利用可见性概念改进基于镜像原理的射线追踪法

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1、第16卷第4期电波科学学报VOl.16NO.42001年12月CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCEDecember2001文章编号1005-03SS(2001)04-0464-04利用可见性概念改进基于镜像原理的射线追踪法顾晓龙章文勋云正清金祯荣(毫米波国家重点实验室东南大学江苏南京210096)摘要研究改进了基于镜像原理的反射线追踪算法0将镜像点用树的结点形式作拓扑表示再建立判据去除无效的像点从而极大提高了计算效率0并举例说明了该判据的有效性0关键词传播模化几何光学法镜像法射线追踪中国分类号TN011.2文献标识码AImproVedray-tracingte

2、chniguewithimageapproachbasedonVisibilitybetweenobjectsGUXiao-longZHANGWen-xunYUNZheng-gingJINZhen-rong(StateKeyLal.OfmzllzmetelwazesSOutheastUnzzelsztyNangzngJzangsu210096Chzna)AbstractInthispapertheray-tracingtechnigueWithimageapprOachisstudiedandimprOved.TheimagesaretOpOlOgicallyrepresente

3、dasnOdesinatreethentWOim-prOvedcriteriaarefOundedfOrfilteringtheinvalidimagesthustheycangreatlyin-creasetheefficiencyinray-tracing.TWOexamplesOfdiscOveringthevalidityOfthesecriteriaispresented.KeywordsprOpagatiOnmOdelinggeOmetricalOpticalmethOdimagemethOdray-tracing点用s表示反射面用m表示s关于m的镜像点1引言用s(m

4、)表示0几何光学法是求解高频电磁场问题的常用方法它通过到达场点的射线来计算该点的场强0其确定射线路径的方法称为射线寻迹或射线追踪0从发射天线所在的源点到达指定的场点可能存在众多的射线本文主要研究这些射线的追踪方法及其改进0Tan于1993年提出基于镜像原理的射线追踪法[1~2](简称IMG法)比以往的射线追踪法(如[3]图1像点的树表示SBR法)效率更高且更精确0在IMG法中镜像点可以系统地表示成树的拓扑形式射线追踪的过程则对应于树的遍历0设有n个反射面编号为1~2~-~n若不考虑相在图1中圆圈是树的结点代表了各层镜像互之间的遮挡则源点对每个反射面各产生一个直点圆圈里的数字是产生

5、像点的反射面的编号;源接镜像统称为第一层像点共有n个这些镜像点收稿日期,2001-04-06.基金项目,江苏省自然科学基金资助项目(BK95044503)第4期顾晓龙等:利用可见性概念改进基于镜像原理的射线追踪法465又分别对诸反射面产生新的镜像点,统称第二层像为了便于判据III的叙述,先定义源反射面G如点G虽然第一层的每个像点S(m)也对应n个二次像果经过某个反射面的反射射线有可能到达另一个反点,但有一个与S重合的像点并不需要考虑,因此第射面,则前者称为后者的源反射面G二层像点共有n>(n-1)个G第二层的每个像点又判据I若像点树中有某个结点m对应其直1产生n>(n-1)>(n

6、-1)个第三层像点,以此接后代的结点m而m所代表的反射面不是m代2,12类推,Z层的像点树的像点总数(不包括S)为表的反射面的源反射面,则它们之间的路径也应当Z去除Gz-1K(Z,n)n>(n-1)z1利用这三个判据可以消除大量无效像点,显著Zn>(n-1)-n(n?2)提高运算效率G下面示例说明上述判据的效果Gn-2(1)例:判别图2所示街区中的有效射线G设街道两n>Z(n2)边的建筑物都具有平整反射表面GT和R分别为发实际情况下,镜像数目随层数成幂数律急剧增加,往往多得惊人,以至计算非常困难G而另一方面,由于射天线和接收天线的位置G物体间的遮挡,其中相当多数的镜像对场点并无贡

7、献,成为无效像点G因此在较复杂反射环境中应用IMG法的关键是:既要不遗漏一切可能的镜像点~又要筛除所有无效像点G这正是本文所要解决的问题G2物体间可见性的引入和无效反射线的判据如果一个像点不产生后继像点,就可在像点树上去除它与其后继像点之间的路径,于是与该路径图2街区图:11条反射线,反射次数20连结的所有后代结点也都可去除,使像点树得以简化G为此引入物体间可见性的概念[4~5]以及建立无效表1列出了使用不同判据的结果,表中,无限反射线的判据,有效地减少像点树的结点数目,进而制9

