基于实际地形和气象条件, 通过插值技术实现从三维数字地球生成地形路径上高精确度的高程数据, 结合大气折射率模型和抛物方程模型, 计算电磁波在地形剖面上的传播损耗。通过方位角扫描, 计算出单站雷达在空间特定高度的能量覆盖范围。仿真结果表明, 该方法可同时考虑气象和地理因素对雷达能量覆盖范围的影响, 与人眼视觉范围对比更能体现电磁波的传播效应, 为有效预测复杂气象地理环境下雷达能量覆盖范围提供了一种可靠的技术途径。

研究一种基于三维抛物方程的无线电环境地图快速构建方法，并探讨几种空间插值方法的精确度和适用性，为网络优化和管理提供一种有效工具。利用抛物方程快速计算大区域复杂环境电场分布，参考地理学中最佳统计单元选取四种典型研究区域，分别采用Kriging、反距离加权法(IDW)、双调和样条插值和基于三角剖分的几种插值法对研究区域进行分析。结果表明：a) 几种三角剖分插值和双调和样条插值在各区域RMSE最小且时间最短，但空间拟合程度最低；b) Kriging在各区域中空间拟合程度最高，RMSE和时间随半方差模型有所差异；c) IDW在各区域中RMSE和空间拟合程度较好，但需要时间最长。几种空间插值方法中，指数模型Kriging能以最高精确度和适用性构建基于三维抛物方程的无线电环境地图。

为提高部分森林覆盖山区电波传播特性预测的时效性, 提出了一种基于宽角抛物方程(PE)的快速预测算法。采用 PE通过分步傅里叶变换 (SSFT)求解; 在 SSFT步进迭代过程中, 根据传播路径上森林的等效介电常数、地形的起伏情况, 动态选择 PE的水平步长。通过对部分森林覆盖的不规则地形条件下的电波传播特性进行仿真, 探讨了该方法的可行性和有效性。结果表明: 相比于均匀大步长算法, 该方法更准确; 而相比于均匀小步长算法, 该方法能够保证抛物方程的计算精确度, 同时极大地提高计算效率。

针对太赫兹（THz）波段目标雷达散射截面（RCS）的计算问题，提出柱坐标系抛物方程模型的计算方法。基于柱坐标系中的电场通解式，利用三角函数的正交性分解各模式的激励系数，将抛物方程方法拓展到柱坐标系，得到柱坐标系中抛物方程的分步傅里叶求解形式。在此基础上，将目标等效为一系列的面元或线元，然后通过边界条件和场的选代递推方法求解抛物方程，进而获得这一系列面元在传播方向某一截面上的散射场。数值算例表明，该方法能用于电大尺寸目标的RCS计算，相比于传统的抛物方程方法，克服了散射角度的限制，计算误差更小。

针对复杂海陆环境中的无线信号传播预测问题, 研究了适用于抛物方程的信号时延与到达角估计方法。将自由空间中抛物方程轴向波前信号视为本地副本信号, 然后利用信号的自相关特性, 将接收信号与副本信号进行互相关运算, 最后通过相关函数的峰值检索, 得到脉冲信号在复杂环境中传播的附加时延。采用数值算例, 验证了该方法的正确性和有效性。此外, 采用多重信号分类算法, 由抛物方程构建接收阵列的协方差矩阵, 并对其进行特征值分解, 然后利用信号子空间和噪声子空间的正交性, 实现复杂环境中的信号到达角估计。仿真结果表明, 相比于传统的平面波谱方法, 该方法具有更高的多径分辨率。基于上述方法, 并结合数字地图, 在典型的海陆环境中进行了仿真实验, 分析了蒸发波导对脉冲信号传播时延和到达角的影响。

针对现有蒸发波导条件下无线电系统性能研究过程中, 忽略了蒸发波导水平非均匀特性影响, 探讨了水平非均匀蒸发波导条件下的非互易性。利用马尔科夫过程模拟蒸发波导水平非均匀特性, 结合抛物方程法计算电波传输损耗, 仿真分析了雷达电磁参数对非互易性的影响。仿真结果表明: 蒸发波导环境下电波传播的非互易性在波导水平非均匀时无法忽略, 天线高度和电波频率对非互易性的影响较大。天线高度越高, 电波频率越大, 则非互易性越强。

为了解决遥感遥测、自动导航、电子战等领域中常常涉及到障碍物定位问题, 在单向抛物方程法的逆算法的基础上提出了双向抛物方程法的逆算法。应用该逆算法对大气波导环境中的障碍物进行了探测和定位, 采用插值法分析了大气波导对障碍物定位精确度的影响。仿真结果表明, 通过双向抛物方程法的逆算法可以对传播路径上的障碍物进行探测和定位, 而且大气折射率变化会对定位精确度产生较大影响。

针对大尺度不规则地形条件下电波传播特性预测的准确性与时效性问题, 在非均匀网格技术的基础上, 提出了抛物方程的动态网格模型, 并通过对刃峰地形条件下的电波传播特性进行仿真, 探讨了动态网格模型的可行性和有效性。结果表明: 在计算精度相似的情况下, 相对于均匀细网格和非均匀网格, 动态网格模型缩短了抛物方程的计算时间, 具有更高的时效性; 相比均匀粗网格具有更高的计算精度。可见, 抛物方程的动态网格模型在预测大尺度不规则地形条件下电波传播特性时具有高效性。

抛物方程是一种模拟电波传播特性的高效模型，但目前抛物方程模型在模拟电波传播时，主要考虑大气的折射效应而忽略了其吸收作用，然而太赫兹波的大气衰减较为严重。通过引入大气分子吸收的复折射率，实现了应用抛物方程模型计算太赫兹波的大气衰减。该模型考虑了大气压强、温度和水汽密度等气象参数随高度变化对大气衰减的影响，且能够针对不同地区和季节的气象条件对大气衰减进行计算，与真实环境更加符合。最后利用该模型仿真分析了0.14 THz波的传播特性，给出了传播损耗随距离和高度的变化，并与忽略大气衰减的结果进行了对比，结果表明抛物方程模型能同时体现太赫兹的大气吸收效应和多径传播效应。