大范围电磁场分布计算的快速射线追踪研究及并行实现

摘要

在现代无线通信系统的设计与规划中，电波传播预测是一个重要组成部分。在高频通信中，射线追踪方法是预测电波传播的一种有效手段，尤其适用于微蜂窝和微微蜂窝环境中。传统射线追踪方法如果没有有效的加速方法在预测电波传播中的效率很低。本文的单纯形射线追踪方法中，将传播空间剖分成无缝且互不重叠的四面体，在追踪过程中免于射线与相交面测试，具有很高的计算效率，该方法不需要事先确定接收点的位置，所以更适于在较复杂环境。此外，采用并行算法实现该技术，有效缩短计算时间。
　　本文的主要工作内容如下：
　　（1）采用有限元剖分软件Gmsh对仿真环境进行建模与剖分，并结合一种快速有效的前处理算法将仿真环境转换成计算机能识别的空间数据，并且程序化实现了空间中各个面的介电常数的设定，为精确计算场强分布奠定了基础。
　　（2）对两处实际环境进行建模仿真，分析比较了单纯形射线追踪方法中射线追踪部分与射线接收部分的计算时间，得出在接收过程中并行实现对每个接收点处射线的接收具有较高的并行效率的结论，并比较了仿真环境的不同剖分方法对该射线追踪方法计算效率的影响。
　　利用FORTRAN结合消息传递接口(Message Passing Interface,MPI）并行实现单纯形射线追踪方法。在不影响计算精度的情况下有效缩短了计算时间，提高计算效率。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外现状

1.3本文内容安排

第二章 传统射线追踪方法

2.1射线追踪方法概述

2.2常用的射线追踪方法

2.3本章小结

第三章 并行计算

3.1并行计算概述

3.2并行编程环境

3.3并行算法性能度量

3.4本章小结

第四章 单纯形射线追踪方法

4.1射线追踪建模与前处理

4.2单纯形射线追踪方法基本原理

4.3 本章小结

第五章 计算实例与并行实现

5.1仙林校区模型

5.2广东路小区模型

5.3不同剖分方法分析

5.4并行实现及性能度量

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文内容总结

6.2工作展望

参考文献

致谢