基于射线跟踪法的不规则地形无线覆盖预测研究

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射线跟踪技术是一种广泛应用于移动通信环境中预测无线电波传播特性的技术。本文基于数字高程模型和射线跟踪算法,主要围绕地形建模、建模精度对不规则地形无线覆盖预测的影响、不规则地形场景下射线跟踪仿真计算的加速方法三个方面展开研究。首先研究了地形的建模方法和射线跟踪算法在不规则地形仿真中的实现问题,在数字高程模型的基础上建立地形的三角形网格模型用于电磁仿真。在此基础上分析了不同建模精度对预测精度和仿真时间的影响。为了提高仿真效率,进一步研究了不规则地形的动态多分辨率三角形建模方法。本文旨在针对不规则地形环境建立起一种快速、准确的射线跟踪传播模型,论文主要工作如下:1、采用镜像法和射线与三角形求交的一种高效算法完成了不规则地形场景下反射射线路径的寻迹;在此基础上,研究了有效射线路径的加速寻迹方法;说明了本文射线跟踪算法的实现流程。2、对室外环境中地形和建筑物的建模方法进行了研究,分析了传统数字地图和数字高程模型的格式和建模思想,采用数字高程模型对地形进行建模;实现了传统数字地图到数字高程模型的转换算法;完成了基于三角形网格的数字高程地形建模,通过对数字高程模型数据进行提取和插值处理,转化为相应位置上规则的三角形几何面,用大量相接的三角形代表真实地形以用于射线跟踪电磁仿真。3、基于数字高程模型构建了双线性插值网格、原始数据网格和二阶粗网格三种不同精度的三角形网格地形模型,利用前面实现的射线跟踪算法进行了仿真,分析了不同建模精度对无线覆盖预测的影响。4、为了提高仿真效率,研究了地形的动态多分辨率三角形建模方法。根据地表起伏程度采取不同精度的三角形建模,起伏变化比较大的区域,采用精细的网格进行建模,在地形较平坦的地方,可以采用较为粗略的网格表示,在保持地形基本特征的条件下,减少地形的几何面数量,提高仿真速度,通过分析不同精度阀值下的计算精度和仿真时间,确定出了最合适的建模精度阀值;进一步根据收发天线位置所确定的主次传播区域来采用不同精度的三角形建模;仿真结果表明,地形的动态多分辨率建模方法具有较好的仿真效果,可使仿真速度提高约80%,同时保持较小的误差。
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