基于高密度子网格光线追迹的三维发射层析重建算法

三维(three- dimensional,3D) 发射层析技术(emission computerized tomography,ECT) 是一种简单、高效且准确的燃 烧场3D成像与检测技术,其中权重矩阵的计算 精度决定了层析重建的精度和质量。本文研究了一种基于高密度子网格光线追迹的权重矩阵 计算方法, 将被测区域划分为密度更高的子网格,并根据相机成像模型实现光线追迹,以确定离散网格 对投影像素 的权重因子。数值模拟和燃烧火焰重建实验表明该算法具有较高的精度和计算效率。该研究 对于3D发射层析技术的实用化具有重要的理论意义。     

RSS协助的ray-tracing室内定位算法

针对室内定位,当信号受到非视距(non-line-of-sight, NLOS)和多径传播的影响时,本文提出一种接收信号强度(Received Signal Strength, RSS)协助的Ray-tracing室内定位算法,改进已经提出的基于虚拟基站方法的信号到达时间 (Time of Arrival, TOA)和信号到达角度(Direction of Arrival, DOA)室内无线信号Ray-tracing模型,利用信号RSS测量值优化算法,实现TOA、DOA和RSS协同定位,提高室内多径及非视距环境下,无线定位的精度,降低算法复杂度,提高算法处理信号多重散射的能力并降低了对基站的依赖性适用环境更为广泛。首先通过RSS得到信号源可能存在的位置,随后利用Ray-tracing原理并使用虚拟基站,将非视距路径定位问题转化为视距路径定位问题,利用TOA和DOA对直射、透射、反射和绕射情况进行分析建模,最后使用最小二乘法对可能的位置进行筛选,得到信号源的最终位置。仿真结果表明,本算法较改进前拥有更高的定位精度。      

室内射线跟踪关于反射次数的收敛性分析

由于射线跟踪所需时间随着反射次数增加而迅速增加,反射次数的上限值对于室内射线跟踪的精确度和效率至关重要。因此,本文开展了一个基于统计分析室内场景数据的射线跟踪收敛性研究。通过统计场景中的分布特征,分析射线跟踪不同反射路径的概率,研究接收功率关于射线跟踪最大允许反射次数的收敛关系,得出最优的反射次数上限值,实现优化室内射线跟踪的效率和精确度。将本文模型收敛性与射线跟踪仿真结果的收敛性参数进行对比,在同样计算精确度下,本文模型的收敛结果与射线跟踪仿真收敛结果一致,验证了本文模型的准确性。     

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...     

大气波导环境下的射线追踪算法

为了形象地模拟电磁波在大气波导环境下的传播路径,以及获得射线传播过程中的各项参数,介绍了两种常用的射线追踪模式:传统积分模式与泰勒级数近似模式,并根据两种模式的优缺点分别将它们应用于高、低仰角的射线传播,形成一种混合算法并给出了详细的程序流程.此算法在计算复杂波导环境下的射线轨迹方面县有实用性强、准确度高的特点.通过对典型波导剖面、实测大气剖面以及大气水平不均匀剖面的仿真结果分析,充分验证了此算法的有效性.     

NURBS-UTD方法的反射射线寻迹算法研究

针对目前的UTD方法无法处理任意弯曲模型这一缺陷,该文将CAGD中广泛使用的NURBS曲面建模技术与计算电磁学中广泛使用的UTD方法相结合,讨论了NURBS-UTD方法的反射射线寻迹算法.该算法可应用于包括UTD方法中典型的柱、锥在内的任意曲面上,数值结果表明了算法的有效性及实用性.     

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.     

Exhaustive ray tracing algorithm for microcellular propagationprediction models

A new 3D exhaustive ray tracing algorithm for microcells is presented. This algorithm, based on an intelligent sequence search and Fermat's principle, overcomes some of the limitations of `brute force' ray tracing and image theory     

三维无规则不均匀折射率场光线追迹新方法

飞行器在大气层中高速飞行时,气动加热,光学窗口与外部气流相互作用形成了复杂的流场结构。其折射率分布无规则、不均匀,很难准确得到光线的传播路径。为此,提出三种四阶精度方法的光线追迹方案,通过与螺旋光线解析解结果进行对比,发现四阶Runge-Kutta方法光线追迹过程中最大相对误差为1.610-8,Richardson外推法为1.210-8,Adams线性多步法为1.210-11,确定Adams线性多步法是可用于光线追迹的高精度、高速的方法。基于多项式拟合的任意点插值方法可以获得比距离反比法更高的折射率场插值精度。并将该方法运用在导弹的光学窗口附近流场引起的波前畸变的计算,对计算结果进行了对比,结果表明Adams线性多步法以Runge-Kutta方法起步,但Admas方法没有忽略前一步的计算结果,不会带来误差的累积,所以结果更接近真实解,而Richardson外推方法算出的光程差大小与其他两种方法明显不同。     

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.     

