CN104280621B - 一种区域电磁环境射线传播路径并行搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种区域电磁环境射线传播路径并行搜索方法，是将计算的电磁环境区域进行栅格化处理，同时并行搜索从辐射源出发的所有射线传播路径，统计到达栅格的所有路径，获得整个区域的场强分布。本发明的积极效果是：在完成区域中一个小栅格点场强计算的同时，完成对整个区域场强分布的计算，大大降低了计算运算量；对区域中所有射线的路径搜索可以同时并发执行，非常适合于通过cuda、OpenCL、openMP、Mpi、MapReduce等并行计算架构进行加速；将对整个区域场强分布的计算量简化为对区域中一个小栅格的场强计算量，扩大区域大小所带来的附加运算量将大大降低，不再成为限制区域电磁计算的瓶颈。

Description

一种区域电磁环境射线传播路径并行搜索方法

技术领域

本发明属于电磁计算技术领域，具体涉及一种区域电磁环境射线传播路径并行搜索方法。

背景技术

在预测诸如城市小区、电子靶场等区域的电波传播特性方面，应用于区域射线传播路径搜索的射线跟踪法得到了广泛的应用，它将电磁波在路径上的传播简化为直射、反射和绕射，确立每条传播路径上的衰减损耗，再根据各路径对场的贡献得出总的场强。

为获得整个区域的电磁场强分布，传统的射线跟踪法对全区域所有射线传播路径进行一次搜索仅能获得区域中一个点的场强，即对区域中一个点的场强计算是通过遍历搜索完整个区域的射线路径而确定的，要获得整个区域的场强分布就要对整个区域中的射线传播路径进行多次串行遍历搜索，这将产生很大的运算量，不能满足对区域电磁环境中射线传播路径快速搜索的需求。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种区域电磁环境射线传播路径并行搜索方法，在完成区域中一个点的场强计算的同时，并行完成对整个区域场强分布的计算，将对整个区域电磁环境计算的运算量缩减为对区域中一个点场强计算的运算量，实现对区域电磁环境中射线传播路径的快速搜索，降低计算整个区域场强分布的运算量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种区域电磁环境射线传播路径并行搜索方法，包括如下步骤：

步骤一、对电磁环境区域进行栅格化处理；

步骤二、并行搜索从辐射源出发的所有射线传播路径；

步骤三、统计到达栅格的所有路径，将到达每个栅格点的每一条路径相应的场强值进行叠加，得到该栅格点的场强，进而获得整个区域场强分布。

步骤二所述并行搜索从辐射源出发的所有射线传播路径的方法为：

(1)确定射线传播方向：从辐射源到区域边界的一个栅格点作为一条电波传播射线；

(2)同步并行地对所有射线传播路径进行第一轮跟踪搜索，直至满足搜索终止条件时，结束第一轮跟踪搜索，并相应地记录跟踪射线到达每个栅格点的路径衰减值；

如果第一轮跟踪搜索产生了多条射线分支则执行第二轮跟踪搜索，以至第i(i＝3，4，5，…)轮跟踪搜索，每一轮跟踪搜索过程同第一轮跟踪搜索，直至不再产生多条射线分支，则完成对整个区域电磁波传播射线的路径搜索；其中，第二轮到第i轮都是针对上一轮新产生的射线分支传播路径进行跟踪搜索的。

所述搜索终止条件是指下述三个条件中的任意一个条件：

1)射线传播路径衰减为最小阈值；

2)射线抵达区域边界；

3)射线碰到障碍物产生多条射线分支。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1)计算效率高。本发明在完成区域中一个小栅格点场强计算的同时，完成对整个区域场强分布的计算，大大降低了计算运算量，提高了计算效率。

2)算法并行度高。本发明对区域中所有射线的路径搜索可以同时并发执行，非常适合于通过cuda、OpenCL、openMP、Mpi、MapReduce等并行计算架构进行加速。

3)可扩展性好。本发明将对整个区域场强分布的计算量简化为对区域中一个小栅格的场强计算量，扩大区域大小所带来的附加运算量将大大降低，不再成为限制区域电磁计算的瓶颈。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明方法的流程框图。

