基于射线追踪算法的电波传播特性预测

摘要

近年来，随着无线通信的迅速发展，人们对无线电传播特性预测的需求越来越大。电波传播特性预测在无线系统规划中扮演越来越重要的角色。
　　射线追踪是一种广泛应用于无线电波传播特性预测的技术，它的主要原理包括：几何光学（Geometrical Optics）、几何绕射理论（Geometrical Theory of Diffraction）和一致性劈绕射理论（UTD）。
　　本文提出了一种改进的单纯形射线追踪算法，系统研究了利用单纯形射线追踪方法计算电磁场分布的关键技术。本文的主要贡献如下所述：
　　（1）单纯形射线追踪算法是一种基于空间剖分的快速射线追踪算法。在该算法中，空间被剖分为若干个四面体离散单元，通过利用四面体之间的几何关系和四面体面属性信息确定射线在空间中的传播路径。与其他射线追踪算法相比，单纯形射线追踪不需要进行射线与面的相交测试，因而具有较高的计算效率。本文在前人的研究基础上，改进和发展了四面体几何关系快速查找和面属性信息快速生成的算法。
　　（2）本文考虑了辐射源和接收装置的方向性和极化特性对预测结果的影响，使该算法能够应用于多种不同的辐射源和接收天线的场景中。另外，本文还研究了射线在复杂环境中的快速追踪方法。
　　（3）本文利用Fortran编译语言运行速度快的特点实现了四面体几何关系查找、射线追踪、射线接收以及场强计算子模块；利用 Python脚本语言实现了空间模型剖分数据提取和四面体面属性信息生成子模块；最后利用F2py工具将各个子模块集成在一起实现了通用性三维单纯形射线追踪程序。在本文最后，建立了多个环境几何模型，对比了程序计算结果与文献结果以及实验测量结果，验证了程序的有效性。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文主要工作内容

第二章 射线追踪及其加速技术

2.1射线追踪基本原理

2.1.1地理信息

2.1.2射线—面相交测试

2.2射线追踪技术

2.2.1 镜像法的射线追踪技术

2.2.2射线发射的射线追踪技术

2.2.3射线管的射线追踪技术

2.2.4 SBR/镜像法的射线追踪技术

2.3射线追踪加速技术介绍

2.3.1二元空间分区算法

2.3.2空间体积分区算法

2.3.3角度的Z缓存区算法

2.3.4区域场分布快速算法

第三章 单纯形射线追踪算法

3.1单纯形射线追踪算法概述

3.2二维单纯形射线追踪

3.2.1源射线产生

3.2.2环境模型建立及剖分数据处理

3.2.3射线追踪

3.3三维单纯形射线追踪

3.3.1空间建模、模型剖分和预处理

3.3.2源射线产生

3.3.3射线追踪

3.3.4射线反射

3.3.5射线接收

3.3.6射线去重

3.3.7功率和场强计算

第四章 软件实现与算例分析

4.1编程语言及编程环境

4.2软件实现

4.2.1软件流程图

4.2.2数据结构

4.2.3软件集成

4.3算例分析

4.3.1算例一

4.3.2算例二

4.3.3算例三

4.3.4算例四

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