【摘要】：近年來,我國高鐵迅猛發(fā)展,因其具有快速、便捷、綠色的特點成為最受人們青睞的出行方式,高鐵上座率逐年上升。高鐵運行過程中,會經(jīng)歷山區(qū)、路塹、高架橋、隧道等不同的場景,而我國山地面積占地較廣,為了縮短列車運行時間并避免列車高速運行轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的離心力,隧道建設(shè)是必不可少的。相比開闊場景和室內(nèi)場景,隧道是一個狹長受限的空間,電磁波會經(jīng)歷多次的反射、繞射、透射等,還會出現(xiàn)鎖孔效應(yīng),電波傳播特性有顯著的不同。對于任何一個通信系統(tǒng)來說,為了更好地規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計,避免出現(xiàn)誤判,導(dǎo)致嚴重不良結(jié)果,必須建立準確的信道模型,全面掌握該無線信道內(nèi)電磁波傳播特性。射線跟蹤法是一種適用于隧道環(huán)境中無線信號覆蓋預(yù)測的傳播模型,具有較高的準確性。本文主要針對隧道環(huán)境下的無線信道建模與優(yōu)化進行研究,以射線跟蹤模型及灰狼算法為理論基礎(chǔ)展開研究,提出了一種基于對立搜索和Levy飛行策略的改進灰狼優(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)首先針對列車運行的壞境,建立射線跟蹤無線信道模型。該模型為確定性傳播模型,其預(yù)測合理性取決于地理數(shù)據(jù)庫的準確性和校正參數(shù)的優(yōu)化,模型中的一部分參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗值及客觀條件已被證實最優(yōu);對模型精度影響很小的參數(shù),取經(jīng)驗值即可;嚴重影響模型預(yù)測精度的參數(shù),則需要校正,使得模型準確性更好。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。(2)針對灰狼優(yōu)化(grey wolf optimization,GWO)算法易陷入局部最優(yōu)和收斂精度差的問題,本文提出了一種基于對立搜索和Levy飛行策略的改進灰狼優(yōu)化算法(OLGWO)。在算法初始化階段,采用對立搜索策略以縮小可行解范圍;在灰狼位置更新過程中,為避免算法陷入局部最優(yōu)采用了Levy飛行策略。4個標準測試函數(shù)的仿真實驗表明,所提OLGWO算法在收斂速度及求解精度方面均優(yōu)于GWO算法,可以較快且準確地搜索到目標函數(shù)的最優(yōu)值。然后,基于OLGWO優(yōu)化算法對隧道射線跟蹤傳播模型進行校正,對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,通過仿真實驗證明,校正后的模型在均方根誤差和線性相關(guān)性方面具有較優(yōu)的性能,能夠?qū)崿F(xiàn)鐵路隧道環(huán)境中信號接收功率的精確預(yù)測。(3)基于校正后的隧道射線跟蹤模型,根據(jù)不同的信號載波頻率、天線極化方式、收發(fā)端相對位置,以及直隧道與彎曲隧道等參量,進行理論仿真實驗。結(jié)果表明:載波頻率越高,信號傳播損耗越大;在長度一定的隧道,較寬的隧道內(nèi)傳輸?shù)男盘査p更小;不同的天線位置以及不同的天線極化方式都會對隧道內(nèi)信號的傳輸產(chǎn)生一定的影響;信號通過彎道部分時會發(fā)生更多次反射,導(dǎo)致信號在彎道部分的損耗要大于長直隧道部分的損耗。
【圖文】：

播機制中，除了最簡單的直射外，還有反射、繞射、透射與接收端間傳輸?shù)倪^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出現(xiàn)兩種情形，一種是部分能量會被反射，另一種耗掉。如果隧道的粗糙度比較大，那么在傳播過程中電磁波安置在車體內(nèi)部時，隧道內(nèi)傳輸?shù)碾姶挪ㄒ徊糠謺c隧道體而出現(xiàn)透射。有時隧道內(nèi)會有一些較為尖銳的物體存在了解電磁波的傳播方式對于實現(xiàn)在隧道內(nèi)較為準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)法線方向所電磁波的入射電場方向垂直于反射面，則可稱該入射波為

圖 2.2 平行極化射程中最簡單的方式是直射，也就是發(fā)送天線到接收天線之強計算可表示為[13]：0Dj dlDE E e d ，λ 為自由空間的電波波長，0E 為距發(fā)射點 1m 遠處的長。種不同介質(zhì)的交界面，將會發(fā)生反射，反射的射線遵從反角相等。計算反射徑場強的公式可表示為：01Rnj dRiiReE R Ed 反射的累計次數(shù)，dR為反射徑的總長，Ri為第 i 次反射波的介質(zhì)的相對介電常數(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U285.2;TN92;TP18

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本文編號：2646232