一種區(qū)域電磁環(huán)境射線傳播路徑并行搜索方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種區(qū)域電磁環(huán)境射線傳播路徑并行搜索方法，是將計(jì)算的電磁環(huán)境區(qū)域進(jìn)行柵格化處理，同時(shí)并行搜索從輻射源出發(fā)的所有射線傳播路徑，統(tǒng)計(jì)到達(dá)柵格的所有路徑，獲得整個(gè)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)分布。本發(fā)明的積極效果是：在完成區(qū)域中一個(gè)小柵格點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算的同時(shí)，完成對(duì)整個(gè)區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)分布的計(jì)算，大大降低了計(jì)算運(yùn)算量；對(duì)區(qū)域中所有射線的路徑搜索可以同時(shí)并發(fā)執(zhí)行，非常適合于通過cuda、OpenCL、openMP、Mpi、MapReduce等并行計(jì)算架構(gòu)進(jìn)行加速；將對(duì)整個(gè)區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)分布的計(jì)算量簡(jiǎn)化為對(duì)區(qū)域中一個(gè)小柵格的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算量，擴(kuò)大區(qū)域大小所帶來的附加運(yùn)算量將大大降低，不再成為限制區(qū)域電磁計(jì)算的瓶頸。
【專利說明】
—種區(qū)域電磁環(huán)境射線傳播路徑并行搜索方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電磁計(jì)算【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種區(qū)域電磁環(huán)境射線傳播路徑并行搜索方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在預(yù)測(cè)諸如城市小區(qū)、電子靶場(chǎng)等區(qū)域的電波傳播特性方面，應(yīng)用于區(qū)域射線傳播路徑搜索的射線跟蹤法得到了廣泛的應(yīng)用，它將電磁波在路徑上的傳播簡(jiǎn)化為直射、反射和繞射，確立每條傳播路徑上的衰減損耗，再根據(jù)各路徑對(duì)場(chǎng)的貢獻(xiàn)得出總的場(chǎng)強(qiáng)。
[0003]為獲得整個(gè)區(qū)域的電磁場(chǎng)強(qiáng)分布，傳統(tǒng)的射線跟蹤法對(duì)全區(qū)域所有射線傳播路徑進(jìn)行一次搜索僅能獲得區(qū)域中一個(gè)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，即對(duì)區(qū)域中一個(gè)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算是通過遍歷搜索完整個(gè)區(qū)域的射線路徑而確定的，要獲得整個(gè)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)分布就要對(duì)整個(gè)區(qū)域中的射線傳播路徑進(jìn)行多次串行遍歷搜索，這將產(chǎn)生很大的運(yùn)算量，不能滿足對(duì)區(qū)域電磁環(huán)境中射線傳播路徑快速搜索的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種區(qū)域電磁環(huán)境射線傳播路徑并行搜索方法，在完成區(qū)域中一個(gè)點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算的同時(shí)，并行完成對(duì)整個(gè)區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)分布的計(jì)算，將對(duì)整個(gè)區(qū)域電磁環(huán)境計(jì)算的運(yùn)算量縮減為對(duì)區(qū)域中一個(gè)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算的運(yùn)算量，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域電磁環(huán)境中射線傳播路徑的快速搜索，降低計(jì)算整個(gè)區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)分布的運(yùn)算量。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種區(qū)域電磁環(huán)境射線傳播路徑并行搜索方法，包括如下步驟:
[0006]步驟一、對(duì)電磁環(huán)境區(qū)域進(jìn)行柵格化處理；
[0007]步驟二、并行搜索從輻射源出發(fā)的所有射線傳播路徑；
[0008]步驟三、統(tǒng)計(jì)到達(dá)柵格的所有路徑，將到達(dá)每個(gè)柵格點(diǎn)的每一條路徑相應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)值進(jìn)行疊加，得到該柵格點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，進(jìn)而獲得整個(gè)區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)分布。
[0009]步驟二所述并行搜索從輻射源出發(fā)的所有射線傳播路徑的方法為:
[0010](I)確定射線傳播方向:從福射源到區(qū)域邊界的一個(gè)柵格點(diǎn)作為一條電波傳播射線.
