Распространение радиоволн ВЧ/Рей-трейсинг: различия между версиями
Строка 93: | Строка 93: | ||
########Если <math>\rho_k \in </math><tt> [[Распространение радиоволн ВЧ/Источник|<math>s_j</math>]].Область регистрации луча <math>(\theta,~\varphi,~\frac{\Delta_{\theta} (\theta)}{2^i},~\frac{\Delta_{\varphi} (\theta, \varphi)}{2^i},</math> Distance<math>)</math></tt> | ########Если <math>\rho_k \in </math><tt> [[Распространение радиоволн ВЧ/Источник|<math>s_j</math>]].Область регистрации луча <math>(\theta,~\varphi,~\frac{\Delta_{\theta} (\theta)}{2^i},~\frac{\Delta_{\varphi} (\theta, \varphi)}{2^i},</math> Distance<math>)</math></tt> | ||
#########<tt><math>\rho_k</math>.Зарегистрировать([[Распространение радиоволн ВЧ/Источник|<math>s_j</math>]].Напряженность<math>(\omega_n,~\theta,~\varphi</math>, Расстояние(Position, <math>\rho_k</math>.Позиция()), [[Распространение радиоволн ВЧ/Геометрическая модель|G]].[[Распространение радиоволн ВЧ/Среда распространения|Среда распространения()]]<math>)</math>)</tt> | #########<tt><math>\rho_k</math>.Зарегистрировать([[Распространение радиоволн ВЧ/Источник|<math>s_j</math>]].Напряженность<math>(\omega_n,~\theta,~\varphi</math>, Расстояние(Position, <math>\rho_k</math>.Позиция()), [[Распространение радиоволн ВЧ/Геометрическая модель|G]].[[Распространение радиоволн ВЧ/Среда распространения|Среда распространения()]]<math>)</math>)</tt> | ||
#######Если <tt>[[Распространение радиоволн ВЧ/Источник|<math>s_j</math>]].Напряженность<math>(\omega_n,~\theta,~\varphi</math>, Distance, [[Распространение радиоволн ВЧ/Геометрическая модель|G]].[[Распространение радиоволн ВЧ/Среда распространения|Среда распространения()]]</tt><math>)>E_{end | #######Если <tt>[[Распространение радиоволн ВЧ/Источник|<math>s_j</math>]].Напряженность<math>(\omega_n,~\theta,~\varphi</math>, Distance, [[Распространение радиоволн ВЧ/Геометрическая модель|G]].[[Распространение радиоволн ВЧ/Среда распространения|Среда распространения()]]</tt><math>)>E_{end}</math> | ||
########Angle <tt><math>\leftarrow</math> [[Распространение радиоволн ВЧ/Луч|Ray]].Угол пересечения([[Распространение радиоволн ВЧ/Грань отражающего объекта|<math>t'</math>]].Плоскость грани())</tt> | ########Angle <tt><math>\leftarrow</math> [[Распространение радиоволн ВЧ/Луч|Ray]].Угол пересечения([[Распространение радиоволн ВЧ/Грань отражающего объекта|<math>t'</math>]].Плоскость грани())</tt> | ||
########<math>s' \leftarrow</math><tt> [[Распространение радиоволн ВЧ/Вторичный источник при рейтрейсинге|Вторичный источник при рейтрейсинге]].Создать([[Распространение радиоволн ВЧ/Источник|<math>s_j</math>]].Напряженность<math>(\omega_n,~\theta,~\varphi</math>, Distance, [[Распространение радиоволн ВЧ/Геометрическая модель|G]].[[Распространение радиоволн ВЧ/Среда распространения|Среда распространения()]]<math>),</math> Angle, <math>P,~t'</math>)</tt> | ########<math>s' \leftarrow</math><tt> [[Распространение радиоволн ВЧ/Вторичный источник при рейтрейсинге|Вторичный источник при рейтрейсинге]].Создать([[Распространение радиоволн ВЧ/Источник|<math>s_j</math>]].Напряженность<math>(\omega_n,~\theta,~\varphi</math>, Distance, [[Распространение радиоволн ВЧ/Геометрическая модель|G]].[[Распространение радиоволн ВЧ/Среда распространения|Среда распространения()]]<math>),</math> Angle, <math>P,~t'</math>)</tt> | ||
########<math>S \leftarrow S \cup s'</math> | ########<math>S \leftarrow S \cup \{s'\}</math> | ||
######<math>\varphi \leftarrow \varphi + \frac{\Delta_{\varphi} (\theta, \varphi)}{2^i}</math> | ######<math>\varphi \leftarrow \varphi + \frac{\Delta_{\varphi} (\theta, \varphi)}{2^i}</math> | ||
####<math>\theta \leftarrow \theta + \frac{\Delta_{\theta} (\theta)}{2^i}</math> | ####<math>\theta \leftarrow \theta + \frac{\Delta_{\theta} (\theta)}{2^i}</math> |
Версия 15:31, 15 ноября 2016
Модель
Алгоритм
Идея последовательного приближения
Идея заключается в последовательном удвоении числа элементарных модельных экспериментов. Это продолжится до тех пор, пока результат текущего моделирования не приблизится к результату моделирования на предыдущей итерации:
, где
- - параметр моделирования, задаваемый пользователем.
