CN113868852B - 一种开阔场地电磁波近地面传播特性快速获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电磁波传播特性分析技术领域，具体涉及一种开阔场地的电磁波近地面传播特性快速获取方法。本发明在建模阶段考虑发射和接收天线方向图特征参数，当求解目标区域满足天线远场条件时，采用镜像法计算传播过程，如此保证较高计算精度和较小内存占用空间的同时，可以快速计算出开阔场地电磁波近地面传播特性。本发明不仅能够计算开阔场地三维空间的电场分布特征，还可计算带有接收天线情况下的接收功率分布特征。

Description

一种开阔场地电磁波近地面传播特性快速获取方法

技术领域

本发明属于电磁波传播特性分析技术领域，具体涉及一种开阔场地的电磁波近地面传播特性快速获取方法。

背景技术

通过数值模拟分析开阔场地电磁波近地面传播特性，预测目标区域的电磁波场分布或天线接收功率分布，可为开展开阔场条件下的电磁兼容测试以及效应研究提供指导。

目前研究开阔场地电磁波传播特性主要有两种方法：一是建立收发天线实体模型和地面模型，通过时域有限差分(FDTD)或矩量法(MOM)等全波算法进行解析计算。这种获取方法拟真度高，但当收发天线相距较远时，将演变成大尺度目标和小尺度目标共存问题，网络划分占用大量内存空间，同时数值计算过程也会花费大量时间，甚至会出现无法解析计算的情况。二是采用基于平面波入射的镜像法，该方法将信号源发射波视为平面波，通过镜像法直接计算目标处的电场分布。这种方法的优点在于无论目标区域距发射天线多远，均具有较快的计算速度和较低的内存占用空间。但这种方法忽略了发射天线方向图特征参数，仅适用于宽波束发射天线和目标区域距发射天线较远的情况，当求解目标区域处于发射天线近处时，计算结果与实际结果偏差较大。同时该方法一般只能获取目标处的电场分布特征，难以求解带有接收天线情况下的接收功率分布特征，其拟真度和实用性较低。

发明内容

本发明的目的是提出了一种开阔场地电磁波近地面传播特性快速获取方法，解决现有技术开阔场地电磁波传播特性计算中采用全波算法，当收发天线相距较远时数值计算耗时长或无法解析，采用镜像法无法求解带有接收天线情况下的接收功率分布特性的技术问题。

为达到上述目的解决上述技术问题，本发明提供一种开阔场地电磁波近地面传播特性快速获取方法技术方案如下，包括如下步骤：

S1、获取发射和接收天线方向图特征参数；

S2、确定发射和接收天线旋转角度和位置坐标；

S3、确定地面相对介电常数和天线发射功率；

S4、待求解的目标区域满足天线远场条件下确定求解的目标区域

目标区域与发射天线的距离L须满足：

式中，λ为电磁波自由空间波长；D_i为发射天线物理口径最大尺寸；D_r为接收天线物理口径最大尺寸。

S5、对发射和接收天线方向图进行插值处理；

S6、根据旋转角度计算发射和接收天线新的坐标系参数

当天线坐标系和世界坐标系重合时，天线主轴指向为Z方向，即天线初始主轴单位矢量天线初始基准平面为XOY平面，用两个正交矢量/>和/>表示；

当天线旋转操作时，天线主轴指向和基准平面在世界坐标系中发生变化，通过坐标系变换公式进行计算；天线坐标系旋转变换矩阵R表示为：

经过旋转操作后，天线新的坐标系主轴单位矢量表示为：

式中，T表示向量的转置；

同理，天线新的坐标系基准平面正交矢量表示为：

通过式(3)、(4)、(5)求出发射天线和接收天线坐标系变换矩阵和新的坐标系参数；

S7、计算发射天线坐标系下直达波电场

对于直达波，其电场在发射天线坐标系下分解成/>和/>两个互相垂直的分量；目标点P(x₁,y₁,z₁)的电场可通过下式得到：

式中，P_i为天线发射功率；r_dir为发射天线距目标点的距离；和为发射天线的功率方向图函数；/>和/>为发射天线的相位方向图函数；/>为/>的单位矢量；/>为/>的单位矢量；/>为天线坐标系直达波发射角度，与发射天线及目标点的位置相关。其中/>通过下式计算得到：

