一种反馈式射线跟踪材料参数校正方法技术

一种反馈式射线跟踪材料参数校正方法，包括：通过现有的材质电磁参数库，在高精度三维地图上使用射线跟踪技术进行无线传播仿真计算，仿真得到各列车行径途中不同观测点接收电场强度E

【技术实现步骤摘要】
一种反馈式射线跟踪材料参数校正方法


[0001]本专利技术涉及的是通信领域，特别涉及一种反馈式射线跟踪材料参数校正方法。

技术介绍

[0002]目前，国内的铁路无线网络主要用于承载CTCS
‑
3级列车控制系统，用于传输列车到地面设备的安全相关信息，这使得无线通信网络在高速铁路控制中至关重要。然而由于轨道交通场景复杂，带来的接收信号多径效应使信道快速时变，有可能对传输的列车控制信号造成影响，因此需要利用射线跟踪对信道进行准确的预测，模拟无线电磁波的多径传播，从而辅助无线系统设计。
[0003]射线跟踪技术主要仿真计算收发天线之间所有可能的射线路径，能准确的进行无线电磁波多径传播预测。但是射线跟踪技术的实现高度依赖于场景信息，特别是准确的场景模型以及模型参数。场景模型可以通过多种地形勘察技术或者人工建模的方式获得，然而模型参数，特别是模型中的材质电磁参数，在无线网络基站部署规划过程中尚未有行之有效的办法进行测量，导致影响使用上述场强预测模型进行预测的场强准确性。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种反馈式射线跟踪材料参数校正方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
[0006]一种反馈式射线跟踪材料参数校正方法，包括：
[0007]S100.获取目标铁路全线高精度三维地图模型，并设置铁路全线基站天线信息，通过现有的材质电磁参数库，使用射线跟踪技术进行仿真计算，仿真得到各观测点接收电场强度E
S
及该点对应的地理位置信息；
[0008]S200.当列车行驶到各观测点时，获取当前观测点地理位置信息，并通过列车信号接收机获得当前的接收电场强度E
T
，并将E
T
保存在列车对应运行位置的信道数据库中；
[0009]S300.当列车到站或者入库检修时，将保存在信道数据库中的E
T
取出，利用仿真得到各观测点接收电场强度E
S
和接收电场强度E
T
，修正射线跟踪模型的各材质电磁参数；
[0010]S400.当所有类别的材质均完成校正后，完成材质电磁参数库的更新，当需要重新进行无线网络规划时，直接调用更新后的材质电磁参数库，进行仿真预测。
[0011]进一步地，S100中，接收电场强度Es将仿真过程中某一观测点得到的所有射线结果进行相干叠加，其计算公式如下
[0012][0013]其中，是接收天线增益，η0是空气的特性阻抗，λ是无线电波工作频率，θ
i
和分别是接收天线接收到的信号方位角和俯仰角，E
i
是接收天线处各多径传播分量的无
线信号电场，N
rays
表示观测点得到的所有射线结果类型。
[0014]进一步地，S100中，现有的材质电磁参数库包括植被、混凝土建筑、泥土、水面、护坡、金属和空气7类材质的电磁参数。
[0015]进一步地，S200中，观测点地理位置信息可以通过列车与地面基站的应答器的相对位置确定，具体方法为：列车运行到对应观测点位置时，通过设置在地面基站的应答器将自己的ID发送至列车，同时，利用设置在列车上的轮轨测距仪测量列车与地面基站的相对位置；根据应答器的ID和所述相对位置，确定列车当前位置P1；其中，P1＝应答器ID+列车与所述地面基站的相对距离D；距离D是一个固定值，因为轨道交通列车行驶轨迹是固定的，其通信网络的基站间距D也是固定的。
[0016]进一步地，S100中，现有的材质电磁参数库包括植被、混凝土建筑、泥土、水面、护坡、金属和空气7类材质的电磁参数。
[0017]进一步地，S300中，修正射线跟踪模型的各材质电磁参数的方法包括：
[0018]S301.选取射线追踪仿真中所有只存在直射传播的观测点集合；
[0019]S302.利用选定观测点处仿真计算的接收电场强度E
S
和实际接收电场强度E
T
，采用均方差最小原则优化修正模型中空气电磁参数；
[0020]S303.修正模型中空气电磁参数后，重新通过射线跟踪计算全线的仿真接收电场强度E
S'
，并重新建立其与位置关系的映射；
[0021]S304.选取所有只存在一次反射或者直射加一次反射传播的观测点集合，并按照反射物质类型进行分类；
[0022]S305.针对不同反射物质观测点集合，对每个集合内所有选定观测点处仿真接收电场强度E
S'
和实际接收电场强度E
T
采用均方差最小原则逐个优化，分别修正所有类型物质电磁参数，并更新材质参数库。
[0023]进一步地，当射线追踪仿真中所有只存在直射传播的观测点集合时，接收天线处各多径传播分量的无线信号电场Ei基于自由空间传播计算，具体计算公式为：
