文献综述
近年来，复杂电磁环境电波传播问题的研究已成为已成为国内外学者重点关注的热点问题，构建复杂要素的可计算模型，并实现大区域复杂环境中电磁分布特性的快速仿真和分析，能为无线通信，电磁监控，电子对抗等实际应用提供关键的数值模拟和数据支撑，具有非常重要的军用和民用价值。其中对于大区域复杂森林环境中电波传播的分析便是其中一个需要重点研究的课题。因为在农村和城市郊区，森林是影响电磁波远距离传播的重要因素。在森林区域中树木会使得传播的电波信号发生散射，吸收，反射以及绕射，从而产生衰减，相移等现象，因此研究森林对电波传播的影响具有十分重要的意义。而在这之中，抛物方程法（PE法）在研究复杂森林环境电波传播问题上得到越发广泛的应用。
抛物方程法是于1946年提出，最早应用于声波传播问题中的求解，知道20世纪80年代，抛物方程法才在电磁学特别是电波传播领域得到得到真正的关注和研究。该种方法能够处理非均匀媒质与复杂边界条件，而且经有关实验表明，在求解频率在2到200MHz的电波传播问题时，森林可等效于均匀有耗介质层，且通常森林的等效介电常数趋近于1，较好符合了应用抛物方程法地前提条件，因此能够很方便地通过抛物方程法来求解森林环境中的电波传播特性，此外还可以在此基础上利用非均匀网格技术来提高大区域森林环境中电波传播问题的求解效率，对计算精度和计算速度进行一个很好的均衡。
正因为抛物方程法的种种优点，这些年来国内外许多学者都利用该方法对森林中的电波传播问题展开了一些相关研究。Palud等仿真分析了发射源分别位于森林内和森林外时电磁波的传播特性；Holm等采用抛物方程有限差分解法求解了不规则地形上部分森林覆盖环境的电波传播问题，并与实验结果进行了对比；郭建炎等采用抛物方程分步傅里叶解法研究了森林均匀覆盖和部分森林覆盖情形下的电磁分布特性。
不过，目前在构建森林的抛物方程模型时，均是直接给定了森林的等效介电常数，这样的做法在计算实际环境中电波传播的特性时可能会有不容忽视的误差，没有考虑到不同地形，不同植被，不同天气对森林等效介电常数的影响，亦或者是不能体现出森林不同的植物体积含量，重量含水量等因素对电波传播的影响。此外，在森林区域当中，树木中的树干主要对传播的电波起绕射和反射作用，树冠主要对电波起散射和吸收作用。在实际模拟和计算中对以上种种因素都要进行考虑，才能确保计算结果以及仿真结果的准确度。为此，我们可以应用两相混合物折射模型以及森林分层模型来计算森林环境的等效介电常数，并将其应用在抛物方程的森林模型当中，对其进行改进，使其更加适应与实际不同地区，不同植物种类分布中的电波传播问题的求解。
首先，关于两相混合物折射模型，因为森林是由空气和植物组成的混合物，只要给出各部分的介电常数和体积含量就可以建立等效介电常数模型，从而得到森林整体的等效介电常数。而对植物的介电常数的求解，由于植物是由植物体，自由水以及结合水三部分组成，可以根据各部分的介电常数，采用植物的Debye-Cole双频散模型求得植物的等效介电常数。
其次，关于森林分层模型，因为森林在空间高度上可以分为树冠和树干两部分，而树干和树冠在体积密度以及电波传播的影响又明显不同，所以可以在计算森林等效介电常数时将森林分为树干层和树冠层，对每层都采用上述的两相混合物折射模型求出它们的等效介电常数。采用这样两种模型得出的等效介电常数便综合考虑了不同地区，不同植被乃至于不同天气对电波传播所产生的影响，从而进一步完善了抛物方程法在复杂森林环境电波传播问题上的应用。实际的仿真结果也表明，采用该种方法所得到的电波传播损耗在不同距离处的曲线图更符合实际环境的变化，精确度要明显更高。
另外，在提高抛物方程仿真效率上，我们可以采用非均匀网格技术，其总体思路为，在电磁场强度变化较大的区域划分较小的水平步长，而在其他电场强度变化较小的空旷区域则采用较大的步长，从而获得抛物方程计算时间和计算精度上的均衡，既克服了均匀粗网格会带来较大计算误差的缺陷，也克服了均匀细网格在追求计算精度时极大消耗计算时间的不足。而后续的仿真结果也表明，抛物方程法采用非均匀网格技术计算的结果与采用均匀细网格技术的结果符合得很好，由此验证了在森林电波传播问题中引入非均匀网格技术的有效性。这样的网格划分方式对大尺度区域森林电波传播特性的快速模拟和分析具有相当重要的意义。
最后，针对大区域森林环境中电波传播特性分析和预测的准确性问题，抛物方程法在其中的应用可以起到相当大的作用，结合上文所提到的森林分层模型以及两相混合物折射模型，可以更准确地反映实际森林环境对电波传播的影响，并且能够实现快速求解，为不同区域，不同植被分布的大区森林环境电波传播问题提供了一种有效方法。不过该种方法目前还主要用于研究VHF频段以下的电波在森林环境中的传播特性，对于更高频段的电波在森林环境中的传播特性预测方法还需要进一步研究。
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