式中，为发射天线至目标点的矢量；/>为发射天线主轴单位矢量，可由步骤S6计算给出；

计算过程分为两步，首先将目标点投影到天线基准平面上，计算发射天线至投影点矢量，然后根据该矢量与发射天线基准面的关系求解；具体步骤如下，

发射天线至投影点矢量表示为：

当时，

当时，

式中，和/>是发射天线基准平面正交矢量，可由步骤S6计算给出；/>的取值范围为[0,360°)；

S8、计算世界坐标系下直达波电场

为便于与反射波电场进行合成，需要将天线坐标系下直达波电场转换为世界坐标系下直达波电场/>转换计算公式如下：

其中

式中，R_i为发射天线坐标系变换矩阵；(α_i,β_i,γ_i)为S5步骤中发射天线绕世界坐标系各轴的旋转角度；

S9、计算地面反射点坐标

根据发射天线和目标点的几何关系计算出地面反射点坐标Q(x₂,y₂,z₂)；

式中，S′为发射天线的地面镜像点；

S10、计算反射点处发射天线坐标系下入射波电场

根据步骤S9求出的地面反射点坐标，发射天线至反射点的距离r_ref0和矢量分别表示为：

同步骤S7求解出反射点处发射天线坐标系下入射波电场只需将式(6)中的r_dir、/>和/>分别替换为r_ref0、/>和/>其中/>和/>或通过式(8)、(9)、(10)计算得到，需将式中r_dir和/>分别替换为r_ref0和/>

S11、计算反射点处世界坐标系下入射波电场

同步骤S8，根据步骤S10计算的和式(11)计算出世界坐标系下入射波电场/>将式中的/>和/>分别替换为/>和/>即可。

S12、将入射波电场分解为s波和p波；

S13、计算菲涅尔反射系数

根据菲涅尔反射定律，对于平整地面，s波和p波的反射系数分别表示为：

式中，ε_r为地面相对复介电常数，ψ为入射角，通过下式求出：

S14、计算世界坐标系下反射波电场

根据S12-S13计算的菲涅尔反射系数，由下式直接计算出世界坐标系下目标点的反射波电场：

对于s波：

对于p波：

则反射波电场表示为：

S15、获取目标区域处电场强度分布特征

将步骤S8和步骤S15计算得到的直达波和反射波电场进行叠加，获得到目标处的总电场

应用上述步骤对目标区域处每个目标点的电场强度进行求解，获得到目标区域的电场强度分布特征；

S16、计算直达波入射时接收天线感应电压

计算直达波入射时接收天线感应电压首先需计算接收天线坐标系下直达波的入射角度与发射天线和接收天线的位置相关，获取方法同步骤S7，只需将式中/>和/>分别替换为/>和/>其中/>为接收天线主轴单位矢量，/>和/>是接收天线基准平面正交矢量，由步骤S6给出；

