М.С. ЛЫТАЕВ ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ТРОПОСФЕРНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ЗАДАЧАХ ПОСТРОЕНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГАЛытаев М.С. Численный метод расчета тропосферного распространения электромагнитных волн в задачах построения геоинформационных систем дистанционного мониторинга. Аннотация. Настоящая работа посвящена численным методам решения задачи распространения электромагнитных волн вблизи поверхности Земли. Построены дискретные нелокальные граничные условия для конечно-разностной аппроксимации Паде однонаправленного уравнения Гельмгольца. Полученные условия позволяют учитывать линейно растущий по высоте коэффициент преломления выше расчетной области, что делает их полезными для применения в задачах распространения радиоволн в неоднородной тропосфере. Предложенный метод не требует введения искусственного поглощающего слоя в окрестности верхней границы расчетной области. Использование аппроксимаций Паде позволяет проводить расчеты с достаточно большим шагом по продольной координате, что положительно влияет на производительность. Метод не накладывает существенных ограничений на максимальный угол распространения и может использоваться в среде с наличием горизонтальных препятствий. Выполнено сравнение с методом расщепления Фурье и конечно-разностной схемой Кранка -Николсона.Ключевые слова: нелокальное граничное условие, распространение радиоволн, уравнение Гельмгольца, аппроксимации Паде, параболическое уравнение.
Введение.Интеллектуальные географические информацион-ные системы для мониторинга и поддержки принятия решений все чаще проникают в различные отрасли. В задачи этих сложных распре-деленных систем входит сбор данных из различных источников в ре-альном времени, классификация, обработка и визуализация наблюдае-мой обстановки в удобном виде. Появляется возможность для осу-ществления широкомасштабного мониторинга и моделирования раз-личных процессов антропогенного и природного характера [1].Одним из основных источников наблюдения уже долгое время является анализ электромагнитного излучения. Следует отметить, что в задачах мониторинга земной поверхности за последние не-сколько лет получили развитие методы анализа интерференционных диаграмм, создаваемых сигналами глобальных навигационных си-стем ГЛОНАСС и GPS [2]. Сюда входит наблюдение за передвиже-нием и толщиной льда на морях и реках [3], определение влажности почвы и уровня растительности, измерение глубины снежного по-крова. Для корректного моделирования и обработки спутниковых сигналов необходимы методы расчета распространения электромаг-нитных волн вблизи поверхности Земли, способные учитывать раз-личные параметры наблюдаемой среды [4]. Математическое моделирование тропосферного распростране-ния радиоволн также находят широкое применение в задачах прогно-зирования зон радиовидимости различных радиотехнических си-стем [5][6][7]. Пространственные изменения индекса преломления тропо-сферы, обусловленные метеорологическими условиями, оказывают существенное влияние на распространение радиоволн [8, 9]. Эффекты аномальн...