考虑地形特征的丘陵山区无线信号覆盖预测方法

本发明涉及一种考虑地形特征的丘陵山区无线信号覆盖预测方法，属于信息自动化。

背景技术：

1、地形与地表覆盖等地理要素存在时空异质性，使得无线电波在不同环境下传播时产生的损耗不可忽视。作为无线通信系统的重难点问题，信号传播和覆盖模拟的要求随着无线通信技术的进步而不断提高。

2、无线电波在从发射天线传播至接收天线的过程中，除路径损耗外，还会因为复杂地形和地表覆盖的影响而产生衰减。比如在传播过程中地形起伏、建筑物等对传播链路的阻挡，引起电磁波的绕射、地面反射，导致其传播距离及覆盖范围发生较大的变化；植被等地表覆盖会使电磁波发生折射、绕射及衰减效应，影响电磁能量在空间的传播与分布。而传统的无线信号覆盖预测方法常常关注于某一具体地理环境下的无线传播损耗，比如仅计算绕射损耗或植被穿透损耗等，难以支持当前无线通信系统多样化应用场景下的精准化需求。

3、如何进一步实现多地理要素下的无线信号覆盖精细预测，尤其是实现对地形特征复杂的丘陵山区无线信号覆盖预测，为无线链路规划、通信站点选址规划等工作提供有效的支持，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于丘陵山区内地形起伏与植被覆盖环境的无线信号覆盖的精准预测方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种考虑地形特征的丘陵山区无线信号覆盖预测方法，包括如下步骤：

3、步骤一、将待预测区域进行平面栅格化处理得到二维栅格图，获取待预测区域的数字高程模型数据、森林树高分布数据、基站分布数据和基站的发射天线参数，并将上述数据叠加至栅格图上；

4、步骤二、对每一个基站，将所述待预测区域的其余栅格均附加一个接收天线，并进行遍历，找到该基站的发射天线与每一栅格的接收天线之间的直射路径，并计算该直射路径的信号损耗；

5、对一组发射天线与接收天线，计算生成直射路径的信号损耗的方法，包括以下步骤：

6、1）在发射天线和接收天线之间的水平连线tr上选择n个取样点，所述取样点为连线tr与栅格图之间的交点，并根据数字高程模型数据通过插值计算取样点的高程；

7、2）以所述发射天线处的栅格位置为原点，以所述发射天线和接收天线之间的连线tr为横轴、高程方向为纵轴，建立平面直角坐标系；

8、3）根据n个取样点与发射天线的水平距离，按从小到大进行排序，其中第i个取样点与发射天线的水平距离记为di，第i个取样点的高程记为hi，其中，i=1，2，…，n；

9、4）对n个取样点进行遍历，统计每个取样点的地表属性，其中统计n个取样点中第i个取样点的地表属性的方法如下：

10、第i个取样点到所述连线tr的垂直距离为li，第i个取样点到所述连线tr的垂线的垂足ai处的第一菲涅尔区截面圆半径为ri，根据li与ri的关系得到第i个取样点的绕射阻挡属性，从而确定第i个取样点对发射天线是否产生绕射阻挡；

11、根据森林树高分布数据，得到第i个取样点的植被遮挡高程值，得到第i个取样点的植被遮挡属性，若第i个取样点的植被遮挡高程值大于第i个取样点的高程hi，则第i个取样点对发射天线产生植被遮挡，否则第i个取样点对发射天线不产生植被遮挡；

12、5）根据每个取样点的绕射阻挡属性，计算得到该取样点的绕射损耗；根据每个取样点的植被遮挡属性，计算得到该取样点植被穿透损耗；根据每个取样点与发射天线的距离，计算该取样点的自由空间损耗；

13、所述取样点的信号损耗为该取样点的绕射损耗、植被穿透损耗和自由空间损耗之和；

14、6）所述直射路径的信号损耗为该直射路径上所有取样点的信号损耗之和；

15、步骤三、通过对同一基站的发射天线、不同接收天线遍历，根据发射天线和接收天线之间的直射路径的信号损耗，得到单基站的信号覆盖强度；通过对待预测区域内所有基站进行遍历，得到所有单基站的信号覆盖强度，以接收天线在各发射天线处所能获得的最大信号覆盖强度作为接收天线最终的信号覆盖强度。

16、本发明针对丘陵山区的地形特征，考虑到不规则地形和植被覆盖对于信号传播的影响，将地形起伏和植被覆盖作为约束参与无线信号覆盖预测，分类计算得到更为精确的无线信号损耗，突破了单一无线信号损耗预测模型在丘陵山区环境中计算信号覆盖的局限性，从而提高了预测的精准度。本发明方法适应性强，经实践证明，使用本发明方法可以精确且快速地得到丘陵山区的信号覆盖范围，能够满足实际生产的需要，相比基于单一无线信号损耗预测模型扩展的无线信号覆盖预测方法具有更高的准确性和更强的实用性。

技术特征：

1.一种考虑地形特征的丘陵山区无线信号覆盖预测方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的考虑地形特征的丘陵山区无线信号覆盖预测方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的考虑地形特征的丘陵山区无线信号覆盖预测方法，其特征在于，步骤二中，找到基站的理论最大覆盖范围的方法如下：

4.根据权利要求1-3任一项所述的考虑地形特征的丘陵山区无线信号覆盖预测方法，其特征在于：步骤二中，采用durkin绕射损耗模型计算取样点的绕射损耗。

5.根据权利要求1-3任一项所述的考虑地形特征的丘陵山区无线信号覆盖预测方法，其特征在于：步骤二中，采用双折线对数距离算法计算植被穿透损耗。

技术总结
本发明涉及一种考虑地形特征的丘陵山区无线信号覆盖预测方法，包括如下步骤：将待预测区域进行平面栅格化处理得到二维栅格图，获取待预测区域的数字高程模型数据、森林树高分布数据、基站分布数据和基站的发射天线参数；对每一个基站，将所述待预测区域的其余栅格均附加一个接收天线，并进行遍历，找到该基站的发射天线与每一栅格的接收天线之间的直射路径，并计算该直射路径的信号损耗；通过对待预测区域内所有基站进行遍历，得到所有单基站的信号覆盖强度。本发明可以提高丘陵山区无线信号覆盖预测的精准度。

技术研发人员：李飞雪,翟培秀,周志杰,焦亚楠,颜玮祎,罗婷瑜,吴书翰
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22