射线追踪场分布的快速计算与实现
本文关键词:射线追踪场分布的快速计算与实现 出处:《南京邮电大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:射线追踪是一种广泛应用于室内和室外通信环境的预测无线电波传播特性的技术。基于几何光学、几何绕射和一致性劈绕射原理,考虑直射、反射和绕射等传播机制。利用射线追踪计算环境的场强分布时,常规的方法需要将追踪得到的每条射线段与每个接收点进行接收球算法测试,来判断射线段对接收点有无场强贡献,计算效率不高。本文的主要工作内容和贡献如下所述:(1)对空间剖分射线追踪算法进行了大量的研究,用Fortran语言编写了三维通用性的空间剖分射线追踪算法程序。在空间剖分射线追踪算法中,利用Gmsh软件把三维环境剖分成若干个无缝并且互不重叠的四面体单元,通过研究射线在各个四面体中的穿行轨迹,进而可以得到每条射线在整个环境中的轨迹,完成了射线的追踪过程。与传统的射线追踪算法相比,在射线的追踪过程中,不需要和环境中的多面体面进行相交测试,提高了计算效率。(2)在前人研究的基础上改进和发展了基于射线追踪的场强分布快速算法。本文通过射线追踪算法追踪所有射线轨迹,对射线的接收部分作出改进,能够快速计算出三维环境中的某个平面的场强分布或整个立体空间的场强分布,在保证与常规方法计算场强分布相同结果的同时,提高了计算效率。(3)用Fortran语言独立编写了空间剖分射线追踪算法程序和适用于空房间的镜像法射线追踪程序。通过在空房间环境下,两种算法计算结果的对比,验证了空间剖分射线追踪算法以及程序的正确性。独立编写了基于射线追踪的场分布快速算法程序,在空房间环境以及更为复杂的开放环境中,与常规方法的计算数据和计算时间作对比,证明场分布快速算法在保证计算精度的情况下,提高了计算效率,达到了快速计算场分布的目的。
[Abstract]:Ray tracing is a widely used technique for predicting the propagation characteristics of radio waves in indoor and outdoor communication environments. Based on the principles of geometric optics, geometric diffraction and consistent splitting diffraction, direct emission is considered. When ray tracing is used to calculate the field intensity distribution of the environment, the conventional methods need to test the received sphere algorithm with each ray segment and each receiving point. The main work and contribution of this paper are as follows: (1) A lot of researches have been done on the space division ray tracing algorithm. In this paper, the program of 3D general-purpose spatial ray tracing algorithm is written with Fortran language, and it is used in space division ray tracing algorithm. The three-dimensional environment is divided into several seamless and non-overlapping tetrahedron units by using Gmsh software, and the traversing trajectory of rays in each tetrahedron is studied. Then we can get the trace of each ray in the whole environment, and complete the ray tracing process. Compared with the traditional ray tracing algorithm, in the ray tracing process. There is no need to intersect the polyhedron surface in the environment. Based on the previous researches, the fast field intensity distribution algorithm based on ray tracing is improved and developed. In this paper, all ray trajectories are traced by ray tracing algorithm. By improving the receiving part of the ray, the field intensity distribution of a plane or the whole three-dimensional space can be calculated quickly, while ensuring the same result as the conventional method. The algorithm program of space partition ray tracing and the mirror ray tracing program suitable for empty room are written independently in Fortran language. The comparison of the results of the two algorithms verifies the correctness of the space partition ray tracing algorithm and the program. A field distribution fast algorithm program based on ray tracing is written independently. In the empty room environment and the more complex open environment, compared with the calculation data and calculation time of the conventional method, it is proved that the fast algorithm of field distribution can improve the calculation efficiency under the condition of guaranteeing the calculation accuracy. The purpose of fast calculation of field distribution is achieved.
【学位授予单位】:南京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN011
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,本文编号:1429696
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