[发明专利]一种射线追踪方法

说明书

本发明公开了一种射线追踪方法，所述方法包括以下步骤：导入场景数据，确定传播射线路径；根据蚁群算法在传播射线路径中获取优势路径；设定误差阈值；多线程并行加速，在满足误差阈值的前提下输出最优射线路径及传播损耗值；其中，所述根据蚁群算法在传播射线路径中获取优势路径具体为：根据蚁群算法统计优势射线路径组合方案；建立禁忌表存放蚁群算法遍历后的优势射线路径组合方案；在禁忌表中寻找最优射线路径组合方案。本发明在保证精度的前提下，减少射线在场景中的遍历时间，选取优势射线替代所有射线；提高射线追踪的适用性，预测复杂场景的信道特性。

技术领域

本发明涉及通信中的信道估计领域，尤其涉及一种射线追踪方法。

背景技术

无线通信系统的研究与开发需要对信道特性有广泛的了解，射线追踪是预测信道特性的一种有效方法。由于完全基于电波传播的物理原理，射线追踪法适用于各类特定场景的电波传播仿真。

国外研究人员Eamonn M.Kenny和Eamonn O.Nuallain提出了一种基于点对多点的三维凸空间射线追踪技术^[1]，将室内建筑模型划分为自由填充的凸空间，生成一种可计算和存储的可见性列表，得到一种有效的图像反射和衍射路径生成算法，和传统的射线追踪技术相比，该技术可以有效地优化基站收发器的位置，并且具有很高的计算效率；HosseinAzodi，Uwe Siart以及ThomasF.Eibert等人提出了一种确定性射线追踪模拟器^[2]，通过体素化技术定义被测几何图形，提高了这种射线追踪器的灵活性。其光照矩阵能够识别所有观测点的贡献射线，并简化场强叠加的计算过程。由于使用了大小相同的矩阵，避免了循环计数，提高了射线追踪的计算效率；在参考文献[3]中，Andres Navarro提出了一种基于接收球的新技术，在保证精度的前提下，结合数值方法和三维射线追踪模型模拟室内环境中的多径传播，大幅度提高了射线追踪的追踪效率。

国内研究人员在参考文献[4]中提出了一种局部口面网格优化算法，将射线管总口面划分为局部口面网格，在每局部口面上抽取采样射线管用于判断其贡献级别，并由计算级别决定是否对局部口面内的射线管进行实际计算，从而避免了大量的无贡献射线管参与求交计算，节省了射线求交运算时间；参考文献[5][6]分别提出了以捷径法和邻域辅助径迹法提高射线追踪效率，捷径法通过实际计算并记录一条射线管的轨迹，作为其后若干条射线管求交计算的优先参考，避免了再次进行漫无目的的遍历式求交，从而大量减少进行实际计算的射线管数量；邻域径迹辅助法在普通径迹法的基础上进行了改善，针对面元形式的目标数据，从提高入射点求解的成功率着手，采用增加对参考路径上参考面元的相邻单元进行相交计算，克服了普通径迹法对射线管划分密度的依赖性；参考文献[7]利用Gmsh软件把三维室内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室内环境中的追踪轨迹。文中提出的场分布快速算法在射线追踪的过程中，不需要和环境中的多面体面进行相交测试，因此提高了计算效率；参考文献[8]介绍了一种多边形三角化算法，旨在射线发射之前对无效射线进行滤除，在保证精度的同时，大幅度提高了射线追踪的计算效率。

综上所述，国内外研究人员通过减少模型与射线基元的相交时间、相交数量等方法提高了射线追踪的计算效率，降低了复杂度。然而，以上改善技术均发射了许多条射线，增加了射线在场景中的遍历时间。

参考文献

[1]Kenny E M,Nuallain E O.Convex space building discretization forray-tracing[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2017,65(5):2578-2591.