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本文作者：陳習(xí)權(quán)孫杰韓海林作者單位：浙江省計(jì)量科學(xué)研究院

反向射線跟蹤的三維路徑搜索

在建立城市小區(qū)地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分別以基站天線和待測(cè)點(diǎn)所在位置為射線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，只要知道建筑物與建筑物上的鋁合金門(mén)窗及其外表面的長(zhǎng)寬高等三維數(shù)據(jù)信息，并將其用作射線跟蹤算法中的相交測(cè)試，就可為輻射場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算提供所需的輻射射線的波程、角度和相位等信息?？紤]到輻射信號(hào)的衰減，可忽略到達(dá)待測(cè)點(diǎn)幅值較小和對(duì)綜合場(chǎng)強(qiáng)影響較小的輻射射線，即忽略三次以上的反射及繞射傳播路徑的影響。反向射線跟蹤的三維路徑搜索算法主要包括直射、一次反射、一次繞射、一次反射加上一次繞射、一次繞射加上一次反射、二次反射、二次繞射。其中，直射是發(fā)射點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)間的視距傳播;一次反射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物表面發(fā)生首次反射后剛好到達(dá)待測(cè)定點(diǎn);一次繞射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物的邊緣棱線發(fā)生首次衍射后剛好到達(dá)待測(cè)點(diǎn);一次反射加上一次繞射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物表面發(fā)生首次反射后剛好通過(guò)建筑物的邊緣棱線發(fā)生再次衍射后剛好到達(dá)待測(cè)點(diǎn);一次繞射加上一次反射是指發(fā)射點(diǎn)的射線遇到建筑物的邊緣棱線發(fā)生首次衍射后再通過(guò)建筑物表面發(fā)生反射并剛好到達(dá)待測(cè)定點(diǎn);二次反射是指發(fā)射點(diǎn)的射線連續(xù)兩次遇到建筑物表面發(fā)生兩次反射后剛好到達(dá)待測(cè)定點(diǎn);二次繞射是指發(fā)射點(diǎn)的射線連續(xù)兩次遇到建筑物的邊緣棱線發(fā)生兩次衍射后剛好到達(dá)待測(cè)點(diǎn)。運(yùn)用反向射線跟蹤算法進(jìn)行路徑搜索，最主要的是進(jìn)行射線與建筑物表面的求交運(yùn)算。采用基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的二叉樹(shù)分區(qū)算法和八叉樹(shù)分區(qū)算法即可求得相應(yīng)的結(jié)果［9—13］。

結(jié)果和討論

以杭州市某小區(qū)移動(dòng)基站附近的輻射場(chǎng)強(qiáng)情況為例，首先對(duì)該小區(qū)的建筑物環(huán)境進(jìn)行三維系統(tǒng)建模，利用建筑物模型的三維數(shù)據(jù)信息進(jìn)行射線跟蹤的路徑搜索，并根據(jù)射線跟蹤搜索結(jié)果對(duì)小區(qū)不同空間分布點(diǎn)1—4進(jìn)行輻射場(chǎng)強(qiáng)的數(shù)值計(jì)算與仿真，合成場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算結(jié)果如表2所示。為進(jìn)一步驗(yàn)證上述數(shù)值仿真計(jì)算的正確性，采用意大利PMM公司生產(chǎn)的PMM8053A型電磁輻射分析儀按測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行實(shí)測(cè)，實(shí)驗(yàn)期間天氣晴朗，測(cè)試時(shí)間為16:00—19:00，室外溫度13—21℃，相對(duì)濕度50%－70%，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)重復(fù)測(cè)量10次，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果如下表2所示。軟件數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果和實(shí)地測(cè)量值的比較如圖3所示。通過(guò)上述軟件數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)值與數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果較為接近，二者的變化趨勢(shì)也完全一致。該數(shù)值仿真計(jì)算方法可較好地滿(mǎn)足城市小區(qū)移動(dòng)通信基站附近電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)理論預(yù)測(cè)的科學(xué)性要求，實(shí)踐證明其實(shí)用、正確、有效。該系統(tǒng)建模與數(shù)值仿真計(jì)算方法適合不同小區(qū)的輻射場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算，但計(jì)算值與測(cè)量值有一定的誤差，可能由以下幾方面的原因造成:(1)在三維建模方面，考慮到計(jì)算時(shí)間和計(jì)算成本，忽略了建筑物表面的細(xì)節(jié)信息，可能會(huì)影響到系統(tǒng)的計(jì)算精度;(2)由于建筑物的材料比較復(fù)雜，而且分布不均勻，建筑物的等效電參數(shù)不易確定，也會(huì)影響到軟件預(yù)測(cè)的精確度;(3)忽略周?chē)?chē)、電線桿等散射體影響也會(huì)給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)一定的誤差;(4)天氣原因或者人為讀取數(shù)據(jù)的讀數(shù)誤差都可能造成測(cè)量值的誤差。但誤差是在允許范圍之內(nèi)(一般不超過(guò)±4dB)，總體能很好地預(yù)測(cè)通信基站附近城市小區(qū)任意場(chǎng)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。