射线跟踪算法应用综述

随着5G网络的商用,运营商越来越关注5G网络部署的投资成本.在5G建网初期,运营商会通过网络规划工具对指定区域进行仿真,最后根据仿真结果制定有效的组网建设方案.由于射线跟踪算法能很好地对信号的直射、反射、衍射、透射等路径建模,它经常被用来作为精细化仿真的方法.本文介绍了射线跟踪相关研究进展及算法应用场景,通过实际案例,...     

一种射线跟踪信道仿真的电磁参数选取方法

为了满足未来无线通信中信道建模日益增高的精度需求,针对射线跟踪信道仿真中电磁参数难以准确确定这一实际问题,提出了一种射线跟踪信道仿真的电磁参数选取方法.该方法利用局部实测的无线电传播信息绘制出无线环境图,基于感知哈希算法快速对比实测与射线跟踪仿真的无线环境图,从而调整仿真环境中的电磁参数使仿真数据逼近测试结果.针对多种...     

室内射线跟踪模拟退火参数校正方法

射线跟踪信道模型具有准确度高的特点,且能适用于复杂场景。但预测精度严重依赖于介电常数等预设参数,为此要利用反演方法对模型参数进行校正。文中以一个室内场景为例,采用模拟退火算法作为射线跟踪的参数校正方法,根据少量实测数值反推出某特定场景射线跟踪的最优参数,从而能够进行更精准的场强预测。     

基于改进灰狼算法的铁路隧道射线跟踪模型校正

针对灰狼优化（grey wolf optimization，GWO）算法易陷入局部最优和收敛精度差的问题，提出了一种基于对立搜索和Levy飞行策略的改进灰狼优化算法——OLGWO算法.在算法初始化阶段，采用对立搜索策略以缩小可行解范围；在灰狼位置更新过程中，为避免算法陷入局部最优采用了Levy飞行策略.4个标准测试函数的仿真实验表明，所提OLGWO算法在收敛速度及求解精度方面均优于GWO算法，可以较快且准确地搜索到目标函数的最优值.基于OLGWO算法对隧道射线跟踪传播模型进行校正的结果表明，校正后的模型在均方根误差和线性相关性方面具有较优的性能，能够实现铁路隧道环境中信号接收功率的精确预测.     

基于三维射线跟踪模型的无线网络仿真研究

无线电磁传播模型是无线网络仿真的基础,传播模型的优劣直接决定着无线网络仿真对网络规划方案、评估等方面的作用。而三维射线跟踪模型则被认为是当今无线网络仿真向精细化、准确化、科学化发展方向的主流趋势,它的引入将对无线网络仿真带来革命性变革。基于此,对三维射线跟踪模型原理、技术特征、适用环境及其对地图的要求、对地图结果的影响等方面做了详细论述,并通过CW发射方式及DT实地试验测试对提升结果进行了认真分析对比,还对其引入所带来的有关问题进行了详细分析。     

反向射线跟踪的反射算法

移动通信基站电磁波传播预测是移动通信网络设计的关键课题。城市中复杂的建筑物环境对电波传播有着很大的影响,射线跟踪方法则是研究在城市环境下电波传播特性的有力工具。目前对射线跟踪的研究大都集中在正向算法。反向算法虽更为精确,但实现过程复杂,因而少有涉及,且国内尚无较好的应用软件。文中对反向射线跟踪的反射算法进行了详细研究。     

射线跟踪模型在LTE无线网络规划中的应用

随着LTE的部署与发展,传统的无线传播模型已无法满足LTE实际规划的需要。文章首先分析了射线跟踪模型在LTE无线仿真的准确性,并在实际网络规划中加以应用。测试结果证明,基于射线跟踪模型的仿真对LTE试验网基站布局的影响及其指导意义。     

基于三维射线跟踪的城市微小区电波传播预测算法

射线跟踪算法是用于城市微小区电波传播预测的一种有效算法,但大多文献只对其正向算法进行了详细的探讨,而对于比较精确的反向算法却少有提及.本文对基于三维模型的射线跟踪反向算法进行了详细的讨论,并建立了城市微小区的三维的反向射线跟踪模型.     

