本发明专利技术涉及一种基于视线的通信可视域获得方法，采用全新逻辑设计，解决了通信可达性的分析，将地形上从发射天线到其他地形接收天线的信号传播，通过基于视线、以及信号反射或衍射机制的方法，进行信号强度计算来确定信号是否可达；依据电磁场传播机制，针对发射天线和接收天线之间构造第一菲涅尔区，逐步计算连接发射天线和接收天线视线路径上每个中间格网单元上通信信号的衰减值，并通过计算信号总衰减累计值来确定是否可以通信，最后根据地形上以发射天线为中心、给定半径的格网通信信号好可达性，得到发射天线所对应的通信可视域。得到发射天线所对应的通信可视域。得到发射天线所对应的通信可视域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于视线的通信可视域获得方法
[0001]本专利技术涉及一种基于视线的通信可视域获得方法，属于通信可视域
技术介绍
[0002]地形可视域是指围绕某个视点所看到或可见的地形区域，其广泛应用在景观分析、古村落布局、选址规划和路径规划等领域。通信可视域是地形可视域的一种特殊情况，其是指地形上某个点设立一个发射天线，该发射天线周边点上接收天线所能接收到信号的区域。通信可视域是基于无线电磁信号传播，并依据发送端和接收端基于视线的传播路径上有无障碍物阻挡来判定是否可视。通信可视域可用于判断中继通信路径规划、发射塔选址规划等应用，对于规划涉及中优化建模与计算方法具有重要的意义。
[0003]射频链路设计的黄金法则之一是确保发射和接收天线之间的视线(line of sight,简称LOS)畅通无阻。电磁(electromagnetic，简称EM)能量将从天线辐射出来，并作为一系列不断扩展的球面波阵面在空间中传播。根据天线的具体类型，能量可以均匀地向所有方向辐射，也可以优先集中或“引导”到选定的方向。经典的类比是蜡烛发出的光照亮各个方向，而不是手电筒聚焦的光束。无线电信号和光波都是电磁辐射的表现形式，主要是频率的不同。在任何情况下，扩展的波前都将照亮一个角区域，该角区域随着距发射源的距离而增加。
[0004]电磁波前的某些部分将遵循在发射和接收天线之间的最短直接路径，而且该直接路径通常被称为传播的视线路径。从接收天线的角度来看，该直接路径包含接收信号的大部分，但是障碍物不要阻塞传播的直接路径而对接收信号的强度产生一些影响。因此，要被认为是畅通无阻的，LOS路径以及垂直于该路径的某些最小空间量必须是无障碍的。正是这种条件定义了基于视线的传播。通过菲涅尔区的概念，我们可以定义与LOS路径相邻的所需的阻挡区域。
[0005]传播路径上的物理元素，例如建筑物、金属结构，甚至干涉地形(特别是水体)的表面，都会导致传播波阵面的一部分被反射。如果反射波阵面到达接收天线与正常到达接收天线的LOS波阵面是同时发生与否，其影响是接收到信号强度可能增加或降低。由两个波前面组合产生的信号强度将等于电场的矢量和(相位和振幅)。如果两个到达的波前面的振幅相等，但相位移了180
°
(或半个波长的某个倍数)，则波前面和为零，即不会接收到任何信号。相反，如果两个到达的波前面同相(零相移或整个波长的某个倍数)，则相对于仅单独从LOS路径接收的信号，其接收的信号强度将会增加。这种现象称为多径接收。由此可见，反射波阵面比LOS波阵面到达接收天线的距离更远。直接路径长度和反射路径长度的差异被称为过度路径长度。在直接波前面和反射波前面之间的总相位差等于由于路径长度过长而引起的相移加上反射点的反射波前面所引起的任何相移。根据总的相位差，接收到的信号将是在接收天线处有益性或破坏性的信号进行求和得到。
[0006]传播电磁波前面的反射机制非常复杂，由此引起的反射波前面的振幅和相位的变化依赖于许多变量。主要影响因素包括传播波阵面的频率、入射角、反射面的电导率和入射
波阵面的偏振(垂直或水平)。反射波前的损失可归因于一部分入射能量被反射材料透射(折射)或吸收。反射材料的电学性质(介电常数、磁导率和电导率)，以及波前面频率是决定反射波前面振幅变化的主要因素。反射波阵面中的相移主要是入射波阵面的电场偏振和入射角的函数。总之，水平偏振波前面在反射点通常表现出至少180
°
的相移，而垂直偏振波前只有在小于30
°
的入射角时才会存在相移。当直接的LOS路径被完全挡住时，衍射成为波前面到达接收天线的主要传播机制，以及相对于畅通LOS，损耗才是显著的。
[0007]惠更斯
‑
菲涅耳原理可以解释电磁波前面在障碍物周围的绕射或弯曲现象。惠更斯
‑
菲涅耳原理的实质是，电磁波前平面上的每个点都充当沿传播方向辐射的次级波的点源。如果刀刃型障碍物位于与小波源相邻的位置，则波前的一部分将传播到障碍物后面的阴影区域。位于阴影区域的点处的场强等于从所有次级源到达的电场的矢量和。位于阴影区的接收器仍然可以被呈现为可行的信号，尽管该信号衰减很大。信号强度将在很大程度上取决于路径几何形状。
[0008]因此对于实际当中的通信来说，应用可视域的思想，将大大提高通信规划的效率。
技术实现思路
[0009]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于视线的通信可视域获得方法，采用全新逻辑设计，解决了通信可达性的分析，实现了发射天线通信可达域的准确分析，为通信建设提高准确数据依据。
