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基于射线跟踪的海洋表面无线信道建模研究

作　者: 杨雪莲
导　师: 施芝元
学　校: 厦门大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: FART RTABSA 海洋表面 信道建模
分类号: TN92
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 2次
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内容摘要


海洋是潜力巨大的资源宝库,也是支撑未来发展的战略空间。2012年《全国海洋经济发展“十二五”规划》,把海洋战略提升到了新的高度,海洋通信是服务于海洋产业的基本设施和装备之一,是渔业生产、海洋旅游、油气开发等行业的有力技术保障。如何建立准确可靠的海洋通信系统,对海洋战略具有重大意义。随着无线通信的不断发展,Google X部门热气球基站Loon的立项,利用升空平台搭建低成本无定型小区成为新的研究方向,开启了海洋无线通信系统研究的新篇章。在海洋无线通信系统的设计中,海洋无线通信信道的研究至关重要。传统海洋表面信道的研究主要集中在船舶对岸海洋表面信道的经验建模和海洋实测信道建模,适用性低或成本太高。本文则采用确定性信道建模方法,对海上升空通信平台与船舶在海洋表面通信的无线信道进行研究。本文基于射线跟踪技术研究海洋表面确定性信道建模方法,提出海表快速射线跟踪算法(FART, Fast Algorithm for Ray Tracing)和基于角度搜索的海洋射线跟踪算法(RTABA, Ray Tracing Algorithm Based on the AngleSearching), FART和RTABSA算法可快速搜索海上升空平台发射的射线与海洋表面的交点并记录到达接收机的有用射线,节省了计算内存空间,有效提高射线跟踪效率。本文通过海洋周围电磁环境统计参量收集、算法模块设计、海洋射线跟踪测试平台搭建,从二维(2D, TwoDimensional)剖面和三维(3D, Three Dimensional)环境的观测角度构建海洋无线信道模型,最后通过路损、时延、到达角表征海洋表面信道。通过数值模拟可以看出,FART和RTABSA方法较以往经验模型能更准确地描述海洋无线信道特征,且较实测模型能以更低的成本更快地获得海洋表面信道特征。下一步可以研究海洋表面的信道冲激响应情况、可以考虑波导陷获情况下的海洋无线信道特征,考虑收发信机的移动性、构建宽带海洋表面无线信道的冲激响应模型,从而最终实现宽带移动通信信道建模。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-13
第1章 绪论  13-19
  1.1 课题研究背景及意义  13-14
  1.2 海洋无线通信系统信道研究现状  14-18
    1.2.1 海洋无线通信系统信道的研究方法  14-16
    1.2.2 海洋无线通信系统信道研究现状及趋势  16-18
  1.3 论文主要内容及安排  18-19
第2章 海洋信道建模和射线跟踪的基本原理  19-33
  2.1 海洋通信信道建模简介  19-22
    2.1.1 海洋通信信道特点  19
    2.1.2 海洋信道建模方法  19-20
    2.1.3 确定性海洋通信信道建模方法  20-22
  2.2 海洋表面特性和统计参量的研究  22-23
  2.3 射线跟踪基本原理及关键技术  23-31
    2.3.1 射线跟踪基本原理  23
    2.3.2 射线跟踪关键方法  23-25
    2.3.3 射线跟踪场强计算  25-27
    2.3.4 射线跟踪信号接收  27-28
    2.3.5 射线跟踪算法及流程  28-31
  2.4 本章小结  31-33
第3章 海洋表面快速射线跟踪算法  33-59
  3.1 海洋表面电磁环境建模  33-41
    3.1.1 海谱形态建模  33-35
    3.1.2 海洋表面电磁参数计算  35-41
  3.2 二维海洋射线跟踪原理  41-49
    3.2.1 传统海洋双径模型  41-43
    3.2.2 海表快速射线跟踪算法(FART)  43-45
    3.2.3 二维海洋表面快速射线跟踪算法应用  45-49
  3.3 基于角度搜索三维海洋射线跟踪算法  49-53
    3.3.1 三维海洋表面射线源  50-51
    3.3.2 栅格像素块划分三维海洋表面  51
    3.3.3 三维海洋表面求交点算法  51-52
    3.3.4 三维射线跟踪反射定律及接收点判决  52-53
  3.4 海洋信道参数处理算法  53-55
    3.4.1 检验异常小值的T型统计量  54
    3.4.2 均值比检验法  54-55
  3.5 ESRTA评估参数  55-57
  3.6 本章小结  57-59
第4章 基于射线跟踪的海洋信道建模平台的设计  59-75
  4.1 仿真平台描述  59-62
    4.1.1 二维、三维射线跟踪场景设置  60-61
    4.1.2 二维、三维射线跟踪模块介绍  61-62
  4.2 仿真参数设置  62
  4.3 二维RT高效海洋射线跟踪调整优化算法的仿真结果分析  62-67
    4.3.1 生成二维海洋表面  62-64
    4.3.2 二维射线跟踪结果及分析  64-67
  4.4 三维RT高效动态海洋射线跟踪调整优化算法的仿真结果分析  67-72
    4.4.1 生成三维海洋表面  67-68
    4.4.2 三维射线跟踪结果及分析  68-72
  4.5 数值法仿真结果与实测数据比较分析  72-73
  4.6 本章小结  73-75
第5章 总结与展望  75-77
  5.1 总结  75-76
  5.2 未来研究展望  76-77
参考文献  77-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信
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