Распространение радиоволн ВЧ/Метод зеркальных отображений

Модель

Графическая иллюстрация метода изображений

Метод изображений (метод зеркальных отображений) широко применяется в электростатике и электродинамике для решения краевых задач. В частности, в приближении геометрической оптики данный метод позволяет построить картину хода лучей при любом числе отражений.

Суть метода состоит в построении лучей относительно мнимых изображений источника или приемника сигнала. Мнимые изображении строятся согласно правилам построения изображений в системе зеркал, здесь зеркала повторяют форму граничных поверхностей.

На рисунке представлена типичная ситуация в условиях плотной городской застройки, когда антенна приемного устройства находится в области геометрической тени относительно источника сигнала. Сигнал на приемной антенне является результатом переотражения радиоволны от внешней границы зданий, т.н. канал Релея. Зная координаты источника и приемника можно провести точную трассировку лучей с помощью простых геометрических построений.

Алгоритм

Основное течение

1. $\forall ~ \rho_k \in$ G.Множество контрольных точек()
   1. $\forall ~ s_j \in$ G.Множество первичных источников()
      1. $s'\leftarrow s_j$
      2. $stack_{t}' \leftarrow t0_{mn}$
      3. $stack_{\rho}' \leftarrow \rho_k$
      4. $I \leftarrow 0$
      5. Переход 1.1.8.1.4
      6. $stack_{t}' \leftarrow stack_{t}$
      7. $stack_{\rho}' \leftarrow stack_{\rho}$
      8. $\forall ~ f_m\in$ G.Множество отражающих объектов()
         1. $\forall ~ t_{mn} \in f_m$.Множество отражающих поверхностей()
            1. $\rho' \leftarrow$ $\rho'$.Построить зеркальное отображение($t_{mn}$.Плоскость грани())
            2. $stack_{t}' \leftarrow t_{mn}$
            3. $stack_{\rho}' \leftarrow \rho'$
            4. $I' \leftarrow I$
            5. Position $\leftarrow$ $s_j$.Антенна().Позиция()
            6. $\rho' \leftarrow stack_{\rho}'$
            7. $t_{mn} \leftarrow stack_{t}'$
            8. Ray $\leftarrow$ Луч().Создать(Position, Вектор(Position,$\rho'$.Позиция(), 1))
            9. $P\leftarrow$Точка.Создать$\left(\infty, \infty, \infty\right)$.
            10. Если $I' > 0$
                1. $t_{mn} \leftarrow stack_{t}'$
                2. $P\leftarrow$Ray.Пересечение($t_{mn}$.Плоскость грани())
                3. Если $t_{mn}$.Принадлежность($P$) $\wedge$ Расстояние(Position,$\rho'$.Позиция()) $>$ Расстояние(Position,$P$)
                   1. Переход 1.1.8.1.12
                4. Иначе
                   1. Переход 1.1.8.1.14
            11. Иначе
                1. Переход 1.1.8.1.14
            12. $\forall ~ f_m'\in$ G.Множество отражающих объектов()
                1. $\forall ~ t_{mn}' \in f_m'$.Множество отражающих поверхностей()
                   1. $P'\leftarrow$ Ray.Пересечение($t_{mn}'$.Плоскость грани())
                   2. Если $t_{mn}'$.Принадлежность($P'$) $\wedge$ Расстояние(Position,$P$) $>$ Расстояние(Position,$P'$)
                      1. Переход 1.1.8.1.13
            13. Если $I' > 0$
                1. Angle $\leftarrow$ Ray.Угол пересечения($t_{mn}$.Плоскость грани())
                2. $s_j \leftarrow$ Вторичный источник при рейтрейсинге.Создать($s_j$.Напряженность$(\omega_n,~\theta,~\varphi$, Расстояние(Position,$P$), G.Среда распространения()$),$ Angle, $P,~t_{mn}$)
                3. $\theta, \varphi \leftarrow 0$
                4. $I' \leftarrow I'-1$
                5. Переход 1.1.8.5
            14. $\rho_k$.Зарегистрировать($s_j$.Напряженность$(\omega_n,~\theta,~\varphi$, Расстояние(Position, $\rho_k$.Позиция()), G.Среда распространения()$)$)
            15. Если $E > E_{end}$
                1. $I \leftarrow I+1$
                2. $stack_t \leftarrow t_{m,n}$
                3. $stack_{\rho} \leftarrow \rho'$
                4. Переход 1.1.6
            16. $I \leftarrow I-1$
            17. Если $I < 0$
                1. Переход 1.1.9
            18. $t_{m,n} \leftarrow stack_t$
            19. $\rho' \leftarrow stack_{\rho}$
      9. $s_j \leftarrow s'$