直达波入射接收天线需考虑极化匹配问题，因此需通过下式将直达波电场分解为和/>两个互相垂直的分量；

其中

式中，R_r为接收天线坐标系变换矩阵，(α_r,β_r,γ_r)为S6步骤中发射天线绕世界坐标系各轴的旋转角度；

直达波入射接收天线后，天线感应电压与直达波电场的关系为：

式中，Z₀为接收天线特性阻抗；和/>为接收天线的功率方向图函数；/>和/>为接收天线的相位方向图函数；

S17、计算反射波入射时接收天线感应电压

同步骤S16，首先计算接收天线坐标系下反射波的入射角度与地面反射点和接收天线的位置相关，获取方法同步骤S7，只需将式中/> 和/>分别替换为/>和/>

同步骤S16，反射波入射接收天线也需考虑极化匹配问题，通过下式将反射波电场分解为和/>两个互相垂直的分量；

反射波入射接收天线后，天线感应电压与反射波电场的关系为：

S18、计算目标区域处天线接收功率分布特征

根据步骤S16和S17计算的感应电压，由下式计算出目标点天线接收功率：

应用上述步骤对目标区域处每个目标点的天线接收功率进行求解，即获得目标区域的天线接收功率分布特征。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、本发明建立了一种开阔场地电磁波近地面传播特性获取方法，该方法在建模阶段考虑发射和接收天线方向图特征参数，当求解目标区域满足天线远场条件时，采用镜像法计算传播过程，如此保证较高计算精度和较小内存占用空间的同时，可以快速计算出开阔场地电磁波近地面传播特性。

2、本发明不仅能够计算开阔场地三维空间的电场分布特征，还可计算带有接收天线情况下的接收功率分布特征。

3、本发明在计算过程中，还考虑了发射和接收天线的旋转角度和位置坐标等参数，因此本发明可以获取天线在三维空间任意指向下的开阔场地电磁波近地面传播特性，具有较高的实用性。

附图说明

图1是开阔场地电磁波近地面传播特性计算流程图；

图2是天线坐标系和世界坐标系初始位置重合示意图；

图3是目标区域处电场组成示意图；

图4是s波和p波示意图；

图5是入射面及入射面单位矢量示意图；

图6是一X波段开口喇叭天线结构示意图(单位：mm)；

图7是发射天线位置和求解目标区域示意图；

图8为本发明实施例三个平面区域的电场强度分布特征示意图(X＝6m、Y＝0和Z＝2m左图为无地面反射的情况，右图为有地面反射的情况)；

图9为本发明实施例三个平面区域的接受功率分布特征(X＝6m、Y＝0和Z＝2m左图为无地面反射的情况，右图为有地面反射的情况)；

图10为X＝5m，Z＝2m，Y取值[-1,1]区域范围时，本发明与经典矩量法的计算结果比较。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的解释和说明。

如图1所示，本发明提供了一种开阔场地电磁波近地面传播特性快速获取方法，包括以下步骤：

S1、获取发射和接收天线方向图特征参数

需要获取的天线方向图特征参数主要有功率方向图和相位方向图天线方向图一般采用球坐标系(简称天线坐标系)，其坐标系原点是天线的相心。当已知发射和接收天线尺寸结构，天线方向图特征参数可以通过在电磁仿真软件中建立天线实体模型仿真得到，或者直接对天线进行实测得到；

S2、确定发射和接收天线旋转角度和位置坐标

天线旋转角度是指将天线坐标系和世界坐标系(直角坐标系)重合时，天线绕世界坐标系x,y,z轴的旋转角度α,β,γ，其中定义沿坐标系的主轴负方向观察，顺时针旋转为正，逆时针旋转为负。发射天线位置坐标是指发射天线在世界坐标系中的坐标S(x₀,y₀,z₀)，接收天线位于世界坐标系中待求解的目标区域处。根据天线旋转角度和位置坐标可以实现天线在三维空间的任意指向；

S3、确定地面相对介电常数和天线发射功率

地面相对介电常数是表征地面对电磁波反射能力的物理量，主要与地面材质组成和电磁波频率相关，如电磁波频率为X波段时，混凝土地面的相对介电常数一般为6～8，沥青地面的相对介电常数一般为3～5等；

S4、确定求解的目标区域

因本方法使用了发射和接收天线远场方向图特征参数，所以为保证计算结果有效性，待求解的目标区域须满足天线远场条件。即目标区域与发射天线的距离L须满足：

式中，λ为电磁波自由空间波长；D_i为发射天线物理口径最大尺寸；D_r为接收天线物理口径最大尺寸。

S5、对发射和接收天线方向图进行插值处理

步骤S1获取的发射和接收天线方向图是二维网格散点数据，因此需要其进行二维插值处理，得到连续的发射和接收天线方向图函数。天线方向图的插值方法一般选择双线性插值或样条插值；

