无线电波传播算法的制作方法

本发明涉及无线电，具体为无线电波传播算法。

背景技术：

1、国际电联无线电通信部门发布的itu-r p.1546建议书(可在线查询https://www.itu.int/rec/r-rec-p)，对30mhz至3000mhz频率范围内地面业务点对面无线电传播的预测。itu-r p.1546建议书中用于有效发射天线高度小于3000m、路径长度在1-1000km之间的陆地路径、海面路径和/或陆地—海面混合路径上的对流层无线电电路。该方法的基础是对经验导出场强曲线进行内插/外推，而该曲线是距离、天线高度、频率和时间百分比的函数。计算程序还包括对该内插/外推法所得的结果进行校正，以便纳入地形净空和地物遮挡对终端的影响。同时，算法采用gpu高效算法进行加速计算。

2、目前，itu-r p.1546建议书是用于有效发射天线高度小于3000m、路径长度在1-1000km之间的陆地路径、海面路径和/或陆地—海面混合路径上的对流层无线电电路，对于任意路径、频率、时间百分比需要采用内插/外推的方式计算，附加地形净空和地物遮挡校正进行支持。本发明是基于全球地形和陆地覆盖数据的支撑，解析了不同位置对应的大圆路径的地形地貌数据而实现了高分辨率的自动匹配。现阶段大部分实现的算法或者工程软件加入了地形数据。而对地貌数据处理，更多依赖人为的定义土地覆盖信息，再判断得出附加高度，电导率，介电常数和粗糙程度参数值四项参数。并通过一些优化措施提高了较传统方式上的直接读取地图文件(地形和陆地覆盖数据)的计算效率，使得自动匹配功能在应用到实际计算场景有良好的性能表现。同时，目前通常采用cpu进行计算，本发明针对itu-rp.1546可实现并行计算的特点，采用gpu高效算法逻辑实现高准确度、高效的无线电信号的电波传播算法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供无线电波传播算法，具有只需将具体的位置信息传入地貌匹配功能的接口服务中，就可以得到地貌覆盖信息和地貌相关参数，再结合具体算法所需其他参数一起传入到对应接口中计算损耗值的优点，解决了现有技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：无线电波传播算法，包括输入参数、地形地貌信息匹配、itu-r p.1546模型和计算损耗，所述输入参数的输出端与地形地貌信息匹配的输入端电性连接，所述输入参数用于位置信息的输入，并将输入的位置信息传输至地形地貌信息匹配，所述地形地貌信息匹配用于对输入参数输入的位置信息进行接收，经过分析后，传递至itu-r p.1546模型，所述itu-r p.1546模型的输入端与地形地貌信息匹配的输出端电性连接，并将地形地貌分析过后的信息再扯进行具体分析计算，所述itu-rp.1546模型经过gpu计算后得出计算损耗。

3、优选的，包括以下步骤：

4、步骤1(确定传播类型)：确定为陆地、冷海或暖海传播路径的类型。如果是混合路径，则确定可认为是第一和第二传播类型的两种路径类型。

5、步骤2(确定标称时间百分比)：对于给定的任一时间百分比(1％至50％范围内的时间百分比)，需确定两种标称时间百分比：

6、(1)1％<所需的时间百分比<10％，此时低端和高端的标称时间百分比分别为1％和10％；

7、(2)10％<所需的时间百分比<50％，此时低端和高端的标称时间百分比分别为10％和50％。

8、(3)如果所需时间百分比等于1％或10％或50％，则该值可看做是低端标称时间百分比，不需要步骤10的内插处理。

9、步骤3(确定标称频率)：对于所需的任何频率(30至3000mhz范围内)，如下地确定两种标称频率：

10、(1)所需频率<600mhz时，低端和高端频率分别为100mhz和600mhz；

11、(2)所需频率>600mhz时，低端和高端频率分别为600mhz和2000mhz。

12、(3)如果所需频率等于100或600或2000mhz，则该值可看做是低端标称频率，而不需要步骤9内的内插/外推处理。

13、步骤4(确定标称距离)：从表3内最接近的所需频率中确定低端和高端标称距离。

14、步骤5：对于第一传播类型，按步骤6至11。

15、步骤6：对于低端标称时间百分比，按步骤7至10。

16、步骤7：对于低端标称频率，按步骤8和9。

17、步骤8：对于所需距离d和发射/基站天线高度h1，对大地上方代表性散布物高度r处的接收/移动台天线如下地得到超出50％位置点的场强：

18、步骤8.1：(确定标称天线高度h1>10)发射/基站天线高度h1等于或大于10m时，按步骤8.1.1至8.1.6。

19、步骤8.2：(确定标称天线高度0<h1<10)

