复杂地形条件下电波传播特性预测

电磁环境计算是战场电磁环境预测仿真系统的核心,为了准确预测不同环境下的电波传播特性,从复杂地形条件展开研究,给出一种基于PE模型的电场强度计算方法,仿真比较了辐射源在不同地表类型下的传播损耗,仿真预测了复杂地形条件下电波传播特性,仿真结果表明地表电磁特性对传播损耗的影响较小,相比于地表电磁特性,不规则地形对电波传播影响更为明显。     

地理信息系统在无线电管理中的应用

无线电管理关系到空间、时间、频率三维特性 ,而频率规划、频率指配和台站设置审批等工作需要进行同频干扰计算、台站覆盖范围预测等电磁兼容分析。而台站覆盖范围由电波传播损耗决定 ,电波传播损耗与地形地貌有直接关系 ;这样 ,对于地形信息要求非常精确 ,如台站设置经纬度、海拔高度、天线高度、地表特性等 ,所以利用地理信息管理系统平台对无线电管理有广泛的应用 ,以下介绍利用地理信息管理系统平台作台站覆盖范围预测的应用。一、地形地物数据库的建立将服务区分成许多小单元 ,根据地形地物特性 ,如海拔高度、树木等地表特性 ,作为数据…     

基于圆柱抛物方程的城市环境电波预测模型

提出了一种三维实体重建技术与柱坐标抛物方程结合的城市环境电波传播预测方法。从数字地图 中提取城市建筑物高程矢量数据,建立立体光刻文件的拓扑数据结构,将其转化为抛物方程模型对应的扇形栅格数 据,实现城市建筑群的三维几何模型重构。同时结合聚类算法并利用城市影像信息对地表环境进行分类,对不同类 型的地表媒质赋予不同电磁参数,实现真实城市环境下同时包含建筑物信息和地表媒质参数的一体化电磁建模。 最后,采用分步傅里叶圆柱坐标系抛物方程法,对三维城市环境中电波的传播特性进行仿真分析。数值计算结果表 明,相较于传统经验模型,该方法能够考虑电波的反射、折射和衍射效应,可准确预测真实城市环境下的电波传播规 律,且具有较高计算效率。本模型可为无线网络规划、电磁频谱地图构建等提供指导。     

地面电磁环境分类及其神经网络识别

基于地球表面地形地物的微波电磁散射和辐射性进行环境的分类和识别,对地球环境和资源遥感以及地海面雷达目标检测、电波模化技术等均具有十分重要的意义。本文根据地理信息和电磁散射特征分析了地面电磁环境的主要分类方法,并利用多层感 知器神经网络,对八种典型的地物类型Ｌ、Ｘ波段多极化多入射角电磁散射实验统计模型和数据进行了学习和识别,结果证明了神经网络对多特征数据分类识别的有效性。     

一种基于生成对抗网络的电波传播数据增强方法

电波传播模型是频谱管理、通信领域的关键研究内容。能否精准刻画电波传播模型，将直接影响传播损耗计算、频谱态势生成等实际效果。模型研究需电磁环境感知数据支撑，而现有电磁环境感知数据稀缺，采集困难，且往往只关注场强等表征信道特性的要素，因此研究了一种基于生成对抗网络的电波传播数据增强方法。该方法由经纬度获取测量点高程信息和卫星图像，并联合经纬度基于条件生成对抗网络对卫星图像增强，获得包含信道特性和地形变化的联合数据集。结果表明，在相同电波传播预测模型下，采用该方法生成的数据集预测精度提高2.7%，使得传播模型构建具备了更多的数据支撑。     

基于点云重建复杂城市建筑环境的电磁计算

在现代城市环境中,地形地貌地物复杂,精确评估电波传播效应十分困难. 针对传统城市建筑环境电磁计算物理建模不够精确的问题,提出利用多视角立体视觉的方法对城市复杂建筑环境进行基于点云的三维重建,获取精确的三角网格模型,并通过机器学习图像分割的方法获取城市环境边界电磁属性;在此基础上进行基于一致性绕射理论的射线追踪电磁计算,从而获取厦门大学翔安校区的电磁态势分布. 通过在不同分辨率网格模型上计算,并与COST231-Hata模型和实际测量结果对比,高分辨率网格模型的均方根误差为6.065 5 dB,证明了本文建模及计算方法的有效性.     

倾斜影像辅助的无人机载LiDAR高陡边坡形变监测

针对高海拔峡域地形地貌环境下基于轻小型无人机载LiDAR对高陡边坡激光点云扫描数据缺失导致DEM重建及形变分析精度低的问题,优化设计了一种垂直于山脊线、变高飞行的无人机点云/多视影像数据采集,以及影像密集匹配点云辅助下LiDAR三维激光点云的滑坡群DEM重建方案,实现了复杂地形地貌下LiDAR点云数据安全、高效的采集,改善了高陡边坡DEM重建及形变监测的精度和完整性。该方法基于迭代最邻近点算法,将倾斜影像生成的点云数据与同期获取的LiDAR点云数据配准和融合,实现了LiDAR点云数据缺失补偿,进而构建出完整、高精度的DEM,并与往期倾斜影像生成的DEM进行差分,对三个典型滑坡体进行了高程形变分析。以青海龙羊峡水电站的高陡边坡滑坡群为研究区,利用实测的GNSS地面控制点进行实验验证,得出结论：融合后的LiDAR点云精度为0.063 m,比融合前提高了0.018 m;重建的三个典型滑坡体的DEM高程精度为0.08 m,提升了边坡DEM重建的完整性和精度;对三个典型滑坡体2018、2021年两期高程形变分析,表明：滑坡群中多个边坡发生不同程度的土体滑动,高程方向的形变高达50多米,滑坡群形变...     

