本发明涉及交通干线的通信覆盖技术领域，尤其是涉及一种基于天线与交通干线垂直距离、天线挂高、不同入射角对应车体穿透损耗的基于功率波瓣旋转的交通干线覆盖最优掠射角获取方法。
背景技术：
随着高速铁路、高速公路等交通干线建设的飞速发展，交通干线的通信覆盖问题也成为了业界研究的热点问题，但目前没有一种有效的计算最佳掠射角的方法，为解决这个难点，从而提出了一种基于功率波瓣旋转的交通干线覆盖最优掠射角获取方法。由于天线发射的功率波瓣近似椭圆形，导致主瓣功率最大值方向与交通干线交叉附近覆盖较好，但不能有效保证主瓣功率大角度点对应的覆盖区域的信号覆盖，尤其是掠射角大的情况下，天线垂直交通干线周边的信号覆盖反而难以保证，造成灯下黑现象。同时不同掠射角对应车体损耗也不同，如何有效的保证不同掠射角造成不同传播损耗和穿透损耗对应的主瓣不同角度功率点对应的覆盖是否满足需求也成为规划掠射角的难点。
技术实现要素：
本发明的发明目的是为了克服现有技术中主瓣功率大角度点对应的覆盖区域的信号覆盖差，尤其是掠射角大的情况下，天线垂直交通干线周边的信号覆盖反而难以保证的不足，提供了一种基于天线与交通干线垂直距离、天线挂高、不同入射角对应车体穿透损耗的基于功率波瓣旋转的交通干线覆盖最优掠射角获取方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于功率波瓣旋转的交通干线覆盖最优掠射角获取方法，包括如下步骤：
(1-1)测量天线与交通干线的垂直距离lv，测量交通干线与经线夹角θ1；
(1-2)测算垂直距离空间传播损耗及车体穿透损耗；
(1-3)计算垂直距离覆盖主瓣功率角θmax、功率波瓣旋转函数f(θ+△θ)和临界掠射角θga；
(1-4)计算主瓣满足覆盖指标最小功率角θmin和最优掠射角θga_opt。
本发明通过建立数学模型，从天线与交通干线垂直距离、天线挂高、不同入射角的车体穿透损耗等因素出发，能够使同一扇区覆盖信号满足指标的连续性，从而保证用户感知的同时，得到最优掠射角θga_opt。
本发明所得的基于功率波瓣旋转的交通干线覆盖最优掠射角获取方法，从功率角波瓣强度纳入考虑，提出全新的最优掠射角确定方法。
本发明所得的基于功率波瓣旋转的交通干线覆盖最优掠射角获取方法，综合考虑了功率角波瓣强度和不同掠射角的对应不同的车体损耗，满足覆盖电平指标的同时，保证单扇区最大有效覆盖距离，从而最大可能地提升客户满意度，相同建设方式减少建设站点数，最大限度提升投资回报率。
作为优选，步骤(1-2)包括如下步骤：
(1-2-1)计算天线至车体外表面的路径损耗l
l＝46.3+33.9log10f-13.82log10hs+(44.9-6.55log10hs)log10l+m；
其中：f为信号频率，hs为天线挂高，m为修正因子，l为天线与车体入射点距离；
(1-2-2)计算电磁波信号垂直车体穿透损耗sp1
其中：ω为角频率，μ为磁导率，σ为电导率，ρ1、ρ2分别为空气和车体材料密度，ν1、ν2分别为电磁波在空气和车体材料中的传播速率，d为电磁波信号穿透车体经过距离。
作为优选，步骤(1-3)包括如下步骤：
(1-3-1)计算垂直距离覆盖主瓣功率角
根据覆盖电平指标要求建立如下方程，利用方程计算θmax，
△θ＝θmax-θ1-π/2；
其中：e基站机顶辐射功率，g天线峰值增益，cl为线缆和接头损耗，f(θ)归一化波瓣功率系数，θ波瓣功率角，
(1-3-2)获得功率波瓣旋转函数
利用△θ获取功率波瓣旋转函数f(θ+△θ)；
(1-3-3)计算垂直距离覆盖临界掠射角θga
θga＝π/2-(θmax-θ0)，其中，θ0为主瓣辐射角。