视觉跟踪算法综述

视觉跟踪是计算机视觉领域的重要研究热点。文章根据基于特征的跟踪、基于主动轮廓的跟踪、基于检测的跟踪、基于Meanshift的跟踪等多个分支展开。比较了几种算法的优缺点,并介绍每种算法的适用场景。最后展望了新的跟踪算法技术的发展。     

基于射线跟踪的车联网毫米波信道准平稳区间研究

针对28 GHz车联网中车对基础设施（Vehicle-to-Infrastructure,V2I）毫米波信道,开展了准平稳区间的研究.首先,分析了信道准平稳区间的理论基础和计算方法.其次,利用功率相关（Correlation of Power,CP）算法和谱散度（Spectral Divergence,SD）算法进行准平稳区间的计算.结果表明,CP算法复杂度低且精度较高,更适合用于计算V2I通信场景下的准平稳区间.最后,利用CP算法计算出的准平稳区间作为新的采样间隔,从而减少了射线跟踪仿真器的采样点数.通过原始采样和减少采样点后的信道特性的比较,在合理的门限值下,利用信道准平稳区间的方法加速了射线跟踪仿真器,并且不会造成信道参数的失真.另外,对于信道特性的分析结果也对车联网在毫米波频段的仿真和设计具有重要意义.     

单轴晶体上光线追迹的一套实用公式

本文在固定坐标系中推导了任一空间光线入射到单轴晶体上时折射光线方向矢的一般公式。     

电离层三维射线追踪的快速计算方法

基于三维射线追踪的Haselgrove方程,实现了快速电离层短波数字的三维射线追踪.根据射线传播的几何关系,给出在电离层以下部分的射线参数计算方法.根据电子浓度梯度的变化和自适应Runge-Kutta法,给出了三维射线追踪中自适应改变积分步长的快速计算方法,并以准抛物电离层模型为例,讨论了利用本文方法与解析解相比的精度,以及与各种不同步长相比的时间和精度.结果表明:采用本文方法在相同精度下速度至少可以提高一个数量级.     

基于DSP的太阳光线自动跟踪系统设计与实现

以DSP为主控制器设计太阳光线自动跟踪系统。采用简单的太阳位置算法粗略跟踪太阳光线;再利用光线跟踪传感器精确跟踪。介绍模拟跟踪装置的组成、光线检测原理,并详细描述控制系统。该系统能在大范围内精确检测太阳光线入射角,并将信息实时返回至监控装置。由于跟踪传感装置结构简单、跟踪方法易于实现,且传感器价格低廉．有望应用于高聚光型太阳能发电系统。     

射线跟踪技术中场强计算的改进算法

为减小通信基站附近场强的预测分布与运营后实际分布之间的误差,利用角度缓存区改进算法跟踪射线,提出场强精确算法.通过建立三套坐标系,并考虑通信基站天线下倾角、±45°极化、三瓣花布局等实际因素,推导场强之间的关系.结合天线方向图及波极化面的旋转,计算每条路径场强幅度及相位.对不同路径场强矢量合成,求出精确解.用该算法对两个实例进行计算,结果与实测值误差小于4dB.该算法及程序可用于电磁环境影响评价及场强预测.     

电离层高频传播点对点射线追踪仿真器

为了发展高效的高频(High Frequency,HF)电波点对点传播仿真工具,研究了一个HF电波经电离层反射传播的点对点射线追踪仿真器(Point-to-point Ionospheric Ray Tracing Simulator,PIRTS).该仿真器通过求解Haselgrove方程进行射线追踪,电离层传播环境使用三维网格,网格由国际参考电离层2007版(International Reference Ionosphere,IRI2007)生成或由电离图导出的真高剖面提供,地磁场使用国际参考地磁场第11版（International Geomagnetic Reference Field,IGRF11)建模.PIRTS能高效搜索连接发射点和接收点的所有射线,包括低角射线、高角射线以及不同层反射的射线.为了验证PIRTS的精度和实用性,比较了实测的与PIRTS仿真合成的垂测电离图,还比较了西安莆田HF链路上观测的与PIRTS仿真的最大可用频率.对比结果表明：PIRTS具有较高的精度和较快的效率,能达到实用的水平,尤其适合于斜向电离图的仿真、HF通信选频等点对点传播问题.     

