[发明专利]基于MoM-UTD的城市室外电磁环境态势预测方法

说明书

本发明提出了一种基于MoM‑UTD的城市室外电磁环境态势预测方法，主要解决现有技术中测试成本高、计算误差大和预测精度低的问题。其实现方案为：1、建立城市仿真模型与天线仿真模型，提取城市仿真模型中的几何信息和电参数信息，提取天线仿真模型的工作频率和源点位置；2、设置待测路线的采样点作为场点；3、追踪从源点到场点间的所有射线，存储射线信息和作用点；4、用矩量法MOM计算天线仿真模型在作用点的辐射电场；5、用UTD方法计算所有射线类型的作用点到场点处的辐射电场；6、叠加同一场点所有射线类型的辐射电场，得到预测结果。本发明预测准确，且成本低，效率高，可用于通信频谱规划和电磁环境评估。

技术领域

本发明属于电磁测试技术领域，特别涉及一种城市室外电磁环境态势预测方法，可用于仿真计算城市室外环境的电场值。

背景技术

随着无线通信的日益发展，移动通信建设越来越密集，对通信容量的要求越来越高，辐射安全和电磁频谱的管理已经成为城市管理和规划需要考虑的重要环节。复杂城市环境中电磁分布的预测是无线通信频谱利用、城市系统工程规划以及电磁兼容设计的基本问题。

现有的城市电磁环境预测方法主要有统计方法和仿真计算方法两种。其中：

统计方法通常是通过对移动通信服务区内的场强进行实际测量，在大量的实测数据中用统计的方法总结出一系列方程作为预测公式来运用，例如移动通信工程中最常使用的Hata模型和COST231Walfish-Ikegami模型。随着现代城市的发展，基础设施日益增多，房地产开发力度加大，城市的立体环境变化速度较快，大量、持续的实际测量在人力、物力成本上稍显较高，并且随着城市信道容量的要求不断提高，小区的划分越来越小，朝着微小区、微微小区发展，城市场景间的统计相关性容易丢失，这就导致统计模式不再适用；

仿真计算方法使用的是计算电磁学中的方法。在对现代城市无线通信电磁环境进行仿真计算时，相对于电磁波的波长，建筑物的电磁仿真可以归纳为求解电大尺寸的电磁问题范畴内。此时如何精确、快速的求解成为这类工程问题的关键和难题。常用的计算电磁学方法包括精确的低频算法和近似的高频算法。低频算法包括矩量法MoM，有限元方法FEM等；高频算法包括物理光学法PO，一致性几何绕射理论UTD等。MoM最早是由G.Petrov提出，之后由R.F.哈林登系统引入并阐述了其在电磁计算领域的应用分析，矩量法以其高精确度等优点得到了普遍应用，但是当频率升高时，该方法对计算资源的占用急剧增加，因此该方法不适合计算城市规模的电大尺寸问题；UTD作为一种适合电大尺寸模型计算的高频近似方法，其在机载天线和舰载天线的仿真设计方面，以及电磁波在复杂环境，例如城市小区等场景下的电磁传播计算方面都有很好的应用，但是UTD方法无法准确计算天线的辐射场，会在焦散区出现无穷大的结果。在计算城市室外电磁环境问题时也有使用高频方法中的弹跳射线法SBR，但该方法无法解决模型边缘存在的绕射射线问题，射线的缺失将导致仿真结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷，提出一种基于MoM-UTD的城市室外电磁环境态势预测方法，以降低测试成本，减小计算误差，提高预测精度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下：

(1)建立城市仿真模型与天线仿真模型，提取城市仿真模型中的几何信息和电参数信息，几何信息包括建筑物的体、面和边，电参数信息包括建筑物的相对介电常数、相对磁导率和电损耗系数；提取天线仿真模型的工作频率f和源点位置R_s；

(2)设置待测路线的采样点，即场点R₀；

(3)追踪在城市仿真模型中源点R_s到所求场点R₀之间的所有射线：

(3a)分别对每种射线进行寻迹，其中包括直射射线、反射射线、绕射射线以及二阶射线，记录每种射线的作用点和对应的面编号；

(3b)对寻迹的所有射线和其他编号的面进行遮挡判断：