[发明专利]一种基于视线的通信可视域获得方法

说明书

本发明涉及一种基于视线的通信可视域获得方法，采用全新逻辑设计，解决了通信可达性的分析，将地形上从发射天线到其他地形接收天线的信号传播，通过基于视线、以及信号反射或衍射机制的方法，进行信号强度计算来确定信号是否可达；依据电磁场传播机制，针对发射天线和接收天线之间构造第一菲涅尔区，逐步计算连接发射天线和接收天线视线路径上每个中间格网单元上通信信号的衰减值，并通过计算信号总衰减累计值来确定是否可以通信，最后根据地形上以发射天线为中心、给定半径的格网通信信号好可达性，得到发射天线所对应的通信可视域。

技术领域

本发明涉及一种基于视线的通信可视域获得方法，属于通信可视域技术领域。

背景技术

地形可视域是指围绕某个视点所看到或可见的地形区域，其广泛应用在景观分析、古村落布局、选址规划和路径规划等领域。通信可视域是地形可视域的一种特殊情况，其是指地形上某个点设立一个发射天线，该发射天线周边点上接收天线所能接收到信号的区域。通信可视域是基于无线电磁信号传播，并依据发送端和接收端基于视线的传播路径上有无障碍物阻挡来判定是否可视。通信可视域可用于判断中继通信路径规划、发射塔选址规划等应用，对于规划涉及中优化建模与计算方法具有重要的意义。

射频链路设计的黄金法则之一是确保发射和接收天线之间的视线(line ofsight,简称LOS)畅通无阻。电磁(electromagnetic，简称EM)能量将从天线辐射出来，并作为一系列不断扩展的球面波阵面在空间中传播。根据天线的具体类型，能量可以均匀地向所有方向辐射，也可以优先集中或“引导”到选定的方向。经典的类比是蜡烛发出的光照亮各个方向，而不是手电筒聚焦的光束。无线电信号和光波都是电磁辐射的表现形式，主要是频率的不同。在任何情况下，扩展的波前都将照亮一个角区域，该角区域随着距发射源的距离而增加。

电磁波前的某些部分将遵循在发射和接收天线之间的最短直接路径，而且该直接路径通常被称为传播的视线路径。从接收天线的角度来看，该直接路径包含接收信号的大部分，但是障碍物不要阻塞传播的直接路径而对接收信号的强度产生一些影响。因此，要被认为是畅通无阻的，LOS路径以及垂直于该路径的某些最小空间量必须是无障碍的。正是这种条件定义了基于视线的传播。通过菲涅尔区的概念，我们可以定义与LOS路径相邻的所需的阻挡区域。

传播路径上的物理元素，例如建筑物、金属结构，甚至干涉地形(特别是水体)的表面，都会导致传播波阵面的一部分被反射。如果反射波阵面到达接收天线与正常到达接收天线的LOS波阵面是同时发生与否，其影响是接收到信号强度可能增加或降低。由两个波前面组合产生的信号强度将等于电场的矢量和(相位和振幅)。如果两个到达的波前面的振幅相等，但相位移了180°(或半个波长的某个倍数)，则波前面和为零，即不会接收到任何信号。相反，如果两个到达的波前面同相(零相移或整个波长的某个倍数)，则相对于仅单独从LOS路径接收的信号，其接收的信号强度将会增加。这种现象称为多径接收。由此可见，反射波阵面比LOS波阵面到达接收天线的距离更远。直接路径长度和反射路径长度的差异被称为过度路径长度。在直接波前面和反射波前面之间的总相位差等于由于路径长度过长而引起的相移加上反射点的反射波前面所引起的任何相移。根据总的相位差，接收到的信号将是在接收天线处有益性或破坏性的信号进行求和得到。

传播电磁波前面的反射机制非常复杂，由此引起的反射波前面的振幅和相位的变化依赖于许多变量。主要影响因素包括传播波阵面的频率、入射角、反射面的电导率和入射波阵面的偏振(垂直或水平)。反射波前的损失可归因于一部分入射能量被反射材料透射(折射)或吸收。反射材料的电学性质(介电常数、磁导率和电导率)，以及波前面频率是决定反射波前面振幅变化的主要因素。反射波阵面中的相移主要是入射波阵面的电场偏振和入射角的函数。总之，水平偏振波前面在反射点通常表现出至少180°的相移，而垂直偏振波前只有在小于30°的入射角时才会存在相移。当直接的LOS路径被完全挡住时，衍射成为波前面到达接收天线的主要传播机制，以及相对于畅通LOS，损耗才是显著的。