20、步骤9：如果所需频率与低端标称频率不相符，则对高频标称频率重复步骤8，并对两个场强进行内插或外推。

21、对于陆地路径，以及对于所需f大于100mhz的海面路径，所需场强e的计算应采用下面的公式：

22、e＝einf+(esup-einf)log(f/finf)/log(fsup/finf) (26)

23、其中：f，需做出场强预测的频率(mhz)；finf，低端标称频率(f<600mhz时为100mhz，否则为600mhz)；fsup，高端标称频率(f<600mhz时为600mhz，否则为2000mhz)；einf，finf的场强值；esup，fsup的场强值。场强不得超过emax。

24、步骤10：如果所需时间百分比与低端标称时间百分比不相符，则对高端标称时间百分比重复步骤7至9，并对两个场强进行内插。公式如下：

25、e＝esup(qinf-qt)/(qinf-qsup)+einf(qt-qsup)/(qinf-qsup) (27)

26、其中：t，需做出场强预测的时间百分比；tinf，标称时间百分比下限；tsup，标称时间百分比上限，qt＝qi(t/100)，qinf＝qi(tinf/100)，qsup＝qi(tsup/100)

27、einf，时间百分比tinf的场强值；esup，时间百分比tsup的场强值，qi(x)是逆互补累积正态分布函数。

28、步骤11：对混合路径做预测，按照下边给出的逐步式程序。对于每一传播类型的路径要求采用步骤6至10。依照下面的步骤确定出具有混合的陆地部分和海面部分时任何路径上的场强。如果路径中既包含暖海部分又包含冷海部分，计算esea(d)时应采用暖海曲线。正常地，该h1值应用于eland(d)和esea(d)。然而，如果h1小于3m，仍应采用eland(d)，而等于3m时应采用esea(d)。

29、混合路径计算方法：

30、对于所有频率和所有时间百分比，对于并不涉及任何陆地/海面或陆地/沿海陆地过渡的这些传播区组合，以及只涉及单个陆地传播类别和单个海面或沿海陆地传播类别的那些传播区组合，应使用下面的程序计算场强：

31、

32、其中：e，混合路径的场强(db(μv/m))；ei(dtotal)：总混合路径长度内区域i路径的场强；di，区域i路径的长度；dtotal，路径总长度。

33、对于所有频率和所有时间百分比，以及对于其中涉及至少一个陆地/海面边界或陆地/沿海陆地边界的3个或更多的那些传播区组合，应使用下面的程序计算场强：

34、

35、其中：e，混合路径场强；eland,i，总混合路径长度内陆地路径i的场强，i＝1,…,nl，nl是越经陆地区的编号；esea,j，总混合路径长度内海面与沿海陆地路径j的场强，j＝1，…，ns，ns是越经海面与沿海陆地区的编号；di，dj，区域i，j的路径长度。

36、a内插系数:

37、a＝a0(fsea)v (34)

38、

39、优选的，所述步骤8包括8.1和8.2，所述8.1(确定标称天线高度h1>10)发射/基站天线高度h1等于或大于10m时，按步骤8.1.1至8.1.6。

40、所述8.1包括以下步骤：

41、步骤8.1.1：如果h1值与标称值10、20、37.5、75、150、300、600或1200m之一相符，则该值应看做是低端标称高度值h1，而不需要步骤8.1.6的内插处理。

42、步骤8.1.2：对于低端标称值h1，按步骤8.1.3至8.1.5。

43、步骤8.1.3：对于低端标称距离值，按步骤8.1.4。

44、步骤8.1.4：对于所需距离d和发射/基站天线高度h1，对代表性散布物高度r处的接收/移动台天线得到超出50％位置点的场强。如果不是50％，用下面的公式

45、e(50)＝e(中值)+qi(50/100)σl(f) (1)

46、σl(f)＝k+1.3log(f)

47、k＝1.2，用于城市或城郊环境下采用车顶高度全方向性天线的移动系统中天线低于地面散布物高度的接收机。

48、k＝1.0，用于具有接近地面散布物高度的屋顶天线的接收机

49、k＝0.5，用于农村地区的接收机

50、步骤8.1.5：如果d与低端标称d不相符，则对高端标称距离重复步骤8.1.4，并应用插值公式对该距离上的两个场强(场强单位均为db(μv/m))进行内插。插值公式：

51、e＝einf+(esup-einf)log(d/dinf)/log(dsup/dinf) (2)

52、其中：dinf，表格内小于d的最接近的距离；dsup，表格内大于d的最接近的距离；einf，dinf处的场强值；esup，dsup处的场强值。d的值小于1km或大于1000km时，无效。