禄丰恐龙谷UAV LiDAR点云构建背斜数字地貌模型研究

UAV LiDAR具有高效、准确地采集复杂地形点云数据的优势,已成为构建精准数字地貌模型的重要手段。然而,针对背斜地貌的UAV LiDAR点云构建数字地貌模型的插值误差研究缺乏,严重制约了其在地貌学研究中的应用。本文基于禄丰恐龙谷环状构造中背斜地貌的UAV LiDAR点云数据,优选了IDW、NN、RBF、TIN、OK插值算法的关键参数,采用交叉验证和模型差异衡量不同点云密度和地表粗糙度下的插值精度,全局Moran指数、地貌参数分析误差的空间分布特征,基于最优的模型分析褶皱构造的形态特征。结果表明:1)IDW最优参数为权指数2和搜索点数16,RBF为规则样条函数和搜索点数24,OK为球面函数、无方向和搜索点数8;2)IDW最容易受点云密度的影响,TIN抑制插值误差随点云密度变化的效果最好,OK构建的模型最优;3)局部插值误差在空间上是可变的,地表粗糙度大的区域误差增加得快;4)该褶皱分为穹窿构造和短轴褶皱两类,翼间角为108～131°,背斜Ⅱ沿西南-东北向地下延伸。研究结果可为UAV LiDAR用于禄丰恐龙谷环状构造数字地貌建模及地表特征测量模拟分析提供参考。     

预测毫米波雾衰减的抛物方程模型研究

雾是影响毫米波通信系统性能的典型气象条件之一.针对传统经验模型无法精确预测多径效应下的电波传播问题,给出了基于抛物方程的雾衰减预测模型.以自由空间雾特征衰减的预测为例,将本文模型与Rayleigh近似及经验模型的计算结果进行对比,验证了该方法的可靠性.最后将该模型应用于预测35 GHz和94 GHz毫米波在分别含有平流雾和辐射雾的复杂环境中的传播特性,仿真结果表明该模型有效地反映了地形绕射、地表反射等对电波传播的影响,为快速准确地预测复杂地理环境及特殊气象条件中的电波传播特性提供了一种有效的预测模型.     

不同地形激光雷达数据点云的信息提取方法

针对不同地形点云数据采用不同的滤波和格网插值方法提取地面信息,得到了良好的滤波插值效果,为后续地表下沉盆地获取等工作提供了优质的基础数据。对于不同的点云数据,文中分别进行了针对性的处理。对地表平坦且植被稀少的点云数据,采取高程最低点采样并替代格网高程值的方法;对地物和植被杂乱的点云数据,采用基于先验高程信息滤波与Kriging格网插值相结合的方法;而对于地形起伏较大的点云数据则采用渐点加密TIN滤波与Kriging格网插值相结合的方法,最终得到高质量的基础数据并应用于工程实际。     

基于MATLAB提取数字地图的电波传播问题研究

在抛物方程的基础上引入了地形高程剖面,预测了复杂地形条件下的电波传播特性.首先,基于MATLAB提取调用了数字地图,给出了其主要程序流程图以及提取调用的方法,之后采用插值方法增加了地形模型与实际地形剖面的契合度;其次,使用MATLAB的GUI功能设置了一个高程剖面系统,该系统能够提取地球上任意两点之间的地形高程剖面;最后,通过将高程剖面系统提取的地形高程剖面加入到抛物方程模型中进行计算,分析了在复杂地形环境下电波传播的特性.     

使用显著性划分的机载激光雷达点云滤波

点云滤波是机载激光雷达点云数据处理的一个关键步骤。针对目前已有算法存在的单一方法在特定地形的点云滤波效果较好，而对于复杂或混合地形滤波效果不理想的现状，提出了一种基于点云网格地面显著性的点云滤波方法。该方法在点云以虚拟网格组织的基础上，使用扫描线高程分割的方式，计算各网格单元的地面显著性指标，依据地面显著性值对网格内的点云进行地形类别划分，对不同类别的网格单元，使用不同的滤波处理手段。该方法与其他经典方法相比，避免了迭代加密过程，在起伏区域使用曲面而非平面来代替局部地形，在不显著增加计算量的情况下，对于复杂和混合地形具有更好的适应性，能够生成可靠性较高的地面点集合。     

