CN110361603B - 一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了提出一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法，该方法根据无线发射设备、预测点、公路宽度以及公路两边散射体之间的位置几何关系，得出反射路径长度与散射信号的入射角的关系，结合弗里斯传输公式，得出预测点总接收功率Pr，进而得出预测点电磁辐射强度E。通过本发明提出的评估方法，考虑了路边散射体对电磁辐射传播的影响，能够快速、准确地对公路场景下移动无线设备的电磁辐射强度进行预测与评估，具有一定的社会效益。

Description

一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法
技术领域
本发明涉及一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法。
背景技术
随着移动通信技术给人们带来无限的沟通便利，个人移动设备成为了生活必需品，移动网络在给人们的生活带来便利的同时，也因其产生的电磁辐射对人体具有潜在威胁而受到广泛关注。但目前已公开的文献和专利中，对于道路两旁散射体均匀分布的公路场景下，目前还没有一种有效的方法来预测移动无线设备的电磁辐射。
针对现有技术中存在的不足，本专利提出一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法，该方法根据无线发射设备、预测点、公路宽度以及公路两边散射体之间的位置几何关系，得出反射路径长度与散射信号的入射角的关系，结合弗里斯传输公式，得出预测点总接收功率Pr，进而得出预测点电磁辐射强度E。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
(1)根据无线发射设备、预测点、公路宽度以及散射体之间的位置几何关系，得到无线发射设备到道路左侧散射体的距离函数dtL(θ1)，单位为m；得到道路左侧散射体到预测点的距离函数drL(θ1)，单位为m；θ1为预测点左侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ1<π；
(2)根据步骤(1)得到的无线发射设备到道路左侧散射体的距离函数dtL(θ1)和道路左侧散射体到预测点的距离函数drL(θ1)，计算出预测点左侧接收功率PrL，单位为W；
(3)根据无线发射设备、预测点、公路宽度以及散射体之间的位置几何关系，得到无线发射设备到道路右侧散射体的距离函数dtR(θ2)，单位为m；得到道路右侧散射体到预测点的距离函数drR(θ2)，单位为m；θ2为预测点右侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ2<π；
(4)根据步骤(3)得到的无线发射设备到道路右侧散射体的距离函数dtR(θ2)和道路右侧散射体到预测点的距离函数drR(θ2)，计算出预测点右侧接收功率PrR，单位为W；
(5)根据步骤(2)得到的预测点左侧接收功率PrL和步骤(4)得到的预测点右侧接收功率PrR，计算出预测点总接收功率Pr，单位为W；
(6)根据步骤(5)得到的总接收功率Pr和接收天线参数，得到预测点电磁辐射强度E，单位为V/m。
上述的一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(1)中，无线发射设备到道路左侧散射体的距离函数dtL(θ1)和道路左侧散射体到预测点的距离函数drL(θ1)，计算如下:
Figure BDA0002136788630000021
Figure BDA0002136788630000022
上式中，sL为无线发射设备离道路左侧的距离，单位为m；dtr为无线发射设备与预测点之间的距离，单位为m；θ1为预测点左侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ1<π；cotθ1为θ1的余切函数；sinθ1为θ1的正弦函数。
上述的一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(2)中，结合步骤(1)中无线发射设备到道路左侧散射体的距离函数dtL(θ1)和道路左侧散射体到预测点的距离函数drL(θ1)，得到预测点左侧接收功率PrL，计算如下：
Figure BDA0002136788630000023
上式中，Pt为无线设备发射功率，单位为W；Gt为发射天线增益，单位为dBi；σ为路边散射体的横截面，单位为m2；γ为反射衰减系数；sL为无线发射设备离道路左侧的距离，单位为m；ρL为左侧路边散射体线性密度，单位为个/m；θ1为预测点左侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ1<π；cscθ1为θ1的余割函数。
上述的一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(3)中，无线发射设备到道路右侧散射体的距离函数dtR(θ2)和道路右侧散射体到预测点的距离函数drR(θ2)，计算如下：
Figure BDA0002136788630000031
Figure BDA0002136788630000032
上式中，sR为无线发射设备离道路右侧的距离，单位为m；dtr为无线发射设备与预测点之间的距离，单位为m；θ2为预测点右侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ2<π；cotθ2为θ2的余切函数；sinθ2为θ2的正弦函数。
