基于加权接收的简单匹配式的射线发射方法技术

本发明专利技术属于场强预测领域，为提出简单匹配式的射线发射新方法，对接收场计算部分作出改进，避免场强重复计算问题，最终提高预测模型的场强预测精度。为此，本发明专利技术采用的技术方案是，基于加权接收的简单匹配式的射线发射方法,用一根射线管状体代表一条多径分量，管状体内功率均匀分布，以Ray Launching的路径搜索算法完成直射及反射路径的搜索，其中利用加权接收的方法来处理在接收天线附近使用接收球筛选路径的过程，具体地是对每条有效射线所携带的功率进行加权接收，权值为代表射线的管状体与接收球大圆相交面积占管状体横截面积之比。本发明专利技术主要应用于场强预测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于场强预测领域，具体讲,涉及基于加权接收的简单匹配式的射线发射方法。
技术介绍
简单匹配式的射线发射法(RayLaunching)是一种比较典型的正向射线跟踪方法。RayLaunching方法以射线来表示路径，从源点以等角度间隔(足够小)向全空间发射射线，然后跟踪计算每根射线的几何路径及其相应的场强信息，最后在接收天线处以各有效路径的场强矢量和作为总接收场强，此方法一般会事先采用接收球对路径进行筛选，若射线与接收球相交则判定路径有效。RayLaunching有算法简单、场景适用性强、接收点个数与路径搜索次数无关等优点。但在其接收过程中由接收球造成的场强重复计算问题值得注意。场强重复计算是指由于接收球的几何特性造成的射线有可能被两次接收的问题。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出简单匹配式的射线发射新方法，对接收场计算部分作出改进，避免场强重复计算问题，最终提高预测模型的场强预测精度。为此，本专利技术采用的技术方案是，基于加权接收的简单匹配式的射线发射方法,用一根射线管状体代表一条多径分量，管状体内功率均匀分布，以RayLaunching的路径搜索算法完成直射及反射路径的搜索，其中利用加权接收的方法来处理在接收天线附近使用接收球筛选路径的过程，具体地是对每条有效射线所携带的功率进行加权接收，权值为代表射线的管状体与接收球大圆相交面积占管状体横截面积之比。在一个实例中具体步骤细化为：一根射线管状体代表一条多径分量，每根射线管状体的水平及竖直角间隔Δθ相同，射线跟踪模型根据天线发射功率Pt和增益Gt直接设定每根管的初始场强，l表示当前位置到发射天线的距离，初始场E0定义为距离发射天线Tx中心点l＝1m处的最大电场强度幅值，Tx周边区域的竖直方向场强E满足公式(1)，是射线方向与水平面即天线法平面夹角，E与水平方位角θ无关：公式(2)表示Tx附近的全向辐射功率，η＝120πΩ为自由空间阻抗，为玻印亭矢量，初始场E0与通过包含Tx的球面的总功率的关系：由公式(1)得单条射线场强：令公式(2)中的ds为管状体的横截面，则单条射线的功率如公式(3)所示：表示第i条射线直接到达即反射次数n＝0，或经过n次反射后到达接收天线附近的场强，其形式满足公式(4)，j表示这n次反射中的第j阶反射，n＞0，j＝1,2,...n，其中，Rj为第j阶反射系数，d为总的径长，为第i条接收路径电场方向矢量，对于射线被部分接收的情形，采用相交面积占比法分配功率，如公式(5)所示，其中，Si,cross表示代表射线的管状体横截面与接收球面的相交面积，Si表示代表射线的管状体横截面积，Si,cross与Si之比即为权值，如果代表射线的管状体被接收球完全包含即完全接收，则有Si,cross＝Si，权值为1，Pi表示第i条射线携带的全部功率，是和相对应的功率，Pri表示被天线接收到的第i条射线的有效功率，公式(6)中，为Pri相对应的第i根射线管的有效接收场强，公式(7)表示最终求得的接收场强即将全部与接收球相交的i条射线的有效接收场强累加起来。本专利技术的特点及有益效果是：与现有RayLaunching方法相比,本专利技术具有以下优点和有益效果:改进后的RayLaunching方法比传统RayLaunching方法相比，场强预测精度更高，更能反映局部场强变化趋势。附图说明：图1为发射天线附近射线几何分布示意；图2为常用的多边形三角化流程图；图3为室内场景模型及实景图；图4为传统方法、改进方法的仿真结果与实测结果。具体实施方式针对已有预测模型中的上述问题，本专利技术改进后的模型是用一根射线管状体代表一条多径分量(管状体内功率均匀分布)，以传统RayLaunching的路径搜索算法完成直射及反射路径的搜索，改进之处在于引入了加权接收的方法来处理在接收天线附近使用接收球筛选路径的过程。此方法是对每条有效射线所携带的功率进行加权接收，权值为代表射线的管状体与接收球大圆相交面积占管状体横截面积之比。本文用一根射线管状体代表一条多径分量。发射天线Tx附近射线几何分布示意如图1所示，每条线的水平及竖直角间隔Δθ相同且较小。射线跟踪模型一般根据天线发射功率Pt和增益Gt直接设定每根管的初始场强，l表示当前位置到发射天线的距离，初始场E0定义为距离发射天线Tx中心点l＝1m处的最大电场强度幅值。Tx周边区域的竖直方向场强E满足公式(1)，是射线方向与水平面(天线法平面)夹角，E与水平方位角θ无关。公式(2)表示Tx附近的全向辐射功率，η＝120πΩ为自由空间阻抗，为玻印亭矢量(PoyntingVector)。初始场E0与通过包含Tx的球面的总功率的关系：由公式(1)得单根射线场强令公式(2)中的ds为管状体的横截面，则单根射线的功率如公式(3)所示。本专利技术在计算接收功率时利用接收球与管状体的相交面积来处理可能存在的射线被部分接收的情形，考虑了天线形体对场的影响因素，更加精准地模拟了射线实际接收过程。表示第i条射线直接到达(反射次数n＝0)或经过n次反射后到达接收天线附近的场强，其形式满足公式(4)，j表示这n次反射中的第j阶反射(n＞0，j＝1,2,...n)。其中，R为反射系数，d为总的径长，为第i条接收路径电场方向矢量。图2是接收球与射线的部分相交情形和全部相交情形示意图。对于射线被部分接收的情形，本文采用相交面积占比法分配功率，如公式(5)所示。其中，Si,cross表示代表射线的管状体横截面与接收球面的相交面积，Si表示代表射线的管状体横截面积，Si,cross与Si之比即为权值，如果代表射线的管状体被接收球完全包含(完全接收)，则有Si,cross＝Si，权值为1。Pi(相对应的功率)表示第i条射线携带的全部功率，Pri表示被天线接收到的第i条射线的有效功率。公式(6)中，为Pri相对应的第i根射线管的有效接收场强。公式(7)表示最终求得的接收场强即将全部与接收球相交的i条射线的有效接收场强累加起来。下面将结合附图以及具体实施方式,对本专利技术做进一步描述:以下结合两个室内场景的具体实例。本专利技术在某房间内部的两条和某楼道内的一条共三条接收路径下，对位于路径上的样本点进行了仿真和实测，并对仿真与实测结果进行了对比以验证该方法的准确性，最后又将本方法与传统RayLaunching方法进行了比较。改进的RayLaunching方法仿真是利用自主编写的软件实现的。该软件是在VisualStudio2010平台下利用C#语言和OpenGL工具编写的可视化窗口应用程序。该程序可以加载预先绘制的DXF格式的图形文件，在设置好收发天线、介电常数、接收球半径等各项参数后，通过相交测试进行路径搜索，直射场、反射场计算，并将计算结果存储、显示、导出结果等。图3是进行仿真实验的室内场景模型图及其实景图。其中，房间内的场景模型示意及实景图如图3a，图3b所示。楼道内的场景模型示意及实景图如图3c，图3d所示。本专利技术分别在室内和楼道两个场景下对三条不同路径上的点进行了仿真实验。其中，房间内场景的发射点坐标为(14.5，1.85，2.35)，在房间内路径1---y＝1.85m，x＝5.15～9.95m，z＝1.4m；房间内路径2---y＝1.17m，x＝6.05～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于加权接收的简单匹配式的射线发射方法，其特征是，用一根射线管状体代表一条多径分量，管状体内功率均匀分布，以Ray Launching的路径搜索算法完成直射及反射路径的搜索，其中利用加权接收的方法来处理在接收天线附近使用接收球筛选路径的过程，具体地是对每条有效射线所携带的功率进行加权接收，权值为代表射线的管状体与接收球大圆相交面积占管状体横截面积之比。