Analysis of multipoint transmission at higher frequencies using 3‐D ray tracing

The target of this article is to analyze the impact of multipoint transmission e.g. joint transmission (JT) in an outdoor microcellular environment at 15 and 28 GHz frequency through simulations. The impact of the JT threshold i.e. the threshold for switching between the single and multipoint transmission mode is also analyzed in this article. For this research activity, a “sAGA” MATLAB based 3‐D ray tracing tool is used for the simulation purpose. The received signal power and throughput are used as a performance metrics for the analysis. The simulation results show that the JT from two transmission ports provides up to 12.46% and 17.78% of relative throughput gain with respect to the transmission from single port at 15 and 28 GHz, respectively. The multipoint transmission with certain decibels (dBs) of JT threshold is found to be more efficient compared with the undefined JT threshold. In the light of simulation results, the JT is found as a promising technique for compensating the propagation loss at higher frequencies, and especially in a critical handover region the multipoint transmission helps in making a smooth handover.     

基于光线追迹的LED裸眼三维显示技术准直性研究

在LED集成成像裸眼三维显示中,LED大屏幕的单个像素点的发散角很大,使用平凸及双凸透镜,图像的重构光线发散且相邻透镜单元间的像素串扰大,导致立体场景再现的过程中图像不清晰,影响重构三维图像的质量。根据光线追迹原理,分析了LED集成成像的成像过程,研究不同形状透镜阵列与LED集成成像相邻透镜单元间像素点间串扰的关系,仅使用单个凹凸透镜有效地控制了重构光线的发散问题,使通过透镜的重构光线更加汇聚准直,光线平行出射,有效地减小了相邻透镜间的像素串扰,提高了成像质量。通过比较字母模型成像的仿真结果,凹凸透镜非常适用于LED集成成像,成像的效果优于其他形状透镜。     

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.     

射线跟踪技术分析电大尺寸天线罩的寻迹算法

用几何光学——单一平面波射线跟踪技术解决电大尺寸多层介质罩内电磁波传播问题的关键任务是求解射线与各介质分界面的交点，尤其是为了考虑介质分界面曲率的影响，需要计算波阵面的曲率矩阵，因此有必要用更严格的方法来求射线与曲面的交点。论述了在已知天线罩各介质分界面曲面方程的情况下如何用数值方法中的二分法来计算射线和介质分界面的交点，其算法直观、可靠，适用的曲面方程形式广泛。     

非平行分层等离子体鞘套电波传播的复射线方法

基于损耗媒质的复Snell定律提出采用复射线方法研究电磁波在非均匀且非平行分层的等离子体媒质中的传播特性.该方法考虑非均匀平面电磁波的复射线(包括等幅度面的传播射线和等相位面的传播射线), 追踪电磁波复射线在每层媒质中的传播路径以及它们透过媒质分界面时的折射射线, 同时根据复射线的传播方向计算电磁波在每层媒质中的传播衰减, 数值累计整个传播过程中的传播衰减即可获得电磁波穿过等离子体鞘套的总衰减.由钝锥体仿真流场数据简化出非平行分层几何模型并采用复射线方法进行计算分析.计算结果表明:飞行器头部至尾部的传播衰减相差巨大且呈现迅速减小趋势, 非平行分层非均匀等离子体媒质存在某特定入射角, 能使传播衰减达到最小值.     

光滑曲面上测地线射线寻迹算法及爬行波计算

提出了一种光滑凸曲面上的一致性几何绕射理论(UTD)爬行波射线寻迹算法,该算法结合泰勒级数,并根据测地线的相关性质,使用计算几何方法对暗区爬行波射线进行寻迹;在参数曲面片上根据测地线性质求解爬行波轨迹点,并对爬行波在任意一点处的测地曲率进行计算,结果准确度高。最后使用该算法结合UTD方法计算二维圆柱的散射场,得到的结果与级数解吻合,验证了本文算法的有效性,扩展了UTD方法在实际工程中的应用。     

Digital ray tracing for geotomography

Two methods for determining the coefficients in R, each element of which represents the transit length of the ith arc over the jth cell, are examined. The first method calculates the exact distance traveled by the ith ray over the jth cell, rij. For situations in which only a 0 or 1 indication of whether a cell is touched by a ray is required, a digital ray tracing method is considered. The quality of the images and the speed of the algorithms are discussed     

城市微小区准三维射线追踪模型的计算与仿真

基于几何光学理论、一致性绕射理论和镜像理论,运用射线追踪方法,提出一种有效的准三维电波传播预测模型。针对已有文献在相交遮挡测试时会漏掉或多取一些面的缺点,本模型采用计算点源(根节点、镜像点和绕射点)到各个面端点角度的方法,结合点源的可视范围得到点源的可视面。不仅减少了对可视面进行相交遮挡测试的次数,而且克服了文献中遮挡测试的缺点,计算准确度和效率均有显著提高。通过将该模型的预测结果与测量结果、文献中预测结果的对比,证明了模型的正确性。     

基于高斯光束与射线追踪的短波波场计算算法

短波通信中几何光学理论难以计算焦散波场的传播问题,提出一种基于高斯光束的短波传播计算算法.首先,采用高斯光束法将产生高频波场的波源分解为若干个高斯光束;然后,通过射线追踪法与拉格朗日公式计算每个高斯光束,通过沿光束中心射线的ODE(常微分方程)计算曲率与光束宽度等定量;最终,采用泰勒展开式决定中心射线附近光束的贡献度,将接收点附近的高斯光束进行加权求和,获得接收端的波场.实验结果表明,本算法可有效地计算焦散的短波传播,并且与几何光学法的误差极为接近.