S6、根据旋转角度计算发射和接收天线新的坐标系参数

如图2，当天线坐标系和世界坐标系重合时，天线主轴指向为Z方向，即天线初始主轴单位矢量天线初始基准平面为XOY平面，可用两个正交矢量/>和表示。

当天线旋转操作时，天线主轴指向和基准平面在世界坐标系中发生变化，可以通过坐标系变换公式进行计算。天线坐标系旋转变换矩阵R可以表示为：

经过旋转操作后，天线新的坐标系主轴单位矢量可以表示为：

式中，T表示向量的转置。

同理，天线新的坐标系基准平面正交矢量可以表示为：

通过式(3)、(4)、(5)可以求出发射、接收天线坐标系变换矩阵和新的坐标系参数，只需将其中旋转角度替换成各自相关参数即可。

S7、计算发射天线坐标系下直达波电场

如图3，目标区域电场由直达波电场和反射波电场叠加组成，因此需要分别计算直达波电场和反射波电场。对于直达波，其电场在发射天线坐标系下可以分解成/>和两个互相垂直的分量。目标点P(x₁,y₁,z₁)的电场可通过下式得到：

式中，P_i为天线发射功率；r_dir为发射天线距目标点的距离；和为发射天线的功率方向图函数；/>和/>为发射天线的相位方向图函数；/>为/>的单位矢量；/>为/>的单位矢量；/>为天线坐标系直达波发射角度，与发射天线及目标点的位置相关。其中/>可以通过下式计算得到：

式中，为发射天线至目标点的矢量；/>为发射天线主轴单位矢量，可由步骤S6计算给出；

计算过程分为两步，首先将目标点投影到天线基准平面上，计算发射天线至投影点矢量，然后根据该矢量与发射天线基准面的关系求解。具体步骤如下，

发射天线至投影点矢量可以表示为：

当时，

当时，

式中，和/>是发射天线基准平面正交矢量，可由步骤S6计算给出；/>的取值范围为[0,360°)。

S8、计算世界坐标系下直达波电场

为便于与反射波电场进行合成，需要将天线坐标系下直达波电场转换为世界坐标系下直达波电场/>转换计算公式如下：

其中

式中，R_i为发射天线坐标系变换矩阵；(α_i,β_i,γ_i)为S5步骤中发射天线绕世界坐标系各轴的旋转角度。

S9、计算地面反射点坐标

如图3，根据发射天线和目标点的几何关系可以计算出地面反射点坐标Q(x₂,y₂,z₂)。

式中，S′为发射天线的地面镜像点。

S10、计算反射点处发射天线坐标系下入射波电场

根据步骤S9求出的地面反射点坐标，发射天线至反射点的距离r_ref0和矢量可以分别表示为：

同步骤S7可以求解出反射点处发射天线坐标系下入射波电场只需将式(6)中的r_dir、/>和/>分别替换为r_ref0、/>和/>其中/>和/>也可通过式(8)、(9)、(10)计算得到，只需将式中r_dir和/>分别替换为r_ref0和/>

S11、计算反射点处世界坐标系下入射波电场

同步骤S8，根据步骤S10计算的和式(11)可以计算出世界坐标系下入射波电场/>只需将式中的/>和/>分别替换为/>和/>

S12、将入射波电场分解为s波和p波

在菲涅尔反射定律中，入射波电场可以分解为一对正交电场分量，其中电场分量振动方向垂直与入射面的称为s波，电场分量振动方向平行于入射面的称为p波，如图4。s波和p波的反射系数一般不同，因此为计算反射波电场，需将入射波电场分解为s波和p波。

