本發(fā)明屬于海上大氣波導(dǎo)，尤其是一種水平均勻大氣波導(dǎo)條件下的快速射線追蹤方法。

背景技術(shù)：

1、大氣波導(dǎo)是經(jīng)常出現(xiàn)在對(duì)流層中的一種大氣折射率逆變現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生源于大氣中的溫度、濕度、壓力等氣象因素之間的相互作用，分為蒸發(fā)波導(dǎo)、表面波導(dǎo)、懸空波導(dǎo)三類，可能出現(xiàn)在近海面到數(shù)千米的高度范圍內(nèi)的高度層中，由于大氣折射率的變化，掠入射的電磁波在空間中易發(fā)生折射、反射等現(xiàn)象，而非直線傳播，當(dāng)大氣波導(dǎo)對(duì)電磁波傳播的偏轉(zhuǎn)影響的曲率大于海表面曲率時(shí)，就會(huì)將電磁波陷獲，從而出現(xiàn)超視距傳播、傳播盲區(qū)等現(xiàn)象。

2、目前，射線追蹤算法是評(píng)估大氣波導(dǎo)情況下的電磁波傳播能力的一種重要的計(jì)算方法，通過射線追蹤算法，可以直觀顯示出電磁波的主要傳播軌跡及盲區(qū)，因此也便于分析電磁信號(hào)的時(shí)延。

3、由于目前實(shí)際應(yīng)用中，搭載了射線追蹤算法的系統(tǒng)被要求較短的反應(yīng)時(shí)間，這一實(shí)際需求促使對(duì)射線追蹤算法的原理和實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行深入分析研究。該算法內(nèi)包含大量的重復(fù)計(jì)算過程，造成計(jì)算資源浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種水平均勻大氣波導(dǎo)條件下的快速射線追蹤方法，能夠解決射線追蹤算法內(nèi)存在的大量重復(fù)計(jì)算過程導(dǎo)致的計(jì)算資源浪費(fèi)的問題。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種水平均勻大氣波導(dǎo)條件下的快速射線追蹤方法，包括以下步驟：

4、步驟1、初始化發(fā)射源要素，并沿高度方向離散空間；

5、步驟2、根據(jù)離散空間計(jì)算相鄰層比值；

6、步驟3、射線沿當(dāng)前方向直線傳播至分界面處，并判斷當(dāng)前位置；

7、步驟4、若分界面高度為0，電磁波被大氣波導(dǎo)所陷獲，則進(jìn)行步驟5，否則分界面高度為hn，未被陷獲，結(jié)束；

8、步驟5、判斷是否發(fā)生反射，若發(fā)生反射則返回步驟3，否則進(jìn)行步驟6；

9、步驟6、判斷到達(dá)地面次數(shù)，若到達(dá)地面次數(shù)為2次，則直接橫向平移并截?cái)鄡纱蔚竭_(dá)地表之間路徑的方式得到追蹤路徑并結(jié)束，否則使用snell定律以及相鄰層比值計(jì)算路徑并返回步驟3。

10、而且，所述步驟1沿高度方向離散空間的具體實(shí)現(xiàn)方法為：將大氣空間沿高度方向剖分：將0～hn范圍內(nèi)的空間離散為n個(gè)平行均勻?qū)?，分界面高度h＝0,h1,h2,h3…h(huán)n，每個(gè)層內(nèi)折射系數(shù)n＝n1,n2,n3…nn。

11、而且，所述步驟2的具體實(shí)現(xiàn)方法為：計(jì)算相鄰兩層的折射系數(shù)比值：ai＝ni/ni+1，bi＝ni+1/ni，i＝1,2,3…n-1。

12、而且，所述步驟5中判斷是否發(fā)生反射的具體實(shí)現(xiàn)方法為：判斷入射角θi是否大于布儒斯特角，如入射角θi大于布儒斯特角，則發(fā)生反射，修改傳播方向，否則不發(fā)生反射。

13、而且，所述步驟6中使用snell定律以及相鄰層比值計(jì)算路徑的具體實(shí)現(xiàn)方法為：向上傳播時(shí)sinθi+1＝aisinθi，橫向傳播距離xt＝(hi+1-hi)sinθi/(1-(sinθi+1)2)0.5，向下傳播時(shí)，sinθi-1＝bi-1sinθi，橫向傳播距離xt＝(hi-hi-1)sinθi-1/(1-(sinθi-1)2)0.5。

14、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

15、本發(fā)明通過對(duì)空間在高度方向離散將大氣劃分為平行均勻多層空間；預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)相鄰兩層大氣空間的折射系數(shù)的比值；并根據(jù)射線沿當(dāng)前方向直線傳播至分界面處的位置進(jìn)行反射以及到達(dá)地面次數(shù)的判斷，最終通過橫向平移并截?cái)鄡纱蔚竭_(dá)地面之間電磁波傳播路徑的方法，避免了snell定律中折射系數(shù)除法及大氣空間中大量的對(duì)稱的傳播路徑的重復(fù)計(jì)算，提高射線追蹤算法的計(jì)算速度。

技術(shù)特征：

1.一種水平均勻大氣波導(dǎo)條件下的快速射線追蹤方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水平均勻大氣波導(dǎo)條件下的快速射線追蹤方法，其特征在于：所述步驟1沿高度方向離散空間的具體實(shí)現(xiàn)方法為：將大氣空間沿高度方向剖分：將0～hn范圍內(nèi)的空間離散為n個(gè)平行均勻?qū)?，分界面高度h＝0,h1,h2,h3…h(huán)n，每個(gè)層內(nèi)折射系數(shù)n＝n1,n2,n3…nn。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水平均勻大氣波導(dǎo)條件下的快速射線追蹤方法，其特征在于：所述步驟2的具體實(shí)現(xiàn)方法為：計(jì)算相鄰兩層的折射系數(shù)比值：ai＝ni/ni+1，bi＝ni+1/ni，i＝1,2,3…n-1。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水平均勻大氣波導(dǎo)條件下的快速射線追蹤方法，其特征在于：所述步驟5中判斷是否發(fā)生反射的具體實(shí)現(xiàn)方法為：判斷入射角θi是否大于布儒斯特角，如入射角θi大于布儒斯特角，則發(fā)生反射，修改傳播方向，否則不發(fā)生反射。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水平均勻大氣波導(dǎo)條件下的快速射線追蹤方法，其特征在于：所述步驟6中使用snell定律以及相鄰層比值計(jì)算路徑的具體實(shí)現(xiàn)方法為：向上傳播時(shí)sinθi+1＝aisinθi，橫向傳播距離xt＝hi+1-hisinθi/(1-(sinθi+1)2)0.5，向下傳播時(shí)，sinθi-1＝bi-1sinθi，橫向傳播距離xt＝hi-hi-1sinθi-1/(1-(sinθi-1)2)0.5。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種水平均勻大氣波導(dǎo)條件下的快速射線追蹤方法，通過對(duì)空間在高度方向離散將大氣劃分為平行均勻多層空間；預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)相鄰兩層大氣空間的折射系數(shù)的比值；并根據(jù)射線沿當(dāng)前方向直線傳播至分界面處的位置進(jìn)行反射以及到達(dá)地面次數(shù)的判斷，最終通過橫向平移并截?cái)鄡纱蔚竭_(dá)地面之間電磁波傳播路徑的方法，避免了Snell定律中折射系數(shù)除法及大氣空間中大量的對(duì)稱的傳播路徑的重復(fù)計(jì)算，提高射線追蹤算法的計(jì)算速度。

技術(shù)研發(fā)人員：趙子豪,韓冷,吳中偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七〇七研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15