具体实施方式

本发明提出的一种区域电磁环境射线传播路径并行搜索方法，是将计算的电磁环境区域进行栅格化处理，同时并行搜索从辐射源出发的所有射线传播路径，统计到达栅格的所有路径，获得整个区域的场强分布。具体方法如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、区域栅格化处理：

根据研究区域大小、区域环境(地形、建筑物等)、计算能力等综合因素确定基准栅格尺寸，并按照基准栅格尺寸对整个区域进行栅格划分。

步骤二、并行搜索从辐射源出发的所有射线传播路径：

(1)确定射线传播方向：

从辐射源出发，到研究区域的一个栅格接收点为一个射线传播方向，选取区域边界栅格点作为从辐射源出发的所有射线传播的终点，即从辐射源到区域边界的一个栅格点确立一条电波传播射线。

(2)同步并行地对所有射线传播路径进行第一轮跟踪搜索，直至：

1)射线传播路径衰减为最小阈值；

2)射线抵达区域边界；

3)射线碰到障碍物产生多条(至少两条)射线分支；

上述三个条件中任意一个条件满足时，结束第一轮跟踪搜索，并相应地记录跟踪射线到达每个栅格点的路径衰减值。

如果第一轮跟踪搜索产生了多条射线分支则执行第二轮跟踪搜索，以至第i轮(i＝3，4，5，…)跟踪搜索，每一轮跟踪搜索过程同第一轮跟踪搜索，直至不再产生多条射线分支，则完成对整个区域电磁波传播射线的路径搜索。其中，第二轮到第i轮计算都是对上一轮新产生的射线分支进行计算。

假定整个研究区域被划分为M个小栅格，传统的区域电磁环境计算对区域中的所有栅格不是同步并行计算的，遍历区域中的传播射线一次仅能确立一个小栅格的场强值，要获得整个区域的场强分布，就要执行M次对区域中传播射线的遍历，若完成一个小栅格场强计算的运算量为N，则对整个区域电磁场强的运算量为M×N；而本发明的区域电磁环境路径并行搜索计算方法，通过对整个区域中的射线传播路径进行搜索遍历，在得到区域中一个小栅格的场强值的同时，也获得了整个区域的场强分布，将运算量缩小为原来的1/M，大大提升了区域电磁环境计算效率。

步骤三、统计到达栅格的所有路径，获得整个区域的场强分布：

统计到达每个栅格点的所有路径，将到达每个栅格点的每一条路径相应的场强值进行叠加，得到该栅格点的场强，进而获得整个区域场强分布。对每一个栅格点场强的计算公式如下：

其中，E_i是到达当前计算栅格点的第i条射线确立的电场强度。

Claims (1)

1.一种区域电磁环境射线传播路径并行搜索方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、对电磁环境区域进行栅格化处理；

步骤二、并行搜索从辐射源出发的所有射线传播路径：

（1）确定射线传播方向：从辐射源到区域边界的一个栅格点作为一条电波传播射线；

（2）同步并行地对所有射线传播路径进行第一轮跟踪搜索，直至满足如下任一搜索终止条件：

1）射线传播路径衰减为最小阈值；

2）射线抵达区域边界；

3）射线碰到障碍物产生多条射线分支；

（3）结束第一轮跟踪搜索，并相应地记录跟踪射线到达每个栅格点的路径衰减值；

如果第一轮跟踪搜索产生了多条射线分支则执行第二轮跟踪搜索，以至第i（i = 3，4，5，…）轮跟踪搜索，每一轮跟踪搜索过程同第一轮跟踪搜索，直至不再产生多条射线分支，则完成对整个区域电磁波传播射线的路径搜索；其中，第二轮到第i轮都是针对上一轮新产生的射线分支传播路径进行跟踪搜索的；

步骤三、统计到达栅格的所有路径，将到达每个栅格点的每一条路径相应的场强值进行叠加，得到该栅格点的场强，进而获得整个区域场强分布。