了ICAO、CAAC等国内外组织有关ILS保护区的相应标准,并对LOC与GS辐射场的形成机理以及调制度差(Difference in Depth of Modulation,DDM)的计算进行了全面阐述,建立了涉及ILS信号的数学模型,并分析机场跑道周围障碍物及地形对ILS辐射场的影响,进而找出国内外相应标准对ILS保护区划设范围及相关场地要求的理论依据。本文主要工作如下:(1)利用一致性几何绕射理论(Uniform Geometrical Theory of Diffraction,UTD)研究了大型障碍物对LOC辐射场的影响。利用UTD理论研究了大型障碍物产生的LOC反射信号、边缘绕射信号及尖顶绕射信号对DDM的影响,基于双频20单元LOC阵列天线建立DDM计算模型,仿真分析了铁质和水泥材质大型障碍物在不同位置时对DDM的影响,获得了大型障碍物影响下的LOC敏感区,为国内某条实施III类运行跑道附近的机库规划保护区,并与专业软件ATOLL的仿真结果及ICAO划设的LOC保护区进行对比。仿真实验表明,反射能力强的铁质障碍物所需保护区大于反射能力较弱的水泥障碍物的保护区,基于UTD理论得到的大型障碍物影响下的LOC敏感区与ATOLL软件的仿真结果基本一致,均略大于ICAO为特大型飞机划设的敏感区,研究成果可以为机场规划LOC保护区提供支撑。(2)基于惠更斯-菲涅尔原理探究了菲涅尔区与GS保护区的联系。基于M阵列GS天线建立菲涅尔区椭圆模型,计算不同飞机位置下GS菲涅尔区的大小与位置,仿真分析了该模型求解的菲涅尔区与美国联邦航空局(Federal Aviation Administration,FAA)所设菲涅尔区的关系,并将获得的菲涅尔区与ICAO推荐的GS保护区进行比较。仿真实验表明,利用椭圆模型计算的菲涅尔区与FAA所设立的菲涅尔区以及M阵列GS保护区近似相同,可将椭圆模型菲涅尔区作为GS保护区划设的最重要依据。(3)利用阵列天线理论建立GS保护区内的地形模型并研究其对GS辐射场的影响。基于阵列天线理论,分别建立在杂草、横向坡度和地形凹凸影响下,M阵列GS辐射场及DDM的计算模型,仿真分析了三个因素影响下GS辐射场的性能,并与专业软件LAGON的仿真结果进行比对。结果表明,建模仿真的结果与相应标准的规定,以及LAGON的仿真结果具有良好的吻合度。由此证明阵列天线理论及所建算法模型的正确性,研究成果可以为相应标准中GS保护区内地形的相应要求提供理论依据。

关键词：仪表着陆系统调制度差一致性几何绕射理论菲涅尔区阵列天线

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机载相控阵天线绕射场分析

电波科学学报 2008年第5期23卷 927-931,964页

作者：高军曹祥玉空军工程大学电讯工程学院陕西西安710077

采用一致性几何绕射理论分析了某型航空飞行器机体对其上安装的阵列天线辐射方向图的影响。给出了机体散射场分析数学模型建立的原则和天线装机后总场计算方法,详细推导了阴影区曲面绕射场的计算公式,分析了载机对天线辐射方向图的影响... 详细信息

采用一致性几何绕射理论分析了某型航空飞行器机体对其上安装的阵列天线辐射方向图的影响。给出了机体散射场分析数学模型建立的原则和天线装机后总场计算方法,详细推导了阴影区曲面绕射场的计算公式,分析了载机对天线辐射方向图的影响。以相控阵天线为例,计算在机体上不同安装位置,天线不同扫描角情况下的天线辐射方向图,为大型阵列天线在载机上的优化布局提供参考。

关键词：相控阵天线一致性几何绕射理论曲面绕射场辐射方向图航空飞行器

用MoM-UTD混合方法求解电大导体上天线间的隔离度

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西安电子科技大学学报 2005年第6期32卷 861-864页

作者：刘子梁张玉梁昌洪西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室陕西西安710071

电大系统影响下的天线间的隔离度单纯由矩量法(MoM)很难解决,一致性几何绕射理论(UTD)虽是高频方法,但其精度不够.将MoM和UTD相结合,并结合互易定理,有效解决了电大物体的问题,计算了电大导体圆柱面影响下的线天线间的隔离度问题,给出... 详细信息

电大系统影响下的天线间的隔离度单纯由矩量法(MoM)很难解决,一致性几何绕射理论(UTD)虽是高频方法,但其精度不够.将MoM和UTD相结合,并结合互易定理,有效解决了电大物体的问题,计算了电大导体圆柱面影响下的线天线间的隔离度问题,给出了用单纯MoM难以得到的频率较高的扫频结果.

关键词：矩量法一致性几何绕射理论隔离度线天线电大物体

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机载脊喇叭天线辐射特性分析

电子科技大学学报 2006年第3期35卷 331-334页

作者：邓素芬杨显清西南电磁兼容监督检测中心成都610092 电子科技大学电子工程学院成都610054

基于一致性几何绕射理论分析飞机机体结构对安装在机背上的双脊喇叭天线辐射特性的影响,分析了机载双脊喇叭天线各辐射场分量的计算方法,计算了天线经简化机体散射后的方向图。仿真实验结果表明,机体对天线辐射特性的影响主要在机身表... 详细信息

基于一致性几何绕射理论分析飞机机体结构对安装在机背上的双脊喇叭天线辐射特性的影响,分析了机载双脊喇叭天线各辐射场分量的计算方法,计算了天线经简化机体散射后的方向图。仿真实验结果表明,机体对天线辐射特性的影响主要在机身表面的反射、结构边缘的绕射,而表面爬行波对天线方向图主瓣的影响非常小,其影响主要在后瓣。计算结果可为天线安装后辐射性能预测和最优化配置提供理论依据。

关键词：双脊喇叭天线一致性几何绕射理论辐射方向图

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电大尺寸导体附近线天线的辐射方向图研究

电波科学学报 2006年第5期21卷 666-669页

作者：黄伟芳刘其中周斌西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室陕西西安710071

采用一致性几何绕射理论分析了电大尺寸导体对其附近的对称振子天线辐射方向图的影响,计算了在三种不同环境下的天线方向图,结果与软件(FEKO)仿真结果吻合良好。为分析工程中复杂的电大尺寸目标,提供了重要的参考依据。

关键词：一致性几何绕射理论电大尺寸导体辐射方向图

分布计算在机载天线辐射特性仿真分析中的应用

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系统仿真学报 2007年第24期19卷 5821-5823页

作者：陈晨张凯郭陈江许家栋西北工业大学电子信息学院陕西西安710072

一致性几何绕射理论(UTD)结合优化算法分析机载天线的辐射特性,编写了Matlab下的远场方向图计算仿真程序。利用分布式计算引擎DCE及分布式计算工具包DCT,结合计算机网络进行分布式并行程序设计,提高了运行速度,形成了机载天线远场方向... 详细信息

一致性几何绕射理论(UTD)结合优化算法分析机载天线的辐射特性,编写了Matlab下的远场方向图计算仿真程序。利用分布式计算引擎DCE及分布式计算工具包DCT,结合计算机网络进行分布式并行程序设计,提高了运行速度,形成了机载天线远场方向图仿真软件。得到了令人满意的远场方向图仿真结果,证明分布式并行程序设计可以应用于大型系统的计算仿真中,并对机载天线辐射特性进行了分析。

关键词：一致性几何绕射理论机载天线方向图 Matlab