受限空間中穩(wěn)定可靠的無(wú)線通信系統(tǒng)是其中車輛安全運(yùn)行的重要保障,電磁波作為無(wú)線通信系統(tǒng)信號(hào)的載體,其高效覆蓋決定著無(wú)線通信系統(tǒng)的性能。電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法被廣泛應(yīng)用于受限空間中電波覆蓋問題的研究,然而由于受限空間中發(fā)射天線的參數(shù)、物理結(jié)構(gòu)以及電磁環(huán)境復(fù)雜多樣,單一的數(shù)值方法難以獨(dú)立計(jì)算大尺寸、復(fù)雜場(chǎng)景受限空間內(nèi)的電波覆蓋問題。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“受限空間支撐高效電波覆蓋的天線理論與技術(shù)”,在研究單一數(shù)值計(jì)算方法的基礎(chǔ)上提出了混合計(jì)算方法,并采用混合方法計(jì)算分析了多種情況下的硬邊界受限空間中的電波覆蓋特性。此外,還進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)工作,獲得了豐富的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。本文工作可為受限空間中高效電波覆蓋方案的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新性研究工作如下:1.研究了硬邊界受限空間中預(yù)測(cè)電波傳播的矢量拋物方程方法、射線追蹤方法和時(shí)域有限差分方法;提出了隧道中三維寬角拋物方程方法和局部細(xì)化網(wǎng)格拋物方程方法,并利用這些方法研究了隧道中存在列車時(shí)的電波覆蓋特性;研究了彎曲隧道初始橫截面上不同位置發(fā)射天線產(chǎn)生的電波傳播特性,并由此分析得到了可能的最佳發(fā)射天線安裝位置;利用射線追蹤方法對(duì)實(shí)際地... 

【文章來(lái)源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：148 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１?ＣＮ差分式橫截面內(nèi)場(chǎng)量隨傳播距離步進(jìn)示意圖，從第ｎ步迭代至《＋１步釆用中心差??分式??

了計(jì)算矩陣的維度。另一方面，通過對(duì)公式（２－１６）分析，其系數(shù)矩陣均為三對(duì)角??矩陣，因而在矩陣求解計(jì)算時(shí)可以利用追趕法提高計(jì)算的效率。ＡＤＩ－ＰＥ的步進(jìn)過??程如圖２－２所示，在迭代過程中沿ｘ和ｙ方向交替計(jì)算。因此，在進(jìn)行大尺度隧道??環(huán)境計(jì)算時(shí)就能極大的提高計(jì)算效率。??關(guān)于ＡＤＩ方法求解拋物方程的穩(wěn)定性同樣可以根據(jù)ＣＮ式的方法進(jìn)行驗(yàn)證。??得到的誤差變化因子數(shù)值也有界，因此ＡＤＩ方法求解拋物方程也具有穩(wěn)定性。??ｎ?ｎ．１，２?ｎ＋ｉ?ｙ??＿議．ｉｉ?＿變???？??圖２－２交替方向隱式差分求解拋物方程時(shí)橫截面電場(chǎng)迭代過程，虛線框內(nèi)表示為每一步求解??方向??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｔｅｐｓ?ｏｆ?Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ?Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ?Ｉｍｐｌｉｃｉｔ?ＰＥ?ｓｃｈｅｍｅ，?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ?ａｒｅ?ｎｏｔｅｄ?ｂｙ??ｄａｓｈｅｄ?ｒｅｃｔａｎｇｌｅ?ｉｎ?ｅａｃｈ?ｓｔｅｐ??２．１．４矢量拋物方程方法??上述章節(jié)所提到的拋物方程方法為標(biāo)量拋物方程，可以用來(lái)求解完全導(dǎo)體邊??界條件下的電波傳播問題，此類邊界條件下電波傳播過程中橫截面上的電場(chǎng)和磁??場(chǎng)的變化是相互獨(dú)立的。但是在實(shí)際場(chǎng)景中的隧道邊界基本都是由磚石和混凝土??堆砌而成，這一類的有耗媒質(zhì)會(huì)導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)的ＴＥ和ＴＭ模式相互耦合而形成混合模??式（五／ｆｍｎ）。這就導(dǎo)致在實(shí)際隧道中并不能用標(biāo)量拋物方程來(lái)求解

其中模式系數(shù)：％。＝。：２５＝０．２５，＾。。＝￡＾。＝０．５，ｃｍ＃Ｑｎ＃Ｑ＝ｌ。同樣，ａ和６分別是矩??形波導(dǎo)的寬度和高度，ｍ和《對(duì)應(yīng)不同的模式。１００ｍ處橫截面場(chǎng)的理論解析結(jié)果??和數(shù)值解比較如圖２－３所示，從圖中可以看出數(shù)值解和理論解吻合較好，均方根誤??差為８．６％，說(shuō)明在此類邊界下ＡＤＩ－ＰＥ精度較好。??：丨．１?編Ｉ：５??ｆ５?＾ｍｗｎｍ?Ｉ１５??？?Ｗ?■［?？?Ｗ?Ｌ〇ｉ?＾?＿．?ａ〇．ｉ??１?２?３?４?０?１?２?３?４??寬度（ｍ）?寬度（ｍ）??（ａ）?（ｂ）??圖２－４Ｎｅｕｍａｎｎ邊界條件下在波導(dǎo)１００ｍ處橫截面上電場(chǎng)分布，（ａ）拋物方程方法數(shù)值解，??（ｂ）理論解析解??Ｆｉｇ．?２－４?Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｆｉｅｌｄ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ａｔ?１００?ｍ?ｗｉｔｈ?Ｎｅｕｍａｎｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，??（ａ）?ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｒｅｓｕｌｔ，?（ｂ）?ａｎａｌｙｔｉｃａｌ?ｒｅｓｕｌｔ??２０??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中國(guó)公路隧道數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[J]. 蔣樹屏.  隧道建設(shè). 2017(05)
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博士論文
[1]大區(qū)域復(fù)雜地理環(huán)境的交替方向分解拋物方程電波傳播模型及其應(yīng)用研究[D]. 周亮.西南交通大學(xué) 2018
[2]高鐵無(wú)線通信系統(tǒng)中的隧道信道模型[D]. 劉玉.山東大學(xué) 2017
[3]受限空間電波覆蓋特性的研究[D]. 李大偉.北京交通大學(xué) 2016
[4]大區(qū)域地理環(huán)境的電磁建模及高效拋物方程方法研究[D]. 張青洪.西南交通大學(xué) 2016
[5]基于拋物方程的復(fù)雜氣象環(huán)境電磁建模及仿真研究[D]. 盛楠.西南交通大學(xué) 2015
[6]軌道交通場(chǎng)景電波傳播建模理論與方法研究[D]. 官科.北京交通大學(xué) 2014
[7]鐵路無(wú)線通信系統(tǒng)射頻鏈路的一體化建模與分析[D]. 浦實(shí).北京交通大學(xué) 2011

碩士論文
[1]基于三維Padé型拋物方程ADI方法的電波傳播研究[D]. 楊培東.西南交通大學(xué) 2016
[2]受限空間中的新型天線設(shè)計(jì)及其電波覆蓋特性的研究[D]. 曹思聰.北京交通大學(xué) 2016
[3]隧道電波傳播的交替方向隱式拋物方程方法[D]. 何顯時(shí).北京交通大學(xué) 2015
[4]三維電波傳播特性標(biāo)量拋物型方程的研究[D]. 但金國(guó).杭州電子科技大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3226970