因发射天线位置、地面反射点和目标点三个不在同一条直线上，由这三点可以确定入射面，如图5。所以入射面单位矢量可由矢量叉乘公式计算：

其中为目标点至地面反射点的矢量，即/>

则垂直于入射面的s波电场为：

平行于入射面的p波电场为：

S13、计算菲涅尔反射系数

根据菲涅尔反射定律，对于平整地面，s波和p波的反射系数可以分别表示为：

式中，ε_r为地面相对复介电常数，ψ为入射角，可以通过下式求出：

S14、计算世界坐标系下反射波电场

根据S12计算的入射波电场和步骤S13计算的菲涅尔反射系数，由下式可以直接计算出世界坐标系下目标点的反射波电场：

对于s波：

对于p波：

则反射波电场可以表示为：

S15、获取目标区域处电场强度分布特征

将步骤S8和步骤S15计算得到的直达波和反射波电场进行叠加，可以得到目标处的总电场

应用上述步骤对目标区域处每个目标点的电场强度进行求解，可以得到目标区域的电场强度分布特征。

S16、计算直达波入射时接收天线感应电压

计算直达波入射时接收天线感应电压首先应计算接收天线坐标系下直达波的入射角度 与发射天线和接收天线的位置相关，获取方法同步骤S7，只需将式中/>和/>分别替换为/>和/>其中/>为接收天线主轴单位矢量，/>和/>是接收天线基准平面正交矢量，可由步骤S6给出。

直达波入射接收天线需考虑极化匹配问题，因此需通过下式将直达波电场分解为和/>两个互相垂直的分量。

其中

式中，R_r为接收天线坐标系变换矩阵，(α_r,β_r,γ_r)为S6步骤中发射天线绕世界坐标系各轴的旋转角度。

直达波入射接收天线后，天线感应电压与直达波电场的关系为：

式中，Z₀为接收天线特性阻抗；和/>为接收天线的功率方向图函数；/>和/>为接收天线的相位方向图函数。

S17、计算反射波入射时接收天线感应电压

同步骤S16，首先计算接收天线坐标系下反射波的入射角度 与地面反射点和接收天线的位置相关，获取方法同步骤S7，只需将式中/> 和/>分别替换为/>和/>

同步骤S16，反射波入射接收天线也需考虑极化匹配问题，通过下式将反射波电场分解为和/>两个互相垂直的分量。

反射波入射接收天线后，天线感应电压与反射波电场的关系为：

S18、计算目标区域处天线接收功率分布特征

根据步骤S16和S17计算的感应电压，由下式可以计算出目标点天线接收功率：

应用上述步骤对目标区域处每个目标点的天线接收功率进行求解，可以得到目标区域的天线接收功率分布特征。

本发明还示例性的提供了一种求解开阔场地电磁波近地面传播特性具体实施例。

硬件平台：HP暗影精灵6代，AMD Ryzen7 4800H CPU，16GB内存；发射和接收天线均为X波段开口喇叭天线，其结构尺寸相同，如图6。发射天线位置和求解区域如图7，发射天线绕世界坐标系各轴旋转角度为(0°,-90°,60°)，位置坐标为(0,0,2m)，发射天线辐射微波频率为9.3GHz，功率为1W；接收天线绕世界坐标系各轴旋转角度为(10°,90°,30°)，求解目标区域范围为x∈[5m,7m],y∈[-1m,1m],z∈[1.7m,2.3m]；地面为混凝土材质，相对介电常数为8。现依据上述步骤计算X＝6m、Y＝0和Z＝2m三个平面区域的电场强度分布特征和接收功率分布特征。根据给定的发射天线结构尺寸，在电磁仿真软件中建立发射和接收天线实体模型，仿真得到天线的方向图参数；由开口喇叭天线物理口径最大尺寸为天线口面的对角线长度，即D_i≈94.47mm，根据公式(1)计算出天线远场条件为L≥0.55m，即上述目标区域满足条件。由步骤S5～S15，计算得到X＝6m、Y＝0和Z＝2m三个平面区域的电场强度分布特征如图8所示。