作为优选，，步骤(1-4)包括如下步骤：
利用公式
其中：sp2为信号斜射入车体穿透损耗，
令θ0’＝θ0-△θ，利用θ0’与θmin比较，当θ0’≥θmin时，最优掠射角θga_opt＝π/2-(θmax-θ0)；当θ0’＜θmin时，根据波瓣功率角的对称性，最优掠射角在θga基础上须旋转角度为2(θmin-θ0’)，即θga_opt＝θga+2(θmin-θ0’)，获得最优掠射角θga_opt(如下式)
作为优选，利用如下公式计算sp1：
其中，n1、n2分别为电磁波在空气和车体材料中的折射率。
作为优选，利用如下公式计算sp2：
因此，本发明具有如下有益效果：满足覆盖电平指标的同时，保证单扇区最大覆盖距离，从而最大可能地提升客户满意度，相同建设方式减少建设站点数，最大限度提升投资回报率。
附图说明
图1是本发明的交通干线与天线掠射角的一种结构示意图。
图中：天线1、车体2。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示的实施例是一种基于功率波瓣旋转的交通干线覆盖最优掠射角获取方法，包括如下步骤：
(1-1)测量天线与交通干线的垂直距离lv，测量交通干线与经线夹角θ1；
(1-2)测算垂直距离空间传播损耗及车体穿透损耗；
(1-2-1)计算天线至车体外表面的路径损耗l
l＝46.3+33.9log10f-13.82log10hs+(44.9-6.55log10hs)log10l+m；
其中：f为信号频率，hs为天线挂高，m为修正因子，l为天线与车体入射点距离；
(1-2-2)计算电磁波信号垂直车体穿透损耗sp1
其中：ω为角频率，μ为磁导率，σ为电导率，ρ1、ρ2分别为空气和车体材料密度，ν1、ν2分别为电磁波在空气和车体材料中的传播速率，d为电磁波信号穿透车体经过距离。
(1-3)计算垂直距离覆盖主瓣功率角θmax、功率波瓣旋转函数f(θ+△θ)和临界掠射角θga；
(1-3-1)计算垂直距离覆盖主瓣功率角
根据覆盖电平指标要求建立如下方程，利用方程计算θmax，
△θ＝θmax-θ1-π/2；
其中：e基站机顶辐射功率，g天线峰值增益，cl为线缆和接头损耗，f(θ)归一化波瓣功率系数，θ波瓣功率角，
(1-3-2)获得功率波瓣旋转函数
利用△θ获取功率波瓣旋转函数f(θ+△θ)；
(1-3-3)计算垂直距离覆盖临界掠射角θga
θga＝π/2-(θmax-θ0)，其中，θ0为主瓣辐射角。
(1-4)计算主瓣满足覆盖指标最小功率角θmin和最优掠射角θga_opt。利用公式
其中：sp2为信号斜射入车体穿透损耗，
令θ0’＝θ0-△θ，利用θ0′与θmin比较，当θ0’≥θmin时，最优掠射角θga_opt＝π/2-(θmax-θ0)；当θ0’＜θmin时，根据波瓣功率角的对称性，最优掠射角在θga基础上须旋转角度为2(θmin-θ0’)，即θga_opt＝θga+2(θmin-θ0’)，获得最优掠射角θga_opt(如下式)
具体实例：
本实例包括直距离和夹角测量、垂直距离空间传播损耗及车体穿透损耗、垂直距离覆盖主瓣功率角确定、功率波瓣旋转函数及最优掠射角、主瓣满足覆盖指标最小功率角、单扇区有效覆盖长度等步骤。
下面以交通干线(如图1所示)为例进行具体说明。图1中包括天线1和车体2。
步骤1：天线与交通干线垂直距离和交通干线与经线夹角测量
步骤1-1：测量天线与交通干线的垂直距离lv＝0.2km；
步骤1-2：测量交通干线与经线的夹角θ1＝π/6；
步骤2：垂直距离空间传播损耗及车体穿透损耗
步骤2-1：根据传播模型测算天线至车体外表面路径损耗
