一种基于DEM的非规则地形路径损耗预测方法
本发明涉及无线通信，特别是涉及一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法、设备、介质及产品。
背景技术：
1、无线通信系统在现实环境中经常遇到非规则地形，如山地、丘陵、森林等，这些地形会导致信号传播中的路径损耗，影响通信覆盖范围和信号质量。因此，研究如何有效预测和衡量这种路径损耗对通信系统的优化至关重要。在这些非规则地形中，无线电信号的传播复杂且具有一定的不确定性，因此必须建立准确的预测模型来评估路径损耗。
2、近年来，针对非规则地形中路径损耗预测方面，研究呈现了新的方向和趋势。科学家们利用先进的地理信息系统(gis)技术和卫星数据获取高精度的地形信息，例如激光雷达(lidar)数据和高分辨率数字高程模型(dem)，以更精确地描述非规则地形特征，从而改善路径损耗模型的准确性。但这些模型普遍存在计算复杂度高、数据存储量大以及预测结果稳定性不高的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法，通过地形投影和等效计算方法，提取出地形数据的关键地形特征，降低了计算的复杂度和数据的存储量，同时提升了模型在非规则地形路径损耗预测的准确性和模型输出结果的稳定性。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、在第一方面，本发明提供了一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法，所述方法包括：
4、获取发射单元位置和接收单元位置；所述发射单元位置为发射单元在数字高程模型数据上的位置信息；所述接收单元位置为接收单元在数字高程模型数据上的位置信息；
5、计算峰值位置；所述峰值位置为位于目标连线上最高处的地形轮廓点的位置数据；所述目标连线为所述发射单元位置与所述接收单元位置之间的连线；
6、计算所述峰值位置处的第一菲涅尔区半径；
7、在预设条件下，根据所述第一菲涅尔区半径计算第一菲涅尔区截面；所述预设条件为障碍地形对发射单元和接收单元之间的电磁波传播存在影响，所述障碍地形为发射单元和接收单元之间的地形；
8、确定高程地形投影；所述高程地形投影为将所述发射单元位置和所述接收单元位置之间的障碍地形上的采样点向投影平面投影后得到的；所述投影平面为垂直于目标连线且经过所述峰值位置的平面；
9、根据所述高程地形投影和所述第一菲涅尔区截面对所述障碍地形进行分类和等效计算。
10、可选的，还包括：
11、判断障碍地形是否对发射单元和接收单元之间的电磁波传播存在影响，具体包括：
12、计算峰值高度差；所述峰值高度差为所述峰值位置至连线垂足点的高度；所述连线垂足点为所述峰值位置在所述目标连线上的垂足点；
13、当所述峰值位置的高度大于阈值距离时，确定障碍地形对发射单元和接收单元之间的电磁波传播存在影响；所述阈值距离为所述峰值高度差减去所述第一菲涅尔区半径后得到的值；
14、当所述峰值位置的高度小于或者等于阈值距离时，确定障碍地形对发射单元和接收单元之间的电磁波传播存在影响。
15、可选的，根据所述高程地形投影和所述第一菲涅尔区截面对所述障碍地形进行分类和等效计算，具体包括：
16、若所述高程地形投影中第一菲涅尔区截面完全被障碍地形遮挡，则根据高程地形投影中障碍地形的投影形状将所述障碍地形划分为无限宽、半无限宽和有限宽三类，并分别用不同的等效模型进行等效；当所述障碍地形被划分为无限宽时，用单刀刃等效模型进行等效计算；当所述障碍地形被划分为半无限宽时，用双刀刃等效模型进行等效计算；当所述障碍地形被划分为有限宽时，用三刀刃等效模型进行等效计算；
17、若所述高程地形投影中第一菲涅区截面部分被障碍地形遮挡，则使用单刀刃等效模型对障碍地形进行等效计算。
18、可选的，等效计算的具体过程为：
19、计算各个等效模型的绕射参数；
20、利用所述绕射参数计算绕射损耗；
21、根据所述绕射损耗计算绕射系数；
22、根据所述绕射系数计算障碍地形的绕射损耗预测值；
23、按照公式pl(d)＝20log10(40π/3)+20log10d+20log10f+ldiff计算发射单元和接收单元之间的路径损耗值，得到预测结果；其中pl(d)表示预测结果，ldiff表示障碍地形的绕射损耗预测值。
24、可选的，计算各个等效模型的绕射参数，具体包括：
25、当所述等效模型为单刀刃等效模型时，采用距峰值位置水平距离小于第一菲涅尔区半径的等间距投影轮廓样点计算单刀刃等效模型的绕射参数；
26、当所述等效模型为双刀刃等效模型或三刀刃等效模型时，采用投影高度大于第一菲涅尔区截面圆心的高度且小于的投影轮廓样点进行计算；其中，hc表示第一菲涅尔区截面圆心的高度，dpc表示峰值位置到第一菲涅尔区截面圆心之间的垂直距离。
27、可选的，计算所述峰值位置处的第一菲涅尔区半径，具体包括：
28、计算距发射距离；所述距发射距离为所述连线垂足点与所述发射单元位置的水平距离；所述连线垂足点为所述峰值位置在所述发射单元位置和所述接收单元位置的连线上的垂足点；