联合NDRI特征和空间相关性的机载MS-LiDAR数据分类

对比仅包含多光谱信息、仅可实现二维土地覆盖分类的传统光学遥感数据,机载多光谱激光雷达(multispectral light detection and ranging,MS-LiDAR)的优势在于同时包含多光谱和空间信息、可实现三维土地覆盖分类,但现有的机载MS-LiDAR数据的土地覆盖分类研究所需特征维度过高、算法复杂度高。因此,提出了一种整合空间相关性和归一化差分比率指数(Normalized Difference Ratio Index,NDRI)特征的逐步分类算法。该算法首先融合机载MS-LiDAR数据的多波段独立点云,获取兼具空间位置及其多光谱信息的单一点云数据;然后利用空间邻域增长下的地面滤波算法分离地面和非地面点;接着基于不同目标的激光反射特性差异设计将草地(树木)自地面(非地面)中分离的NDRI指数,并利用类间方差最大原则下的自适应最优NDRI指数实现地面和非地面点的精细分类;最后利用3D多数投票法优化分类结果。采用加拿大Optech Titan实测MS-LiDAR数据测试提出算法的有效性及可行性,实验结果表明：算法的平均总体精度和Kappa系数分别可达90.17%和...     

机载LiDAR点云中电力线的提取和重建研究

为了实现输电线走廊的有效监管，采用了一种基于机载激光雷达(LiDAR)点云的电力线提取和重建的方法。首先利用点云的回波信息滤除大部分地物点，保留电力线的全部信息, 然后基于格网高差和高程阈值剔除大部分非电力线点云，实现电力线的初提取。针对初步提取出的电力线点云，通过Hough变换分离出单根输电线点。为提高电力线点的提取精度，对Hough变换提取的结果进行了改进，利用局部极值点检测的方法确定杆塔的位置，最后通过带有限制条件的多项式模型对每档电力线进行分段拟合，实现电力线模型的3维重建。结果表明，利用该算法提取出了424个电力线点，总的提取精度达到87.603%，拟合出的电力线模型效果较好。该算法可以自动、精确地实现LiDAR点云数据中电力线的提取和重建，对输电线走廊巡检具有很好的实用价值。     

基于激光引信的回波仿真及抗干扰研究

为了提取目标回波信号的特征信息、提高回波信号仿真精确度,采用地面验证实验时将回波数据记录下来对其数字仿真的方法,将二次曲面单元作为几何建模的基础单元来建立目标几何模型,基于目标表面的材料及双向反射分布函数实测数据,结合遗传优化算法对不同波长的样品从不同角度来进行五参量建模。采用回波包络上升速率的区域联合判别方式,对不同环境下目标的点回波幅值进行了实验验证。结果表明,电压在云烟环境与理想环境下的偏差约为65.3%,包络走势满足对目标识别的判定准则,且在云烟环境中实现了抗干扰,能够修正改善目标在云烟环境下回波信号的仿真模型,提升仿真精确度。     

不同气象条件下雷达能量覆盖范围研究

基于实际地形和气象条件,通过插值技术实现从三维数字地球生成地形路径上高精确度的高程数据,结合大气折射率模型和抛物方程模型,计算电磁波在地形剖面上的传播损耗。通过方位角扫描,计算出单站雷达在空间特定高度的能量覆盖范围。仿真结果表明,该方法可同时考虑气象和地理因素对雷达能量覆盖范围的影响,与人眼视觉范围对比更能体现电磁波的传播效应,为有效预测复杂气象地理环境下雷达能量覆盖范围提供了一种可靠的技术途径。     

PE模型三维电磁环境计算方法研究

电磁环境计算是战场电磁环境预测仿真系统的核心,PE模型中只考虑了二维电波传播问题。基于GRID的二维地形剖面获取是PE模型三维电磁环境计算方法的基础,在此基础上文中研究了三维电磁环境计算方法的流程与步骤。采用ArcGIS软件中的ArcGlobe建立地理环境模型,给出了一种基于GRID型数字高程模型的三维电磁环境计算方法,分为地形剖面划分、剖面参数获取与计算、三维电磁场数据生成以及多辐射源电磁环境叠加4部分,有效地将二维PE扩展为三维情况,为仿真软件的设计实现奠定了基础。     

复杂地形中的电波传播损耗预测研究

远距离不规则复杂地形中,电波传播损耗计算精度较低,对此,文中提出了一种基于地理信息系统并根据实际地形提高电波传播损耗计算精度的算法模型,构建了可视化的软件显示平台。首先,根据国际电信联盟(ITU-R)的P系列电波传播建议书,结合实际地理信息情况获取了地形和环境因子的数据。然后,通过数字地图模型,针对传播路径上各种不同地形区域,分别建立传播模型来计算电波传播损耗,并完成仿真计算界面的设计和实现。最后,给定收发天线高度和频率,依据实际地形,建立完整的电波传播模型进行仿真实验。结果表明,该算法模型不仅能得到传播路径上每一个点的损耗,而且与传统的Hata模型对比,该算法在不同区域和地形中敏感度更高,可以有效提升传播损耗计算精度,更适用于计算实际地形中远距离不规则复杂地形下的电波传播损耗,帮助改善通信质量。