基于单纯形模型的快速射线追踪算法研究与实现

摘要

射线追踪是一种广泛应用于移动通信和个人通信环境中的预测无线电波传播的技术。它是估算高频电磁场的一种近似方法，基于几何光学原理，考虑直射和反射射线。在本世纪初，出现了一种三维环境下基于四面体网格划分的方法，这种方法将三维空间划分为四面体网格单元，同时根据三维情况下的射线和四面体单元间的矢量代数模型，可以快速得到射线的路径，从而计算出接收点电场场强。
　　本文的主要内容及所作的贡献如下：
　　（1）电磁传播环境建模实现了程序化，本文中电磁传播环境的剖分采用有限元网格生成软件Gmsh软件实现，并结合一种前处理算法生成可以提供单纯形射线追踪法所需数据的空间数据结构和环境数据结构，为计算复杂环境做了准备。
　　（2）在前人的基础上发展了单纯形射线追踪方法，研究了二维和三维情况下的追踪算法。在射线的发射部分做了细致研究，本文详细分析了传统的对正二十面体表面进行细分构造射线源的方法，并使用Gmsh软件利用特定的算法剖分单位球构造了射线分布更均匀的射线源。
　　（3）用Fortran语言编程实现了上述研究内容，同时在编程实现的过程中利用Fortran语言的自定义数据类型，对每根射线的相关信息进行封装，使每根射线在追踪过程中相互独立，为今后采用并行计算方法提高计算效率做了准备。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文研究的主要内容

第二章 射线追踪基本原理

2.1 射线追踪的基本概述

2.2 射线追踪技术

2.3 射线追踪加速技术

第三章 单纯形射线追踪法

3.1 单纯形射线追踪法概述

3.2 基于三角形剖分的二维射线追踪法

3.3 基于四面体划分的三维单纯形射线追踪

第四章 射线的发射和接收

4.1 源射线的发射

4.2 Gmsh与正二十面体剖分的结果比较

4.3 射线接收

4.4 射线去重

第五章 计算实例与分析

5.1 射线追踪计算流程图

5.2 射线数据结构

5.3 开放环境的实现方法

5.4 射线追踪部分

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 研究的结论与存在的问题

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