29、计算距接收距离；所述距接收距离为所述连线垂足点与所述接收单元位置的水平距离；
30、根据所述距发射距离和所述距接收距离计算所述峰值位置处的第一菲涅尔区半径。
31、可选的，根据所述距发射距离和所述距接收距离计算所述峰值位置处的第一菲涅尔区半径，具体包括：
32、利用公式计算所述峰值位置处的第一菲涅尔区半径，式中，r1表示所述峰值位置处的第一菲涅尔区半径，λ表示当前预测频率对应的波长，d1表示距发射距离，d2表示距接收距离。
33、在第二方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机指令，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述任一项所述一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法的步骤。
34、在第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法的步骤。
35、在第四方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法的步骤。
36、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
37、本发明提供了一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法，通过先获取收发机连线上的二维地形剖面信息，确定了影响路径损耗的主要障碍地形位置，获取发射单元位置和接收单元位置；所述发射单元位置为发射单元在数字高程模型数据上的位置信息；所述接收单元位置为接收单元在数字高程模型数据上的位置信息；计算峰值位置；所述峰值位置为位于目标连线上最高处的地形轮廓点的位置数据；所述目标连线为所述发射单元位置与所述接收单元位置之间的连线，然后通过将障碍地形投影的方法，将地形的横向特征进行提取，通过将三维dem数据进行关键数据提取，极大的简化了模型，降低了计算复杂度，计算所述峰值位置处的第一菲涅尔区半径；在预设条件下，根据所述第一菲涅尔区半径计算第一菲涅尔区截面；所述预设条件为障碍地形是否对发射单元和接收单元之间的电磁波传播存在影响，所述障碍地形为发射单元和接收单元之间的地形；确定高程地形投影；所述高程地形投影为将所述发射单元位置和所述接收单元位置之间的障碍地形上的采样点向投影平面投影后得到的；所述投影平面为垂直于目标连线且经过所述峰值位置的平面；最后，根据所述高程地形投影和所述第一菲涅尔区截面对所述障碍地形进行分类和等效计算，与现有技术相比，本发明通过高程地形投影的方式有效提取了地形数据的关键地形特征，降低了计算的复杂度和数据的存储量，同时提升了模型在非规则地形路径损耗预测的准确性和模型输出结果的稳定性。
技术特征：
1.一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法，其特征在于，根据所述高程地形投影和所述第一菲涅尔区截面对所述障碍地形进行分类和等效计算，具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法，其特征在于，等效计算的具体过程为：
5.根据权利要求4所述的一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法，其特征在于，计算各个等效模型的绕射参数，具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法，其特征在于，计算所述峰值位置处的第一菲涅尔区半径，具体包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法，其特征在于，根据所述距发射距离和所述距接收距离计算所述峰值位置处的第一菲涅尔区半径，具体包括：
8.一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-7中任一项所述一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述一种基于dem的非规则地形路径损耗预测方法的步骤。
技术总结
本发明公开一种基于DEM的非规则地形路径损耗预测方法，涉及无线通信技术领域，方法包括：获取发射单元位置和接收单元位置；计算峰值位置；计算峰值位置处的第一菲涅尔区半径；在预设条件下，根据第一菲涅尔区半径计算第一菲涅尔区截面；确定高程地形投影；高程地形投影为将发射单元位置和接收单元位置之间的障碍地形上的采样点向投影平面投影后得到的；根据高程地形投影和第一菲涅尔区截面对障碍地形进行分类和等效计算，本发明通过高程地形投影的方式有效提取了地形数据的关键地形特征，降低了计算的复杂度和数据的存储量，同时提升了模型在非规则地形路径损耗预测的准确性和模型输出结果的稳定性。
技术研发人员：刘伟荣,周顺,费丹,范建华,艾渤
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23