【摘要】：近年來(lái),我國(guó)高鐵迅猛發(fā)展,因其具有快速、便捷、綠色的特點(diǎn)成為最受人們青睞的出行方式,高鐵上座率逐年上升。高鐵運(yùn)行過(guò)程中,會(huì)經(jīng)歷山區(qū)、路塹、高架橋、隧道等不同的場(chǎng)景,而我國(guó)山地面積占地較廣,為了縮短列車(chē)運(yùn)行時(shí)間并避免列車(chē)高速運(yùn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的離心力,隧道建設(shè)是必不可少的。相比開(kāi)闊場(chǎng)景和室內(nèi)場(chǎng)景,隧道是一個(gè)狹長(zhǎng)受限的空間,電磁波會(huì)經(jīng)歷多次的反射、繞射、透射等,還會(huì)出現(xiàn)鎖孔效應(yīng),電波傳播特性有顯著的不同。對(duì)于任何一個(gè)通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō),為了更好地規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì),避免出現(xiàn)誤判,導(dǎo)致嚴(yán)重不良結(jié)果,必須建立準(zhǔn)確的信道模型,全面掌握該無(wú)線(xiàn)信道內(nèi)電磁波傳播特性。射線(xiàn)跟蹤法是一種適用于隧道環(huán)境中無(wú)線(xiàn)信號(hào)覆蓋預(yù)測(cè)的傳播模型,具有較高的準(zhǔn)確性。本文主要針對(duì)隧道環(huán)境下的無(wú)線(xiàn)信道建模與優(yōu)化進(jìn)行研究,以射線(xiàn)跟蹤模型及灰狼算法為理論基礎(chǔ)展開(kāi)研究,提出了一種基于對(duì)立搜索和Levy飛行策略的改進(jìn)灰狼優(yōu)化算法,用于隧道模型校正。論文主要內(nèi)容和研究成果如下:(1)首先針對(duì)列車(chē)運(yùn)行的壞境,建立射線(xiàn)跟蹤無(wú)線(xiàn)信道模型。該模型為確定性傳播模型,其預(yù)測(cè)合理性取決于地理數(shù)據(jù)庫(kù)的準(zhǔn)確性和校正參數(shù)的優(yōu)化,模型中的一部分參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值及客觀條件已被證實(shí)最優(yōu);對(duì)模型精度影響很小的參數(shù),取經(jīng)驗(yàn)值即可;嚴(yán)重影響模型預(yù)測(cè)精度的參數(shù),則需要校正,使得模型準(zhǔn)確性更好。據(jù)此,明確了模型需要校正的參數(shù)及衡量模型性能的指標(biāo)。(2)針對(duì)灰狼優(yōu)化(grey wolf optimization,GWO)算法易陷入局部最優(yōu)和收斂精度差的問(wèn)題,本文提出了一種基于對(duì)立搜索和Levy飛行策略的改進(jìn)灰狼優(yōu)化算法(OLGWO)。在算法初始化階段,采用對(duì)立搜索策略以縮小可行解范圍;在灰狼位置更新過(guò)程中,為避免算法陷入局部最優(yōu)采用了Levy飛行策略。4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)的仿真實(shí)驗(yàn)表明,所提OLGWO算法在收斂速度及求解精度方面均優(yōu)于GWO算法,可以較快且準(zhǔn)確地搜索到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值。然后,基于OLGWO優(yōu)化算法對(duì)隧道射線(xiàn)跟蹤傳播模型進(jìn)行校正,對(duì)比分析四種不同隧道橫截面形狀(單軌矩形、雙軌矩形、拱形、圓形)下的路徑損耗,通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明,校正后的模型在均方根誤差和線(xiàn)性相關(guān)性方面具有較優(yōu)的性能,能夠?qū)崿F(xiàn)鐵路隧道環(huán)境中信號(hào)接收功率的精確預(yù)測(cè)。(3)基于校正后的隧道射線(xiàn)跟蹤模型,根據(jù)不同的信號(hào)載波頻率、天線(xiàn)極化方式、收發(fā)端相對(duì)位置,以及直隧道與彎曲隧道等參量,進(jìn)行理論仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:載波頻率越高,信號(hào)傳播損耗越大;在長(zhǎng)度一定的隧道,較寬的隧道內(nèi)傳輸?shù)男盘?hào)衰減更小;不同的天線(xiàn)位置以及不同的天線(xiàn)極化方式都會(huì)對(duì)隧道內(nèi)信號(hào)的傳輸產(chǎn)生一定的影響;信號(hào)通過(guò)彎道部分時(shí)會(huì)發(fā)生更多次反射,導(dǎo)致信號(hào)在彎道部分的損耗要大于長(zhǎng)直隧道部分的損耗。
【圖文】：

播機(jī)制中，除了最簡(jiǎn)單的直射外，還有反射、繞射、透射與接收端間傳輸?shù)倪^(guò)程中，除直射徑外，還有很多反射徑隧道壁等障礙物的反射。如果是隧道壁厚度比較大的情景道壁就會(huì)出現(xiàn)兩種情形，一種是部分能量會(huì)被反射，另一種耗掉。如果隧道的粗糙度比較大，那么在傳播過(guò)程中電磁波安置在車(chē)體內(nèi)部時(shí)，隧道內(nèi)傳輸?shù)碾姶挪ㄒ徊糠謺?huì)與隧道體而出現(xiàn)透射。有時(shí)隧道內(nèi)會(huì)有一些較為尖銳的物體存在了解電磁波的傳播方式對(duì)于實(shí)現(xiàn)在隧道內(nèi)較為準(zhǔn)確地電磁波電磁波傳播方式之前，，首先介紹電磁波的極化方式。播于空間中電磁波電場(chǎng)矢量的瞬間方向，垂直極化和水平極[12]。入射面是由電磁波入射方向所在的面和介質(zhì)法線(xiàn)方向所電磁波的入射電場(chǎng)方向垂直于反射面，則可稱(chēng)該入射波為

圖 2.2 平行極化射程中最簡(jiǎn)單的方式是直射，也就是發(fā)送天線(xiàn)到接收天線(xiàn)之強(qiáng)計(jì)算可表示為[13]：0Dj dlDE E e d ，λ 為自由空間的電波波長(zhǎng)，0E 為距發(fā)射點(diǎn) 1m 遠(yuǎn)處的長(zhǎng)。種不同介質(zhì)的交界面，將會(huì)發(fā)生反射，反射的射線(xiàn)遵從反角相等。計(jì)算反射徑場(chǎng)強(qiáng)的公式可表示為：01Rnj dRiiReE R Ed 反射的累計(jì)次數(shù)，dR為反射徑的總長(zhǎng)，Ri為第 i 次反射波的介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)、電導(dǎo)率，電磁波的頻率、入射角以及
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U285.2;TN92;TP18

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