【技术特征摘要】
1.一种基于加权接收的简单匹配式的射线发射方法，其特征是，用一根射线管状体代表一条多径分量，管状体内功率均匀分布，以RayLaunching的路径搜索算法完成直射及反射路径的搜索，其中利用加权接收的方法来处理在接收天线附近使用接收球筛选路径的过程，具体地是对每条有效射线所携带的功率进行加权接收，权值为代表射线的管状体与接收球大圆相交面积占管状体横截面积之比。2.如权利要求1所述的基于加权接收的简单匹配式的射线发射方法，其特征是，在一个实例中具体步骤细化为：一根射线管状体代表一条多径分量，每条射线管状体的水平及竖直角间隔Δθ相同，射线跟踪模型根据天线发射功率Pt和增益Gt直接设定每根管的初始场强，l表示当前位置到发射天线的距离，初始场E0定义为距离发射天线Tx中心点l＝1m处的最大电场强度幅值，Tx周边区域的竖直方向场强E满足公式(1)，是射线方向与水平面即天线法平面夹角，E与水平方位角θ无关：公式(2)表示Tx附近的全向辐射功率，η＝120πΩ为自由空间阻抗，为玻印亭矢量，初始场E0与通过包含Tx的球面的总功率的关系：由公...

【专利技术属性】
技术研发人员：任叶童，杨晋生，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12