[发明专利]一种确定天波传播特性的系统和方法

摘要

本发明公开了一种确定天波传播特性的系统，该系统包括天波传播路径确定模块，天波传播模型建立模块，和天波传播响应模块；所述天波传播特性包括天波的全空间传播特性、慢衰减传播特性、远距离传播特性中的一种或多种，这些特性通过电场分量响应、磁场分量响应来表征。该系统和方法可准确刻划天波的全空间、慢衰减、远距离传播特性，为超远距离电磁信号的接收与探测奠定了基础。

主权项

一种确定天波传播特性的方法，该方法包括：设置天波传播路径确定模块、天波传播模型建立模块和天波传播响应模块；该方法利用一种确定天波传播特性的系统，该系统包括：天波传播路径确定模块，天波传播模型建立模块，和天波传播响应模块；所述天波传播特性包括天波的全空间传播特性、慢衰减传播特性、远距离传播特性中的一种或多种，这些特性通过电场分量响应、磁场分量响应来表征，其中在天波传播路径确定模块中由发射源发射电磁波，所述电磁波向大气层传播；其中按照如下来确定天波传播路径：(1)电磁波从发射源向大气层传播；(2)当电磁波在大气层的传播距离超过一定的范围后，就进入了波导区；(3)在波导区，地面和电离层界面具有良好的反射特性，两者构成一个球形空腔，电磁波在地面和电离层空腔之间来回多次反射，被两个反射壁引导着向前传播；(4)电磁波从电离层空腔返回到大气层，并在大气层中向地面传播；(5)电磁波从地面向地下传播；(6)电磁波经过地下矿体后，携带地下矿体信息并传到地面；(7)通过接收仪器接收携带矿体信息的电磁波；依据天波传播路径确定模块中所确定的天波传播路径，进行天波传播模型的建立，在该模型的建立中：电离层设为第‑1层，空气层设为0层，水平电偶源放置在空气层中，距离地表高度设为h0；坐标系的原点设置在水平电偶源的中心点正下方的地表，空间(x，y，z)域中的z向下为正，向上为负，基于此，电离层的高度为负数，同时假设电离层和地球层的最底层的厚度为无限；模型中电离层底界面的有效高度即空气层的厚度设为100km，电离层的有效电阻率设为1×104Ω·m；每一层的相对介电常数ε和相对磁导率μ均设为1；在天波传播响应模块中，通过如下确定电场分量响应和磁场分量响应：电场分量响应为：Ex=iωμPE4π∫0∞F·J0(λr)dλ+iωμk12PE4π(cosθ)2∫0∞(FF-k12λ2F)·λ2·J0(λr)dλ+iωμk12PE4π1r(1-2(cosθ)2)∫0∞(FF-k12λ2F)·λ·J1(λr)dλ---(1)]]>F为积分核函数，FF为比值积分变量；磁场分量响应为：Ey=PE4π∫0∞-u1R1(0)F·J0(λr)dλ+PE4π1r(1-2(cosθ)2)∫0∞(-R1*(0)u1FF+u1R1(0)1λ2F)×λ·J1(λr)dλ+PE4π(cosθ)2∫0∞(-R1*(0)u1FF+u1R1(0)1λ2F)×λ2·J0(λr)dλ---(2)]]>式中：μ为磁导率；ω为圆频率；i表示纯虚数；λ是空间频率；kp是第p层波的波数；p＝‑1,0,1,...,n‑1，为各层层序；θ是收发距与x轴的夹角；PE＝Idl，I为发射电流，dl为偶极长度；r为收发距，即观测点距偶极子中心的距离；J1(λr)、J0(λr)分别是以λr为变量的一阶、零阶贝塞尔函数；R1和为联系各层物性的两个函数，它们和各个电性层的电导率、层厚有关；u1为p＝1时的情形，即第一层介质的磁导率；F为积分核函数，FF为比值积分变量；其中所述F和FF按如下进行计算：F=λu0e-u0h0+e0+(λe-u0h0u0+e0)(-u1R1(0))+λe-u0h0-u0e0u0Coc-CodCoc+Cod+u1R1(0)]]>FF=e-u0h0λ(1+Coc-CodCoc+Cod)+e0(1-Coc*-Cod*Coc*+Cod*)Coc*+Cod*Coc*-Cod*R1*(0)u1+k02u0k12Coc*+Cod*Coc*-Cod*]]>Coc=12(1+u-1u0)e(u-1-u0)z-1]]>Coc*=12(1+u-1u0k02k-12)e(u-1-u0)z-1]]>Cod=12(1-u-1u0)e(u-1+u0)x-1]]>Cod*=12(1-u-1u0k02k-12)e(u-1+u0)z-1]]>e0=-λu0eu0h0]]>R1(0)=cth[u1h1+arcthu1u2cth(u2h2+...+arcthuN-1uN)]]]>R1*(0)=cth[u1h1+arcthu1ρ1u2ρ2cth(u2h2+...+arcthuN-1ρN-1uNρN)]]]>其中μ0为真空磁导率，λ是空间频率，kp是第p层波的波数，p＝‑1,0,1,...,n‑1，即，为各层层序；zp为第p层界面的深度，hp＝zp‑zp‑1，为第p层的厚度，ρp为第p层电阻率。