Однако сравнение соседних итераций не дает достаточного условия на достижение заданной точности (основная причина этого - излучение по направлениям). Поэтому правильнее будет сравнивать итерации через одну, две и т.д.:
, где
- также будет задаваться пользователем.
- здесь - это параметр цикла, стоящего над циклами основной программы, .
При равномерном увеличении числа направлений излучения от первичного источника в два раза путем деления на 2 соответствующего шага по углу в процессе увеличения
, только каждое второе направление будет новым, т.е. не учитанным на предыдущих итерациях. Другая половина будет повторять эксперименты, уже выполненные ранее. Поэтому в цикл основной программы введено дополнительное условие для учета этих повторений.Шаги
по азимуту и по зениту источника являются функциями от направления либо постоянными.Угловой шаг дискретизации как функция ХН
Большинство современных вещательных систем используют панельные антенны с ограниченными углами раствора диаграммы направленности (ДН) в горизонтальной плоскости (до 120°) и очень малыми углами в вертикальной плоскости (до 20°). Соответственно, в таких системах происходит серьезное перераспределение излучаемой энергии в пространстве. Типичные коэффициенты усиления: 16-18 dBi. Поэтому одним из решений задачи оптимизации является использование динамического углового шага дискретизации
как функции от характеристики направленности источника.Изменение частоты дискретизации
происходит по следующему закону:, где
- - максимальное и (для любого ) минимальное значение частоты дискретизации;
- коэффициент девиации, где
- - максимальное расстояние от источника до границ модели;
- - функция ХН;
- - зенитный и азимутальный угол;
- - частота излучения;
- - длина излучаемой волны.
Тогда шаг дискретизации (угол) будет меняться по следующим образом:
Общее кол-во лучей определяется выражением:
С учетом, что максимум ДН находится в
, получим выражения:,
.
Инициализация геометрической модели
Перерасчет высот с учетом кривизны земли и рефракции радиоволн в тропосфере.
Входной параметр
пересчитывается в соответствии с формулой:, где
- - радиус Земли (км),
- - изменение коэффициента преломления с высотой.
- эквивалентный радиус Земли, где
- - расстояние до точки с высотой .
Основной цикл программы | Вариант 1
Предусловия
- геометрической моделью. - входное описание среды распространения моделируемого поля, заданное
- - номер итерации моделирования, .
Основное течение
- G.Множество первичных источников()
- Если то ВЫХОД
- .Антенна().Тип антенны().Амплитудно-частотная характеристика()
- Если
- Если
- Position .Антенна().Позиция()
- Ray Луч().Создать(Position, .Антенна().Мировая система координат(Вектор ))
- Distance
- G.Множество отражающих объектов()
- Ray.Пересечение(.Плоскость грани())
- Если .Принадлежность( )
- Distance' Расстояние(Position, )
- Если Distance'
- Distance Distance'
Distance
.Множество отражающих поверхностей()
- G.Множество контрольных точек()
- Если .Область регистрации луча Distance
- .Напряженность , Расстояние(Position, .Позиция()), G.Среда распространения() ) .Зарегистрировать(
- Если .Область регистрации луча Distance
- Если .Напряженность , Distance, G.Среда распространения()
- Angle Ray.Угол пересечения(.Плоскость грани())
- Вторичный источник при рейтрейсинге.Создать(.Напряженность , Distance, G.Среда распространения() Angle, )
- Если
- Если
- Переход на шаг 2
Свойства алгоритма
Сложность
Возможности распараллеливания
Основной цикл программы | Вариант 2
Предусловия
- геометрической моделью. - входное описание среды распространения моделируемого поля, заданное
- - номер итерации моделирования, .
Основное течение
- G.Множество первичных источников()
- .Антенна().Тип антенны().Амплитудно-частотная характеристика()
- Если
- Если
- Position .Антенна().Позиция()
- Ray Луч().Создать(Position, .Антенна().Мировая система координат(Вектор ))
- Distance
- G.Множество отражающих объектов()
- Ray.Пересечение(.Плоскость грани())
- Если .Принадлежность( )
- Distance' Расстояние(Position, )
- Если Distance'
- Distance Distance'
Distance
.Множество отражающих поверхностей()
- G.Множество контрольных точек()
- Если .Область регистрации луча Distance
- .Напряженность , Расстояние(Position, .Позиция()), G.Среда распространения() ) .Зарегистрировать(
- Если .Область регистрации луча Distance
- Если .Напряженность , Distance, G.Среда распространения()
- Angle Ray.Угол пересечения(.Плоскость грани())
- Вторичный источник при рейтрейсинге.Создать(.Напряженность , Distance, G.Среда распространения() Angle, )
- Переход на шаг 1.1.2.1.2.1.2
- Если
- Если
- .Антенна().Тип антенны().Амплитудно-частотная характеристика()
- ВЫХОД