[0010]本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种基于视线的通信可视域获得方法，用于获得目标发射天线的通信可视域，包括如下步骤：
[0011]步骤A.针对包含目标发射天线、以及目标发射天线周围预设距离范围内各个接收天线的区域，获得该区域所对应的DEM格网数据，然后进入步骤B；
[0012]步骤B.基于各个接收天线分别与目标发射天线之间中间格网单元，结合信号衰减率，获得各个接收天线分别所对应的通信可视性，然后进入步骤C；
[0013]步骤C.根据各个接收天线分别所对应通信可视性的集合，构成目标发射天线所对应的通信可视域。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤B包括如下：
[0015]步骤B.分别针对各个接收天线，执行如下步骤B1至步骤B3，获得各个接收天线分别所对应的通信可视性；
[0016]步骤B1.构建目标发射天线与接收天线之间、基于视线所形成的第一菲涅尔区，并分别针对该第一菲涅尔区中的各个中间格网单元，执行如下步骤B1
‑
1至步骤B1
‑
4，获得各个中间格网单元分别所引起的信号衰减量，然后进入步骤B2；
[0017]步骤B1
‑
1.获得中间格网单元在该第一菲涅尔区中所对应的椭圆半径R，然后进入步骤B1
‑
2；
[0018]步骤B1
‑
2.获得该中间格网单元所对应相对于障碍物的LOS视线净空区指数C
L
，然后进入步骤B1
‑
3；
[0019]步骤B1
‑
3.根据C
L
、R，按预设菲涅尔区半径的调整因子α，获得介于该第一菲涅尔区半径与障碍物之间的相对净空区指数C
ffz
，然后进入步骤B1
‑
4；
[0020]步骤B1
‑
4.按预设关于C
ffz
的等级划分，获得该中间格网单元所引起的信号衰减量
i；
[0021]步骤B2.根据各个中间格网单元分别所引起的信号衰减量i，通过累加方式，获得该第一菲涅尔区中全部的中间格网单元所对应的信号累计衰减量I，并进一步获得信号衰减率γ，然后进入步骤B3；
[0022]步骤B3.根据信号衰减率γ，结合预设信号衰减率阈本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于视线的通信可视域获得方法，用于获得目标发射天线的通信可视域，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.针对包含目标发射天线、以及目标发射天线周围预设距离范围内各个接收天线的区域，获得该区域所对应的DEM格网数据，然后进入步骤B；步骤B.基于各个接收天线分别与目标发射天线之间中间格网单元，结合信号衰减率，获得各个接收天线分别所对应的通信可视性，然后进入步骤C；步骤C.根据各个接收天线分别所对应通信可视性的集合，构成目标发射天线所对应的通信可视域。2.根据权利要求1所述一种基于视线的通信可视域获得方法，其特征在于，所述步骤B包括如下：步骤B.分别针对各个接收天线，执行如下步骤B1至步骤B3，获得各个接收天线分别所对应的通信可视性；步骤B1.构建目标发射天线与接收天线之间、基于视线所形成的第一菲涅尔区，并分别针对该第一菲涅尔区中的各个中间格网单元，执行如下步骤B1
‑
1至步骤B1
‑
4，获得各个中间格网单元分别所引起的信号衰减量，然后进入步骤B2；步骤B1
‑
1.获得中间格网单元在该第一菲涅尔区中所对应的椭圆半径R，然后进入步骤B1
‑
2；步骤B1
‑
2.获得该中间格网单元所对应相对于障碍物的LOS视线净空区指数C
L
，然后进入步骤B1
‑
3；步骤B1
‑
3.根据C
L
、R，按预设菲涅尔区半径调整因子α，获得介于该第一菲涅尔区有效半径与障碍物之间的相对净空区指数C
ffz
，然后进入步骤B1
‑
4；步骤B1
‑
4.按预设关于C
ffz
的等级划分，获得该中间格网单元所引起的信号衰减量i；步骤B2.根据各个中间格网单元分别所引起的信号衰减量i，通过累加方式，获得该第一菲涅尔区中全部的中间格网单元所对应的信号累计衰减量I，并进一步获得信号衰减率γ，然后进入步骤B3；步骤B3.根据信号衰减率γ，结合预设信号衰减率阈值T，获得该接收天线所对应的通信可视性V。3.根据权利要求1所述一种基于视线的通信可视域获得方法，其特征在于：所述步骤B1
‑
1包括如下步骤：步骤B1
‑1‑
1.根据目标发射天线平面坐标(x0,y0)与其所在位置高程值z0构成的坐标(x0,y0,z0)、接收天线平面坐标(x1,y1)与其所在位置高程值z1构成的坐标(x1,y1,z1)、以及中间格网单元k的平面坐标(x
k
,y
k
)与其所在位置高程值z
k
构成的坐标(x
k
,y
k
,z
k
)，按如下公式：获得第一菲涅尔区中第k个中间格网单元到目标发射天线的距离d
1k
，然后...
【专利技术属性】
技术研发人员：窦万峰，郭宇翔，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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