53、步骤8.1.6：如果h1不符合任一个标称值，则重复步骤8.1.3至8.1.5，并对h1进行内插/外推。采用下面的公式从两条曲线上得到的场强中由内插或外推得出所需的场强：

54、e＝einf+(esup-einf)log(h1/hinf)/log(hsup/hinf) (3)

55、其中：hinf，如果h1>1200m，则hinf＝600m；hsup：如果h1>1200m，则hsup＝1200m；einf：在所需距离上hinf的场强值；esup：在所需距离上hsup的场强值；必要时应限制h1>1200m时从外推中得出的场强，以使它不超出场强最大值。对于h1>3000m，无效。

56、场强最大值emax：

57、对于陆地路径：

58、emax＝efs (4)

59、对于海洋路径：

60、emax＝efs+ese (5)

61、efs＝106.9-20logd (6)

62、

63、所述8.2(确定标称天线高度0<h1<10)包括以下步骤：

64、对于陆地路径：

65、0≤h1<10m时在所需距离d处的场强用下式计算：

66、e＝ezero+0.1h1(e10-ezero)                        (8)

67、ezero＝e10+0.5h1(c1020-ch1neg10)                 (9)

68、c1020＝e10-e20                           (10)

69、e10和e20:h1＝10m和h1＝20m时在所需距离处的场强。

70、ch1neg10＝6.03-j(v)                          (11)

71、

72、v＝kvθeff2                             (13)

73、θeff2＝arctan(-h1/9000)                     (14)

74、f＝100mhz，kv＝1.35

75、f＝600mhz，kv＝3.31

76、f＝2000mhz，kv＝6.00

77、对于海面路径：

78、h1不应小于1m。由下面的公式给出：

79、

80、dh1＝d06(f,h1,10)                         (16)

81、d20＝d06(f,20,10)                         (17)

82、df＝0.0000389fh1h2                       (18)

83、

84、d≤dh1时，

85、e＝emax                            (20)

86、dh1<d<d20时，

87、

88、d≥d20时，

89、e＝e'(1-fs)+e”fs                   (22)

90、其中：edh1是给出距离dh1上的emax；

91、ed20＝e10(d20)+(e20(d20))–e10(d20))log(h1/10)/log(20/10)；

92、e'＝e10(d)+(e20(d))–e10(d))log(h1/10)/log(20/10)；

93、e”：应用公式(8)对距离d计算出的场强；

94、fs：(d–d20)/d。

95、h1<0m

96、h1为负值的计算程序，先按h1＝0计算得到场强值，再加上一个如下计算出的校正项ch1。

97、校正项ch1的值按下面的情况a)和情况b)计算：

98、可得到地形数据库。根据地形净空角得出ch1。地形净空角θeff1由下面的公式给出：

99、θeff1＝θ度 (22)

100、其中，θ是接收/移动台天线处视线的仰角，在该角度上对于远到16km的距离，发射/基站天线的方向内正好完全没有地形障碍。θeff1值有限制，不小于+0.55°或大于+40.0°。首先，获取距离天线位置16km出的海拔高度h16eff，获取天线位置出海拔高度h1eff。如果h16eff<h1eff，不需要做校正。否则h16eff和h1eff的单位都是m。场强要添加的校正量由下面的公式进行计算：

101、ch1＝j(v')-j(v) (23)

102、

103、优选的，所述步骤4(确定标称距离)：如果所需距离与表2内的值相符，则该值可看做是低端标称距离，而不需要所述步骤8.1.5中的内插处理。

104、优选的，所述步骤1(确定传播类型)：如果路径可由单独一种类型表示，则可将它看做第一传播类型，且不需要步骤11中给出的混合路径方法。

105、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

106、1.本无线电波传播算法通过调用了全球地形数据库和陆地覆盖数据，实现了全球任何位置的大圆路径上的地形地貌的自动匹配。即让itu-r p.1546建议书的模型可以被应用于全球不同位置的频率高于约30mhz-3000mhz地球表面上电台的场强值。因而使用者在计算时只需要输入发射台和接收台的地理位置(经纬度)就可以得到对应链路的以一定分辨率的地形地貌信息带入算法中参与的传输损耗结果的计算。无需人为对所需计算的链路进行实际勘测，很大程度上解放了劳动力和对不同位置的计算需求提供了便利性及自由度。在为提高计算效率方面，使用了预读取，多线程以及数据结构优化等方法替代现有的直接硬盘io(输入/输出，input/output的缩写)交互。同时，融合了gpu技术进行加速，实现了并行计算。