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1、第16卷第4期电波科学学报VOl.16NO.42001年12月CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCEDecember2001文章编号1005-03SS(2001)04-0464-04利用可见性概念改进基于镜像原理的射线追踪法顾晓龙章文勋云正清金祯荣(毫米波国家重点实验室东南大学江苏南京210096)摘要研究改进了基于镜像原理的反射线追踪算法0将镜像点用树的结点形式作拓扑表示再建立判据去除无效的像点从而极大提高了计算效率0并举例说明了该判据的有效性0关键词传播模化几何光学法镜像法射线追踪中国分类号TN011.2文献标识码AImproVedray-tracingte

2、chniguewithimageapproachbasedonVisibilitybetweenobjectsGUXiao-longZHANGWen-xunYUNZheng-gingJINZhen-rong(StateKeyLal.OfmzllzmetelwazesSOutheastUnzzelsztyNangzngJzangsu210096Chzna)AbstractInthispapertheray-tracingtechnigueWithimageapprOachisstudiedandimprOved.TheimagesaretOpOlOgicallyrepresente

3、dasnOdesinatreethentWOim-prOvedcriteriaarefOundedfOrfilteringtheinvalidimagesthustheycangreatlyin-creasetheefficiencyinray-tracing.TWOexamplesOfdiscOveringthevalidityOfthesecriteriaispresented.KeywordsprOpagatiOnmOdelinggeOmetricalOpticalmethOdimagemethOdray-tracing点用s表示反射面用m表示s关于m的镜像点1引言用s(m

4、)表示0几何光学法是求解高频电磁场问题的常用方法它通过到达场点的射线来计算该点的场强0其确定射线路径的方法称为射线寻迹或射线追踪0从发射天线所在的源点到达指定的场点可能存在众多的射线本文主要研究这些射线的追踪方法及其改进0Tan于1993年提出基于镜像原理的射线追踪法[1~2](简称IMG法)比以往的射线追踪法(如[3]图1像点的树表示SBR法)效率更高且更精确0在IMG法中镜像点可以系统地表示成树的拓扑形式射线追踪的过程则对应于树的遍历0设有n个反射面编号为1~2~-~n若不考虑相在图1中圆圈是树的结点代表了各层镜像互之间的遮挡则源点对每个反射面各产生一个直点圆圈里的数字是产生

5、像点的反射面的编号;源接镜像统称为第一层像点共有n个这些镜像点收稿日期,2001-04-06.基金项目,江苏省自然科学基金资助项目(BK95044503)第4期顾晓龙等:利用可见性概念改进基于镜像原理的射线追踪法465又分别对诸反射面产生新的镜像点,统称第二层像为了便于判据III的叙述,先定义源反射面G如点G虽然第一层的每个像点S(m)也对应n个二次像果经过某个反射面的反射射线有可能到达另一个反点,但有一个与S重合的像点并不需要考虑,因此第射面,则前者称为后者的源反射面G二层像点共有n>(n-1)个G第二层的每个像点又判据I若像点树中有某个结点m对应其直1产生n>(n-1)>(n

6、-1)个第三层像点,以此接后代的结点m而m所代表的反射面不是m代2,12类推,Z层的像点树的像点总数(不包括S)为表的反射面的源反射面,则它们之间的路径也应当Z去除Gz-1K(Z,n)n>(n-1)z1利用这三个判据可以消除大量无效像点,显著Zn>(n-1)-n(n?2)提高运算效率G下面示例说明上述判据的效果Gn-2(1)例:判别图2所示街区中的有效射线G设街道两n>Z(n2)边的建筑物都具有平整反射表面GT和R分别为发实际情况下,镜像数目随层数成幂数律急剧增加,往往多得惊人,以至计算非常困难G而另一方面,由于射天线和接收天线的位置G物体间的遮挡,其中相当多数的镜像对场点并无贡

7、献,成为无效像点G因此在较复杂反射环境中应用IMG法的关键是:既要不遗漏一切可能的镜像点~又要筛除所有无效像点G这正是本文所要解决的问题G2物体间可见性的引入和无效反射线的判据如果一个像点不产生后继像点,就可在像点树上去除它与其后继像点之间的路径,于是与该路径图2街区图:11条反射线,反射次数20连结的所有后代结点也都可去除,使像点树得以简化G为此引入物体间可见性的概念[4~5]以及建立无效表1列出了使用不同判据的结果,表中,无限反射线的判据,有效地减少像点树的结点数目,进而制9

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