上述的一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(4)中，结合步骤(3)中无线发射设备到道路右侧散射体的距离函数dtR(θ2)和道路右侧散射体到预测点的距离函数drR(θ2)，得到预测点右侧接收功率PrR，计算如下：
Figure BDA0002136788630000033
上式中，Pt为无线设备发射功率，单位为W；Gt为发射天线增益，单位为dBi；σ为路边散射体的横截面，单位为m2；γ为反射衰减系数；sR为无线发射设备离道路右侧的距离，单位为m；ρR为右侧路边散射体线性密度，单位为个/m；θ2为预测点右侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ2<π；cscθ2为θ2的余割函数。
上述的一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(5)中，结合步骤(2)得到的预测点左侧接收功率PrL和步骤(4)得到的预测点右侧接收功率PrR，计算出预测点总接收功率Pr，计算如下：
Pr＝PrL+PrR
上式中，Pr为预测点总接收功率，单位为W。
上述的一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(6)中，根据步骤(5)得到的总接收功率Pr和接收天线参数，得到预测点电磁辐射强度E，计算如下：
Figure BDA0002136788630000034
上式中，E为预测点电磁辐射强度，单位为V/m；Pr为预测点总接收功率，单位为W；Z为射频电缆阻抗，单位为欧姆；AF为接收天线因子，单位为dB/m；AFRF为测量系统的线缆损耗，单位为dB。
本发明的有益效果在于：本方法首先提出一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法，该方法根据无线发射设备、预测点、公路宽度以及公路两边散射体之间的位置几何关系，得出反射路径长度与散射信号的入射角的关系，结合弗里斯传输公式，得出预测点总接收功率Pr，进而得出预测点电磁辐射强度E。通过本发明提出的评估方法，考虑了路边散射体对电磁辐射传播的影响，能够快速、准确地对公路场景下移动无线设备的电磁辐射强度进行预测与评估，具有一定的社会效益。
附图说明
图1为本发明的场景图示。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施对象是移动无线设备，工作的频率为：2.412GHz，测试地点是大学校园内公路，测量设备采用便携式频谱分析仪(KEYSIGHTN9918A，测量最大频率26.5GHz)和对数周期天线(HyperLOG60180，测量频率范围680MHz～18GHz)，射频电缆阻抗Z为50Ω，接收天线因子AF为30dB/m，测量系统的线缆损耗AFRF为3dB。
本发明的一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法，包括以下步骤：
(1)根据无线发射设备、预测点、公路宽度以及散射体之间的位置几何关系，得到无线发射设备到道路左侧散射体的距离函数dtL(θ1)，单位为m；得到道路左侧散射体到预测点的距离函数drL(θ1)，单位为m；θ1为预测点左侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ1<π；
(2)根据步骤(1)得到的无线发射设备到道路左侧散射体的距离函数dtL(θ1)和道路左侧散射体到预测点的距离函数drL(θ1)，计算出预测点左侧接收功率PrL，单位为W；
(3)根据无线发射设备、预测点、公路宽度以及散射体之间的位置几何关系，得到无线发射设备到道路右侧散射体的距离函数dtR(θ2)，单位为m；得到道路右侧散射体到预测点的距离函数drR(θ2)，单位为m；θ2为预测点右侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ2<π；
(4)根据步骤(3)得到的无线发射设备到道路右侧散射体的距离函数dtR(θ2)和道路右侧散射体到预测点的距离函数drR(θ2)，计算出预测点右侧接收功率PrR，单位为W；
(5)根据步骤(2)得到的预测点左侧接收功率PrL和步骤(4)得到的预测点右侧接收功率PrR，计算出预测点总接收功率Pr，单位为W；
(6)根据步骤(5)得到的总接收功率Pr和接收天线参数，得到预测点电磁辐射强度E，单位为V/m。
所述步骤(1)中，无线发射设备离道路左侧的距离sL＝15m，无线发射设备与预测点之间的距离dtr＝5m，无线发射设备到道路左侧散射体的距离函数dtL(θ1)和道路左侧散射体到预测点的距离函数drL(θ1)，计算如下:
Figure BDA0002136788630000051
Figure BDA0002136788630000052
所述步骤(2)中，无线设备发射功率Pt＝2×10-3W，发射天线增益Gt＝3dBi，路边散射体的横截面σ＝1m2，反射衰减系数γ＝0.1；无线发射设备离道路左侧的距离sL＝15m，左侧路边散射体线性密度ρ＝0.3个/m，θ1为预测点左侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ1<π，结合步骤(1)得到的无线发射设备到道路左侧散射体的距离函数dtL(θ1)和道路左侧散射体到预测点的距离函数drL(θ1)，得到预测点左侧接收功率PrL：