根据步骤S8和S14计算给出了直达波和反射波电场，再由步骤S16～S18，可以计算得到X＝6m、Y＝0和Z＝2m三个平面区域的接收功率分布特征如图9。图10比较了X＝5m，Z＝2m，Y取值[-1,1]区域范围时，本方法和矩量法(FEKO软件)的接收功率计算结果。相较于矩量法，本方法计算结果最大偏差小于7％，说明本方法具有较高的拟真度。采用矩量法(共计10680个网格)计算单个目标点接收功率所需时间约240s，同时占用内存约1.9GB。而采用本方法(matlab程序)计算单个目标点接收功率所需时间约0.8s，同时占用内存约23MB。上述结果说明本方法的计算速度比矩量法快约300倍，占用内存仅为矩量法的11.8％，计算结果最大偏差小于7％。因此本方法具有较高拟真度和实用性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种开阔场地电磁波近地面传播特性快速获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取发射和接收天线方向图特征参数；

S2、确定发射和接收天线旋转角度和位置坐标；

S3、确定地面相对介电常数和天线发射功率；

S4、待求解的目标区域满足天线远场条件下确定求解的目标区域

目标区域与发射天线的距离L须满足：

式中，λ为电磁波自由空间波长；D_i为发射天线物理口径最大尺寸；D_r为接收天线物理口径最大尺寸;

S5、对发射和接收天线方向图进行插值处理；

S6、根据旋转角度计算发射和接收天线新的坐标系参数

当天线坐标系和世界坐标系重合时，天线主轴指向为Z方向，即天线初始主轴单位矢量天线初始基准平面为XOY平面，用两个正交矢量/>和/>表示；

当天线旋转操作时，天线主轴指向和基准平面在世界坐标系中发生变化，通过坐标系变换公式进行计算；天线坐标系旋转变换矩阵R表示为：

经过旋转操作后，天线新的坐标系主轴单位矢量表示为：

式中，T表示向量的转置；

同理，天线新的坐标系基准平面正交矢量表示为：

通过式(3)、(4)、(5)求出发射天线和接收天线坐标系变换矩阵和新的坐标系参数；

S7、计算发射天线坐标系下直达波电场

对于直达波，其电场在发射天线坐标系下分解成/>和/>两个互相垂直的分量；目标点P(x₁,y₁,z₁)的电场可通过下式得到：

式中，P_i为天线发射功率；r_dir为发射天线距目标点的距离；和/>为发射天线的功率方向图函数；/>和/>为发射天线的相位方向图函数；为/>的单位矢量；/>为/>的单位矢量；/>为天线坐标系直达波发射角度，与发射天线及目标点的位置相关；其中/>通过下式计算得到：

式中，为发射天线至目标点的矢量；/>为发射天线主轴单位矢量，可由步骤S6计算给出；

计算过程分为两步，首先将目标点投影到天线基准平面上，计算发射天线至投影点矢量，然后根据该矢量与发射天线基准面的关系求解；具体步骤如下，发射天线至投影点矢量/>表示为：

当时，

当时，

式中，和/>是发射天线基准平面正交矢量，可由步骤S6计算给出；/>的取值范围为[0,360°)；

S8、计算世界坐标系下直达波电场

为便于与反射波电场进行合成，需要将天线坐标系下直达波电场转换为世界坐标系下直达波电场/>转换计算公式如下：

其中

式中，R_i为发射天线坐标系变换矩阵；(α_i,β_i,γ_i)为S5步骤中发射天线绕世界坐标系各轴的旋转角度；

S9、计算地面反射点坐标

根据发射天线和目标点的几何关系计算出地面反射点坐标Q(x₂,y₂,z₂)；

式中，S′为发射天线的地面镜像点；

S10、计算反射点处发射天线坐标系下入射波电场

根据步骤S9求出的地面反射点坐标，发射天线至反射点的距离r_ref0和矢量分别表示为：

同步骤S7求解出反射点处发射天线坐标系下入射波电场只需将式(6)中的r_dir、/>和/>分别替换为r_ref0、/>和/>其中/>和/>或通过式(8)、(9)、(10)计算得到，需将式中r_dir和/>分别替换为r_ref0和/>

