电磁应用如何与电磁理论相结合

关于电磁应用如何与电磁理论相结合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，查表得出其湿度第2页,共25页，2024年2月25日，星期天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）第3页,共25页，2024年2月25日，星期天原始方法的缺点费时费力，周期长即时性差第4页,共25页，2024年2月25日，星期天电磁计算→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～湿度对应表第5页,共25页，2024年2月25日，星期天6ExponentialCorrelationfunction指數相关函數

:谱密度

:

Gaussian

Correlationfunction高斯相关函數

:Spectraldensity谱密度

:

ComputerGeneratedRandomRoughSurface电脑生成的随机粗糙面

rmsheight=0.5cl=2.5rmsheight=0.5cl=2.5rhscl的物理意义第6页,共25页，2024年2月25日，星期天电磁积分方程（1）散射场第7页,共25页，2024年2月25日，星期天电磁积分方程（2）By边界条件第8页,共25页，2024年2月25日，星期天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第9页,共25页，2024年2月25日，星期天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/表格的正确性第10页,共25页，2024年2月25日，星期天反演/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第11页,共25页，2024年2月25日，星期天其它电磁上的应用方法流程与上基本相同第12页,共25页，2024年2月25日，星期天OutlinesIntroductionChannelmodelingFastfading,slowfading,rangeindexMethodologyMonteCarloSimulationsbasedonfastnumericalsolutionofMaxwellequations:fastmethods:UV-MLP/FMMStatisticalanalysisoffadingonsimulatedwaveformsNumericalResults2Dproblem:(ML/SD/FMMandUV-MLP/FMM) Urbanareawithdistanceover1km(3000wavelengths)atfreq.900MHzComparefadingresultswithwell-knownstatisticaldistributions第13页,共25页，2024年2月25日，星期天IntroductionChannelmodelinginwirelesscommunicationsPastModelsEmpiricalmodelStochasticmodelRay-tracingmodelKirchhoff(physicaloptics)approximation第14页,共25页，2024年2月25日，星期天MethodologyMonteCarlosimulationsbasedonnumericalsolutionofMaxwellequationsusingthefastmethods:UV-multi-levelpartitioning/fastmultipolemethod(UV-MLP/FMM)CalculatethescatteredelectromagneticfieldsStatisticalanalysisoffadingbasedonthesimulatedwaveforms第15页,共25页，2024年2月25日，星期天UV/FastMultipoleMethodIntegralEquationissolvedbyMethodofMoment(MoM)DiscreteintoNunknownsO(N3)inCPU,O(N2)inmemoryFortheUV/FMM,thecomputationalcomplexityandthememoryrequirementarebothO(NlogN)第16页,共25页，2024年2月25日，星期天UV+FMMPartitioningBlocksstructureofUV-FMM

ThenearinteractionsinFMMonlynamely

thedirect+theUVinhybridmethodasshowninleftgraphsotheCPU&memoryaredecreasedUV-MLP/FMMisappliedtosimulatethe2Durbanbuildingprofilewithlargeheightvariation第17页,共25页，2024年2月25日，星期天900MHz,UrbanBuildingProfile,2DSimulationGenerateprofile;totaldistance2km,approx.20buildingsBuildingheight8–10mSeparationbetweenbuildings70–90m,randomroughsurfacesbetweenbuildingsCalculatescatteredfieldsusingMaxwellequationsCalculatefieldsat1.5mabovethegroundlevelStatisticalfadinganalysis第18页,共25页，2024年2月25日，星期天ComputedFieldSolutionsofMaxwellEquationsfrequencyat900MHztotaldistance:2km,approx.20buildingsof8-10mheightlargescaleurbanbuildingprofileno.ofunknown:65,536Fastfading: Extractasmall-area(30λ0)toanalyzeitsstatisticsSlowfading:20realizations Averageoftotalfieldsovershort-rangeofareas(30λ0)Rangeindex:Leastsquarefitlinetoaverageofslowfadingresults第19页,共25页，2024年2月25日，星期天Comparisonsbetweenthe

twosidesofmatrixequation

第20页,共25页，2024年2月25日，星期天Frequencyat900MHzAntennaheight=18mabovegroundatx=0mBuildingheight=8-10mrmsheight=1cm,correlationlengthcl=30cmComparewithRayleighandRiceandistributionFastFadingSmall-areaaveragesobtainedbyaveragingoverdiscreteintervalsNLOSpath,788mawayfromthetransmitterLOSpath,45mawayfromthetransmitter第21页,共25页，2024年2月25日，星期天SlowFading20realizationsat575mawayfromantenna,σ=6.77dBStraightlineislog-normalforcomparison第22页,共25页，2024年2月25日，星期天RangeIndexPathLoss-Averagefieldwithin30λ0

-Leastsquaresfitline-Rangeindex:2.877(SignalsdecaywithorderofRn

)第23页,共25页，2024年2月25日，星期天MonteCarloSimulationbasedonnumericalsolutionofMaxwellequationsusingthreefastmethods:

UV-multi-levelpartitioning/fastmultipolemethod(UV-MLP/FMM)

Obtainthe2D(urbanproblem)electromagneticscatteredfieldsandperform