电磁应用如何与电磁理论相结合.ppt

电磁应用如何与电磁理论相结合 以土壤湿度的主动遥感测量为例 建立测量信号与被测参数的联系 卫星主动遥感测量雷达回波信号影响回波信号大小的因素测量频率土壤介电常数 与土壤湿度 土壤组成相关 土壤表面几何模型找出回波信号 土壤湿度的关系曲线 表格测出未知地点的回波信号 查表得出其湿度 原始方法 密集的地球经纬点上人工测量不同频率 不同粗糙度表面下 建立雷达回波与土壤湿度间的关系表供卫星测量时使用 在表中找回波信号对应点的湿度读数 原始方法的缺点 费时费力 周期长即时性差 电磁计算 信号 湿度对应表 建立土壤表面的粗糙面模型给定不同频率的雷达照射 不同湿度的土壤应用Maxwell方程建立电磁场积分方程利用快速算法求解电磁积分方程 得出界面电流 磁流分布通过电流 磁流计算雷达回波信号大小从而建立信号 湿度对应表 6 ExponentialCorrelationfunction指數相关函數 谱密度 GaussianCorrelationfunction高斯相关函數 Spectraldensity谱密度 ComputerGeneratedRandomRoughSurface电脑生成的随机粗糙面 rmsheight 0 5cl 2 5 rmsheight 0 5cl 2 5 rhscl的物理意义 电磁积分方程 1 散射场 电磁积分方程 2 By边界条件 积分方程的求解 离散化 积分 求和检验 积分 求和 线性方程组快速算法加速线性方程组的求解 较模 用实测数据验证理论建立的回波信号 土壤湿度的关系曲线 表格的正确性 反演 回归 未知地区的遥测数据 通过正演关系表 反演其土壤湿度参数 其它电磁上的应用 方法流程与上基本相同 Outlines IntroductionChannelmodelingFastfading slowfading rangeindexMethodologyMonteCarloSimulationsbasedonfastnumericalsolutionofMaxwellequations fastmethods UV MLP FMMStatisticalanalysisoffadingonsimulatedwaveformsNumericalResults2Dproblem ML SD FMMandUV MLP FMM Urbanareawithdistanceover1km 3000wavelengths atfreq 900MHzComparefadingresultswithwell knownstatisticaldistributions Introduction ChannelmodelinginwirelesscommunicationsPastModelsEmpiricalmodelStochasticmodelRay tracingmodelKirchhoff physicaloptics approximation Methodology MonteCarlosimulationsbasedonnumericalsolutionofMaxwellequationsusingthefastmethods UV multi levelpartitioning fastmultipolemethod UV MLP FMM CalculatethescatteredelectromagneticfieldsStatisticalanalysisoffadingbasedonthesimulatedwaveforms UV FastMultipoleMethod IntegralEquationissolvedbyMethodofMoment MoM DiscreteintoNunknownsO N3 inCPU O N2 inmemoryFortheUV FMM thecomputationalcomplexityandthememoryrequirementarebothO NlogN UV FMMPartitioning BlocksstructureofUV FMM ThenearinteractionsinFMMonlynamelythedirect theUVinhybridmethodasshowninleftgraphsotheCPU memoryaredecreased UV MLP FMMisappliedtosimulatethe2Durbanbuildingprofilewithlargeheightvariation 900MHz UrbanBuildingProfile 2DSimulation Generateprofile totaldistance2km approx 20buildingsBuildingheight8 10mSeparationbetweenbuildings70 90m randomroughsurfacesbetweenbuildingsCalculatescatteredfieldsusingMaxwellequationsCalculatefieldsat1 5mabovethegroundlevelStatisticalfadinganalysis ComputedFieldSolutionsofMaxwellEquations frequencyat900MHztotaldistance 2km approx 20buildingsof8 10mheightlargescaleurbanbuildingprofileno ofunknown 65 536 Fastfading Extractasmall area 30 0 toanalyzeitsstatisticsSlowfading 20realizationsAverageoftotalfieldsovershort rangeofareas 30 0 Rangeindex Leastsquarefitlinetoaverageofslowfadingresults Comparisonsbetweenthetwosidesofmatrixequation Frequencyat900MHzAntennaheight 18mabovegroundatx 0mBuildingheight 8 10mrmsheight 1cm correlationlengthcl 30cmComparewithRayleighandRiceandistribution FastFading Small areaaveragesobtainedbyaveragingoverdiscreteintervals NLOSpath 788mawayfromthetransmitter LOSpath 45mawayfromthetransmitter SlowFading 20realizationsat575mawayfromantenna 6 77dBStraightlineislog normalforcomparison RangeIndex PathLoss Averagefieldwithin30 0 Leastsquaresfitline Rangeindex 2 877 SignalsdecaywithorderofRn MonteCarloSimulationbasedonnumericalsolutionofMaxwellequationsusingthreefastmethods UV multi levelpartitioning fastmultipolemethod UV MLP FMM Obtainthe2D urbanproblem electrom