S11、计算反射点处世界坐标系下入射波电场

同步骤S8，根据步骤S10计算的和式(11)计算出世界坐标系下入射波电场/>将式中的/>和/>分别替换为/>和/>即可；

S12、将入射波电场分解为s波和p波；

S13、计算菲涅尔反射系数

根据菲涅尔反射定律，对于平整地面，s波和p波的反射系数分别表示为：

式中，ε_r为地面相对复介电常数，ψ为入射角，通过下式求出：

S14、计算世界坐标系下反射波电场

根据S12-S13计算的菲涅尔反射系数，由下式直接计算出世界坐标系下目标点的反射波电场：

对于s波：

对于p波：

则反射波电场表示为：

S15、获取目标区域处电场强度分布特征

将步骤S8和步骤S15计算得到的直达波和反射波电场进行叠加，获得到目标处的总电场

应用上述步骤对目标区域处每个目标点的电场强度进行求解，获得到目标区域的电场强度分布特征；

S16、计算直达波入射时接收天线感应电压

计算直达波入射时接收天线感应电压首先需计算接收天线坐标系下直达波的入射角度与发射天线和接收天线的位置相关，计算方法同步骤S7，只需将式中和/>分别替换为/>和/>其中/>为接收天线主轴单位矢量，/>和/>是接收天线基准平面正交矢量，由步骤S6给出；

直达波入射接收天线需考虑极化匹配问题，因此需通过下式将直达波电场分解为和/>两个互相垂直的分量；

其中

式中，R_r为接收天线坐标系变换矩阵，(α_r,β_r,γ_r)为S6步骤中发射天线绕世界坐标系各轴的旋转角度；

直达波入射接收天线后，天线感应电压与直达波电场的关系为：

式中，Z₀为接收天线特性阻抗；和/>为接收天线的功率方向图函数；/>和/>为接收天线的相位方向图函数；

S17、计算反射波入射时接收天线感应电压

同步骤S16，首先计算接收天线坐标系下反射波的入射角度与地面反射点和接收天线的位置相关，计算方法同步骤S7，只需将式中/> 和/>分别替换为/>和/>

同步骤S16，反射波入射接收天线也需考虑极化匹配问题，通过下式将反射波电场分解为和/>两个互相垂直的分量；

反射波入射接收天线后，天线感应电压与反射波电场的关系为：

S18、计算目标区域处天线接收功率分布特征

根据步骤S16和S17计算的感应电压，由下式计算出目标点天线接收功率：

应用上述步骤对目标区域处每个目标点的天线接收功率进行求解，即获得目标区域的天线接收功率分布特征。

2.根据如权利要求1所述的一种开阔场地电磁波近地面传播特性快速获取方法，其特征在于，所述的天线方向图特征参数为功率方向图和相位方向图/>天线方向图采用球坐标系，其坐标系原点是天线的相心，已知发射和接收天线尺寸结构，天线方向图特征参数通过在电磁仿真软件中建立天线实体模型仿真获取，或者直接对天线进行实测获取。

3.根据如权利要求1所述的一种开阔场地电磁波近地面传播特性快速获取方法，其特征在于，选择双线性插值或样条插值对所述天线方向图进行插值处理。

4.根据如权利要求1所述的一种开阔场地电磁波近地面传播特性快速获取方法，其特征在于，所述入射波电场分解为s波和p波的过程如下，入射面单位矢量可由矢量叉乘公式计算：

其中为目标点至地面反射点的矢量，即/>

则垂直于入射面的s波电场为：

平行于入射面的p波电场为：

。

5.根据如权利要求1所述的一种开阔场地电磁波近地面传播特性快速获取方法，其特征在于，所述菲涅尔反射系数计算如下，对于平整地面，s波和p波的菲涅尔反射系数分别表示为：

式中，ε_r为地面相对复介电常数，ψ为入射角，通过下式求出：

。