l＝46.3+33.9log10f-13.82log10hs+(44.9-6.55log10hs)log10l+m；
其中：f为信号频率，f＝1920mhz；
hs为天线挂高，hs＝35m；
m为模型校正后的修正因子，m＝5db；
l为天线与车体入射点距离l＝lv＝0.2km；
步骤2-2：电磁波垂直车体穿透损耗
电磁波经过车体后会产生吸收和反射损耗，其损耗为sp1
其中：ω为角频率，ω＝2π×1920；
μ为磁导率，μ＝4π×10-7(h/m)；
σ为电导率，σ＝57.2(sm/mm)；
ρ1、ρ2分别取为空气和车体玻璃材料密度，ρ1＝1.293kg/m3、ρ2＝2500kg/m3；
n1、n2分别取电磁波在空气和车体玻璃材料中的折射率，n1＝1.0003，n2＝1.46；
d为电磁波信号穿透车体经过距离，d＝0.015m；
步骤3：垂直距离覆盖主瓣功率角、功率波瓣旋转函数及临界掠射角确定
步骤3-1：垂直距离覆盖主瓣功率角确定
根据覆盖电平指标要求建立方程，根据方程(如下式所示)求解得到θmax，
其中：e基站机顶辐射功率，e＝43dbm；
g天线峰值增益，g＝20db；
cl为线缆和接头损耗，cl＝12db；
f(θ)归一化波瓣功率系数；
θ0为主瓣辐射角，θ0＝π/2；
sp1为垂直车体损耗，
s为切换带电平余量，s＝3db；
k为覆盖要求电平值指标，k＝-100dbm；
数值代入公式得θmax＝0.818412684π
步骤3-2：功率波瓣旋转函数
计算△θ＝θmax-θ1-π/2＝0.818412684π-π/6-π/2＝0.151746017π
根据△θ获取功率波瓣函数f(θ+△θ)，
步骤3-3：垂直距离覆盖临界掠射角θga如下
θga＝π/2-(θmax-θ0)＝π/2-(0.818412684π-π/2)＝0.181587316π
步骤4：主瓣满足覆盖指标最小功率角θmin及最优掠射角θga_opt确定
θ取值区间(0，π)，步长为s＝0.001
若|e+g+10log10f(θ+δθ)-(sp2+l+cl)-k|＜eps对应
其中：sp2为信号斜射入车体穿透损耗；
取eps＝0.002
θ＝0.40794556π时，
e+g+10log10f(θ+δθ)-(sp2+l+cl)-k＝0.001665127＜0.002
取θmin＝0.40794556π
令θ0’＝θ0-△θ，利用θ0’与θmin比较，当θ0’≥θmin时，最优掠射角θga_opt＝π/2-(θmax-θ0)；当θ0’＜θmin时，根据波瓣功率角的对称性，最优掠射角在θga基础上须旋转角度为2(θmin-θ0’)，即θga_opt＝θga+2(θmin-θ0’)，获得最优掠射角θga_opt(如下式)
θ0’＝π/2-0.151746017π＝0.348253983π
θmin＝0.40794556π
θ0’＝0.348253983π＜θmin＝0.40794556π
θga_opt＝θga+2(θmin-θ0’)
＝0.181587316π+2×(0.40794556π-0.348253983π)
＝0.241278894π
本发明从不同功率波瓣角强度变化纳入考虑，提出全新的交通干线覆盖最优掠射角确定方法。
本发明综合考虑了功率波瓣强度和不同掠射角的对应不同的车体损耗，满足覆盖电平指标的同时，保证单扇区最大覆盖距离，从而最大可能地提升客户满意度，相同建设方式减少建设站点数，最大限度提升投资回报率。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。