Figure BDA0002136788630000053
所述步骤(3)中，无线发射设备离道路右侧的距离sR＝8m，无线发射设备与预测点之间的距离dtr＝5m，无线发射设备到道路右侧散射体的距离函数dtR(θ2)和道路右侧散射体到预测点的距离函数drR(θ2)，计算如下：
Figure BDA0002136788630000054
Figure BDA0002136788630000055
所述步骤(4)中，无线设备发射功率Pt＝2×10-3W，发射天线增益Gt＝3dBi，路边散射体的横截面σ＝1m2，反射衰减系数γ＝0.1；无线发射设备离道路右侧的距离sR＝8m，右侧路边散射体线性密度ρ＝0.3个/m，θ2为预测点左侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ2<π，结合步骤(3)得到的无线发射设备到道路右侧散射体的距离函数dtR(θ2)和道路右侧散射体到预测点的距离函数drR(θ2)，得到预测点右侧接收功率PrR：
Figure BDA0002136788630000061
所述步骤(5)中，预测点总接收功率Pr计算如下：
Pr＝PrL+PrR＝3.702×10-9W
所述步骤(6)中，射频电缆阻抗Z＝50Ω，接收天线因子AF＝30dB/m，测量系统的线缆损耗AFRF＝3dB，结合步骤(5)得到的总接收功率Pr，预测点电磁辐射强度E计算如下：
Figure BDA0002136788630000062
本实施例使用频谱分析仪对大学校园内公路场景下，距离无线发射设备5m的预测点进行了电磁辐射强度测量，测量值为0.0186V/m，与本发明所使用方法的预测值基本一致，说明利用此方法可以实现公路场景下移动无线设备的电磁辐射强度预测，同时验证了本发明所使用方法的有效性。

Claims (1)

1.一种散射体均匀分布的公路场景下电磁辐射预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据无线发射设备、预测点、公路宽度以及散射体之间的位置几何关系，得到无线发射设备到道路左侧散射体的距离函数dtL(θ1)，单位为m，得到道路左侧散射体到预测点的距离函数drL(θ1)，单位为m；
Figure FDA0003005152750000011
Figure FDA0003005152750000012
上式中，sL为无线发射设备离道路左侧的距离，单位为m；dtr为无线发射设备与预测点之间的距离，单位为m；θ1为预测点左侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ1<π；cotθ1为θ1的余切函数；sinθ1为θ1的正弦函数；
(2)根据步骤(1)得到的无线发射设备到道路左侧散射体的距离函数dtL(θ1)和道路左侧散射体到预测点的距离函数drL(θ1)，计算出预测点左侧接收功率PrL，单位为W；
Figure FDA0003005152750000013
上式中，Pt为无线设备发射功率，单位为W；Gt为发射天线增益，单位为dBi；σ为路边散射体的横截面，单位为m2；γ为反射衰减系数；sL为无线发射设备离道路左侧的距离，单位为m；ρL为左侧路边散射体线性密度，单位为个/m；θ1为预测点左侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ1<π；cscθ1为θ1的余割函数；
(3)根据无线发射设备、预测点、公路宽度以及散射体之间的位置几何关系，得到无线发射设备到道路右侧散射体的距离函数dtR(θ2)，单位为m；得到道路右侧散射体到预测点的距离函数drR(θ2)，单位为m；
Figure FDA0003005152750000014
Figure FDA0003005152750000015
上式中，sR为无线发射设备离道路右侧的距离，单位为m；dtr为无线发射设备与预测点之间的距离，单位为m；θ2为预测点右侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ2<π；cotθ2为θ2的余切函数；sinθ2为θ2的正弦函数；
(4)根据步骤(3)得到的无线发射设备到道路右侧散射体的距离函数dtR(θ2)和道路右侧散射体到预测点的距离函数drR(θ2)，计算出预测点右侧接收功率PrR，单位为W；
Figure FDA0003005152750000021
上式中，Pt为无线设备发射功率，单位为W；Gt为发射天线增益，单位为dBi；σ为路边散射体的横截面，单位为m2；γ为反射衰减系数；sR为无线发射设备离道路右侧的距离，单位为m；ρR为右侧路边散射体线性密度，单位为个/m；θ2为预测点右侧散射信号的入射角，单位为rad，0≤θ2<π；cscθ2为θ2的余割函数；
(5)根据步骤(2)得到的预测点左侧接收功率PrL和步骤(4)得到的预测点右侧接收功率PrR，计算出预测点总接收功率Pr；
Pr＝PrL+PrR
上式中，Pr为预测点总接收功率，单位为W；
(6)根据步骤(5)得到的总接收功率Pr和接收天线参数，得到预测点电磁辐射强度E；
Figure FDA0003005152750000022
上式中，E为预测点电磁辐射强度，单位为V/m；Pr为预测点总接收功率，单位为W；Z为射频电缆阻抗，单位为欧姆；AF为接收天线因子，单位为dB/m；AFRF为测量系统的线缆损耗，单位为dB。
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