[0024][0025]式中，E0为发射信号强度，g
T
为发射天线增益，j为虚数符号，ω为无线信号载波频率，r为传播距离；k为波矢，其确定与空气的复介电常数相关；其中，ε是介电常数，μ是磁导率。
[0026]进一步地，采用均方差最小原则优化修正模型中空气电磁参数，具体方法为：通过调整空气的电磁参数，使得集合内所有选定观测点E
S
‑
E
T
的均方根差最小；假设该集合内共有n个选定观测点，通过使最小，获得调整后的空气电磁常数，存入材质参数库中。
[0027]进一步地，S304中，选取所有只存在一次反射或者直射加一次反射传播的观测点集合，并按照反射物质类型分类，其中，反射物质类型为现有的材质电磁参数库中除空气外的材质，具体包括：植被、混凝土建筑、泥土、水面、护坡和金属。
[0028]进一步地，S305中，当一阶反射模型元素对应为植被的观测点集合时，通过调整植
被对应的复介电常数使得选定观测点集合中Es
‑
E
r
’
的均方根差最小，获得调整后的植被材质复介电常数，存入材质参数库中。
[0029]进一步地，当某一种材质找不到对应的一阶反射或者直射加上一阶反射接收信号的观测点时，可先完成其他材质参数的调整后，通过寻找更高阶的反射进行材质参数校正。
[0030]本专利技术实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
[0031]本专利技术可以克服常规射线跟踪无线覆盖预测及信道建模中，材料参数需要实时更新的问题。由于环境参数会根据所处时间不同而发生变化，不同的季节、不同的天气都可能对计算结果产生影响。在信道均衡等对信道建模准确度有较高需求的应用场景下，信道建模上的不准确会极大的影响后端信号处理的效果。
[0032]本专利技术利用射线跟踪技术，配合高精度三维环境模型，可以对环境中的无线传播多径效应进行高精度的描述，从而获得较为准确的信道建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反馈式射线跟踪材料参数校正方法，其特征在于，包括：S100.获取目标铁路全线高精度三维地图模型，并设置铁路全线基站天线信息，通过现有的材质电磁参数库，使用射线跟踪技术进行仿真计算，仿真得到各观测点接收电场强度E
S
及该点对应的地理位置信息；S200.当列车行驶到各观测点时，获取当前观测点地理位置信息，并通过列车信号接收机获得当前的接收电场强度E
T
，并将E
T
保存在列车对应运行位置的信道数据库中；S300.当列车到站或者入库检修时，将保存在信道数据库中的E
T
取出，利用仿真得到各观测点接收电场强度E
S
和接收电场强度E
T
，修正射线跟踪模型的各材质电磁参数；S400.当所有类别的材质均完成校正后，完成材质电磁参数库的更新，当需要重新进行无线网络规划时，直接调用更新后的材质电磁参数库，进行仿真预测。2.如权利要求1所述的一种反馈式射线跟踪材料参数校正方法，其特征在于，S100中，接收电场强度Es将仿真过程中某一观测点得到的所有射线结果进行相干叠加，其计算公式如下其中，是接收天线增益，η0是空气的特性阻抗，λ是无线电波工作频率，θ
i
和分别是接收天线接收到的信号方位角和俯仰角，E
i
是接收天线处各多径传播分量的无线信号电场，N
rays
表示观测点得到的所有射线结果类型。3.如权利要求1所述的一种反馈式射线跟踪材料参数校正方法，其特征在于，S100中，现有的材质电磁参数库包括植被、混凝土建筑、泥土、水面、护坡、金属和空气7类材质的电磁参数。4.如权利要求1所述的一种反馈式射线跟踪材料参数校正方法，其特征在于，S200中，观测点地理位置信息可以通过列车与地面基站的应答器的相对位置确定，具体方法为：列车运行到对应观测点位置时，通过设置在地面基站的应答器将自己的ID发送至列车，同时，利用设置在列车上的轮轨测距仪测量列车与地面基站的相对位置；根据应答器的ID和所述相对位置，确定列车当前位置P1；其中，P1＝应答器ID+列车与所述地面基站的相对距离D；距离D是一个固定值，因为轨道交通列车行驶轨迹是固定的，其通信网络的基站间距D也是固定的。5.如权利要求1所述的一种反馈式射线跟踪材料参数校正方法，其特征在于，S300中，修正射线跟踪模型的各材质电磁参数的方法包括：S301.选取射线追踪仿真中所有只存在直射传播的观测点集合；S302.利用选定观测点处仿真计算的接收电场强度E

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立海，李津汉，王锐，凌力，石先明，张伟，王雪，金立坪，林诚，崔国兴，李积祥，王耀国，代赛，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：