[0011](2)同步并行地對(duì)所有射線傳播路徑進(jìn)行第一輪跟蹤搜索，直至滿足搜索終止條件時(shí)，結(jié)束第一輪跟蹤搜索，并相應(yīng)地記錄跟蹤射線到達(dá)每個(gè)柵格點(diǎn)的路徑衰減值；
[0012]如果第一輪跟蹤搜索產(chǎn)生了多條射線分支則執(zhí)行第二輪跟蹤搜索，以至第i α =3,4,5,…)輪跟蹤搜索，每一輪跟蹤搜索過程同第一輪跟蹤搜索，直至不再產(chǎn)生多條射線分支，則完成對(duì)整個(gè)區(qū)域電磁波傳播射線的路徑搜索；其中，第二輪到第i輪都是針對(duì)上一輪新產(chǎn)生的射線分支傳播路徑進(jìn)行跟蹤搜索的。
[0013]所述搜索終止條件是指下述三個(gè)條件中的任意一個(gè)條件:
[0014]I)射線傳播路徑衰減為最小閾值；
[0015]2)射線抵達(dá)區(qū)域邊界；
[0016]3)射線碰到障礙物產(chǎn)生多條射線分支。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:
[0018]I)計(jì)算效率高。本發(fā)明在完成區(qū)域中一個(gè)小柵格點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算的同時(shí)，完成對(duì)整個(gè)區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)分布的計(jì)算，大大降低了計(jì)算運(yùn)算量，提高了計(jì)算效率。
[0019]2)算法并行度高。本發(fā)明對(duì)區(qū)域中所有射線的路徑搜索可以同時(shí)并發(fā)執(zhí)行，非常適合于通過cuda、OpenCL、openMP、Mp1、MapReduce等并行計(jì)算架構(gòu)進(jìn)行加速。
[0020]3)可擴(kuò)展性好。本發(fā)明將對(duì)整個(gè)區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)分布的計(jì)算量簡(jiǎn)化為對(duì)區(qū)域中一個(gè)小柵格的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算量，擴(kuò)大區(qū)域大小所帶來的附加運(yùn)算量將大大降低，不再成為限制區(qū)域電磁計(jì)算的瓶頸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0022]圖1是本發(fā)明方法的流程框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提出的一種區(qū)域電磁環(huán)境射線傳播路徑并行搜索方法，是將計(jì)算的電磁環(huán)境區(qū)域進(jìn)行柵格化處理，同時(shí)并行搜索從輻射源出發(fā)的所有射線傳播路徑，統(tǒng)計(jì)到達(dá)柵格的所有路徑，獲得整個(gè)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)分布。具體方法如圖1所示，包括如下步驟:
[0024]步驟一、區(qū)域柵格化處理:
[0025]根據(jù)研究區(qū)域大小、區(qū)域環(huán)境(地形、建筑物等)、計(jì)算能力等綜合因素確定基準(zhǔn)柵格尺寸，并按照基準(zhǔn)柵格尺寸對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行柵格劃分。
[0026]步驟二、并行搜索從輻射源出發(fā)的所有射線傳播路徑:
[0027](I)確定射線傳播方向:
[0028]從輻射源出發(fā)，到研究區(qū)域的一個(gè)柵格接收點(diǎn)為一個(gè)射線傳播方向，選取區(qū)域邊界柵格點(diǎn)作為從輻射源出發(fā)的所有射線傳播的終點(diǎn)，即從輻射源到區(qū)域邊界的一個(gè)柵格點(diǎn)確立一條電波傳播射線。
[0029](2)同步并行地對(duì)所有射線傳播路徑進(jìn)行第一輪跟蹤搜索，直至:
[0030]I)射線傳播路徑衰減為最小閾值；
[0031]2)射線抵達(dá)區(qū)域邊界；
[0032]3)射線碰到障礙物產(chǎn)生多條(至少兩條)射線分支；
[0033]上述三個(gè)條件中任意一個(gè)條件滿足時(shí)，結(jié)束第一輪跟蹤搜索，并相應(yīng)地記錄跟蹤射線到達(dá)每個(gè)柵格點(diǎn)的路徑衰減值。
[0034]如果第一輪跟蹤搜索產(chǎn)生了多條射線分支則執(zhí)行第二輪跟蹤搜索，以至第i輪(i=3,4,5,…)跟蹤搜索，每一輪跟蹤搜索過程同第一輪跟蹤搜索，直至不再產(chǎn)生多條射線分支，則完成對(duì)整個(gè)區(qū)域電磁波傳播射線的路徑搜索。其中，第二輪到第i輪計(jì)算都是對(duì)上一輪新產(chǎn)生的射線分支進(jìn)行計(jì)算。