基于双向射线追踪的损耗介质目标散射计算

双向解析射线追踪(Bi-directional Analytical Ray Tracing,BART)算法从发射端和接收端同时追踪电磁波射线在导体表面的弹跳过程,并用解析的三角形表征射线束的横向尺寸,极大地提高了电大尺寸导体目标的电磁散射计算速度.将此算法进一步推广,发展了扩展型双向解析射线追踪(Extended BART,E-BART)算法,并应用于电大尺寸、有耗介质目标的高频电磁散射计算.针对介质面元,E-BART算法需同时考虑反射射线和透射射线的追踪过程,并计算物理光学(Physical Optics,PO)和几何光学(Geometry Optics,GO)散射参数.损耗介质的射线传播过程满足复Snell定理,传播方向由等相面确定,衰减方向由等幅面确定.考虑到损耗介质内部的格林函数与空气的格林函数不一致,提出了PO/GO近似变换的思想来计算相应的散射场.与商业FEKO软件的计算结果对比,证明了E-BART算法的准确性和高效性,并分析了几种典型目标的散射特性.     

山地场景下3D射线跟踪的应用分析

山地场景海拔落差较大,地势起伏且遮挡多,传播环境复杂.与传统SPM传播模型相比,3D射线跟踪模型更好的反映了电磁传播的反射、绕射和衍射等场景,且模型参数也更加丰富,因此,会更准确合理.本文主要通过在云南某山地场景进行CW测试,使用3D射线跟踪传播模型进行模型校正并分析模型校准的结果,深入分析了在山地场景采用3D射线跟踪...     

基于射线跟踪的小区信号强度估计

基于经验模型的无线信号强度估计方法无法针对具体物理场景,估计结果精度低,无法满足移动通信网络规划和优化的需要。射线跟踪技术能依据场景信息跟踪电波传播路径,但现有的反向跟踪方法在进行室外成片区域信号强度估计时复杂度高,无法实用。为提高估计结果的精度,降低估计方法的复杂度,提出了一种正向跟踪信号强度估计方法,将基站天线处发射的电磁波模拟成离散的射线,在考虑建筑物形状、分布信息的基础上采用基于网格的搜索算法跟踪射线路径,在接收点处对反射、绕射射线接收合并,最终得到基站覆盖区域的信号强度分布。仿真结果表明该方法的场强估计结果和实测数据吻合程度远大于经验模型估计方法,并且80%左右的估计结果和实测数据的误差在12 dBm以内,可应用于移动通信网络规划和优化。     

高性能射线跟踪技术在智能交通领域的应用

随着移动通信技术的快速发展和更新换代,各行各业的信息化、智能化日益依赖于无线通信的强有力保障。因此,准确的信道信息、可靠的无线覆盖至关重要。射线跟踪技术面向不同行业的各类通信场景,通过建立有效的三维场景模型,以材料电磁参数、天线参数为基础,依托高性能计算引擎,将光学的射线技术引入电磁计算领域,能够准确地表征反射、散射、绕射、透射等多种电波传播机理及其对无线系统的影响。本文介绍了作者团队自主研发的高性能射线跟踪仿真平台,围绕高性能射线跟踪技术在智能交通领域的应用案例,阐述了射线跟踪技术在轨道交通、水路交通、公路交通等智能交通领域无线网络规划与优化、无线信道建模及信道特性分析等方面的技术优势,以期以自主可控的高性能射线跟踪仿真技术更好地助力我国交通强国战略的实施。