[0035]假定整個(gè)研究區(qū)域被劃分為M個(gè)小柵格，傳統(tǒng)的區(qū)域電磁環(huán)境計(jì)算對(duì)區(qū)域中的所有柵格不是同步并行計(jì)算的，遍歷區(qū)域中的傳播射線一次僅能確立一個(gè)小柵格的場(chǎng)強(qiáng)值，要獲得整個(gè)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)分布，就要執(zhí)行M次對(duì)區(qū)域中傳播射線的遍歷，若完成一個(gè)小柵格場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算的運(yùn)算量為N，則對(duì)整個(gè)區(qū)域電磁場(chǎng)強(qiáng)的運(yùn)算量為MXN;而本發(fā)明的區(qū)域電磁環(huán)境路徑并行搜索計(jì)算方法，通過對(duì)整個(gè)區(qū)域中的射線傳播路徑進(jìn)行搜索遍歷，在得到區(qū)域中一個(gè)小柵格的場(chǎng)強(qiáng)值的同時(shí)，也獲得了整個(gè)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)分布，將運(yùn)算量縮小為原來的I/M，大大提升了區(qū)域電磁環(huán)境計(jì)算效率。
[0036]步驟三、統(tǒng)計(jì)到達(dá)柵格的所有路徑，獲得整個(gè)區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)分布:
[0037]統(tǒng)計(jì)到達(dá)每個(gè)柵格點(diǎn)的所有路徑，將到達(dá)每個(gè)柵格點(diǎn)的每一條路徑相應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)值進(jìn)行疊加，得到該柵格點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，進(jìn)而獲得整個(gè)區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)分布。對(duì)每一個(gè)柵格點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算公式如下:
[0038]^tOtal =


i
[0039]其中，Ei是到達(dá)當(dāng)前計(jì)算柵格點(diǎn)的第i條射線確立的電場(chǎng)強(qiáng)度。
【權(quán)利要求】
1.一種區(qū)域電磁環(huán)境射線傳播路徑并行搜索方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一、對(duì)電磁環(huán)境區(qū)域進(jìn)行柵格化處理； 步驟二、并行搜索從輻射源出發(fā)的所有射線傳播路徑； 步驟三、統(tǒng)計(jì)到達(dá)柵格的所有路徑，將到達(dá)每個(gè)柵格點(diǎn)的每一條路徑相應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)值進(jìn)行疊加，得到該柵格點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，進(jìn)而獲得整個(gè)區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種區(qū)域電磁環(huán)境射線傳播路徑并行搜索方法，其特征在于:步驟二所述并行搜索從輻射源出發(fā)的所有射線傳播路徑的方法為: (1)確定射線傳播方向:從福射源到區(qū)域邊界的一個(gè)柵格點(diǎn)作為一條電波傳播射線； (2)同步并行地對(duì)所有射線傳播路徑進(jìn)行第一輪跟蹤搜索，直至滿足搜索終止條件時(shí)，結(jié)束第一輪跟蹤搜索，并相應(yīng)地記錄跟蹤射線到達(dá)每個(gè)柵格點(diǎn)的路徑衰減值； 如果第一輪跟蹤搜索產(chǎn)生了多條射線分支則執(zhí)行第二輪跟蹤搜索，以至第i(i = 3,4,5，…)輪跟蹤搜索，每一輪跟蹤搜索過程同第一輪跟蹤搜索，直至不再產(chǎn)生多條射線分支，則完成對(duì)整個(gè)區(qū)域電磁波傳播射線的路徑搜索；其中，第二輪到第i輪都是針對(duì)上一輪新產(chǎn)生的射線分支傳播路徑進(jìn)行跟蹤搜索的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種區(qū)域電磁環(huán)境射線傳播路徑并行搜索方法，其特征在于:所述搜索終止條件是指下述三個(gè)條件中的任意一個(gè)條件: 1)射線傳播路徑衰減為最小閾值； 2)射線抵達(dá)區(qū)域邊界； 3)射線碰到障礙物產(chǎn)生多條射線分支。
【文檔編號(hào)】G01R29/08GK104280621SQ201410592670
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】劉田, 李世澤, 程晶, 黃辰 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所