本发明涉及一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法。
背景技术：
随着移动通信技术的快速发展，个人移动设备成为了生活必需品，移动网络在给人们的生活带来便利的同时，也因其产生的电磁辐射对人体具有潜在威胁而受到广泛关注。随着城市里越来越多的公路立交桥和地铁的建设，地下人行通道的使用也越来越多，但目前已公开的文献和专利中，对于地下人行通道场景下，目前还没有一种有效的方法来预测移动无线设备的电磁辐射。
针对现有技术中存在的不足，本专利提出一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，该方法根据地下人行通道的长方体特征建立空间直角坐标系，根据无线发射设备和预测点的位置，考虑上下左右四个不同方位上的多次反射，得出预测点接收功率pr，进而得出预测点电磁辐射强度e。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
(1)根据地下人行通道的长方体特征建立空间直角坐标系，得到无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，坐标单位为m；
(2)根据步骤(1)得到的无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，计算出无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1，单位为m；计算出无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，单位为m；
(3)根据步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，得到s方位上n次反射时电波的入射角θsn，单位为rad；s＝1，2，3，4，表示地下人行通道的上下左右四个方位；s＝1表示电波第一次反射是在顶层反射，s＝1表示电波第一次反射是在地面反射，s＝1表示电波第一次反射是在x＝0墙壁反射，s＝1表示电波第一次反射是在x＝a墙壁反射；a为人行地下通道的宽，单位为m；
(4)根据步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2和步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，得到s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，单位为m；
(5)根据步骤(1)得到的无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，计算出无线发射设备和预测点的直线距离l0，单位为m；
(6)根据步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，得到s方位上n次反射时的反射系数rsn；
(7)根据步骤(4)得到的s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，步骤(5)得到的无线发射设备和预测点的直线距离l0和步骤(6)得到的s方位上n次反射时的反射系数rsn，计算得出预测点接收功率pr，单位为w；
(8)根据步骤(7)得到的预测点接收功率pr和接收天线参数，得到预测点电磁辐射强度e，单位为v/m。
上述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(1)中，建立空间直角坐标系，得到无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，单位为m；其中x1为无线发射设备到左墙壁的距离；x2为预测点到左墙壁的距离；z1为无线发射设备到地面的距离；z2为预测点到地面的距离；y1为无线发射设备到xoz平面的距离；y2为预测点到xoz平面的距离。
上述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(2)中，无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，计算如下:
上式中，x1为无线发射设备坐标的x轴坐标；x2为预测点坐标的x轴坐标；z1为无线发射设备坐标的z轴坐标；z2为预测点坐标的z轴坐标；y1为无线发射设备坐标的y轴坐标；y2为预测点坐标的y轴坐标。
上述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(3)中，结合步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，s方位上n次反射时电波的入射角θsn，计算如下：
上式中，a为人行地下通道的宽，单位为m；b为人行地下通道的高，单位为m；z1为无线发射设备坐标的z轴坐标；z2为预测点坐标的z轴坐标；x1为无线发射设备坐标的x轴坐标；x2为预测点坐标的x轴坐标；n为电波从无线发射设备传播到预测点的反射次数，单位为次。
上述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(4)中，结合步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2和步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，计算如下：
上式中，sinθsn为θsn的正弦函数。
上述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(5)中，结合步骤(1)得到的无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，得到无线发射设备和预测点的直线距离l0，计算如下：
上式中，x1为无线发射设备坐标的x轴坐标；x2为预测点坐标的x轴坐标；z1为无线发射设备坐标的z轴坐标；z2为预测点坐标的z轴坐标；y1为无线发射设备坐标的y轴坐标；y2为预测点坐标的y轴坐标。
上述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(6)中，结合步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，得到s方位上n次反射时的反射系数rsn，计算如下：
上式中，sinθsn为θsn的正弦函数；cosθsn为θsn的余弦函数；ε为墙壁的介电常数。
上述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(7)中，结合步骤(4)得到的s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，步骤(5)得到的无线发射设备和预测点的直线距离l0和步骤(6)得到的s方位上n次反射时的反射系数rsn，得出预测点接收功率pr，计算如下：
上式中，pt为无线设备发射功率，单位为w；gt为发射天线增益，单位为dbi；v为最大反射次数，单位为次；λ为波长，单位为m。
上述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(8)中，结合步骤(7)得到的预测点接收功率pr和接收天线参数，得到预测点电磁辐射强度e，计算如下：
上式中，e为预测点电磁辐射强度，单位为v/m；pr为预测点接收功率，单位为w；z为射频电缆阻抗，单位为欧姆；af为接收天线因子，单位为db/m；afrf为测量系统的线缆损耗，单位为db。
本发明的有益效果在于：本方法首先提出一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，该方法根据地下人行通道的长方体特征建立空间直角坐标系，根据无线发射设备和预测点的位置，考虑上下左右四个不同方位上的多次反射，得出预测点接收功率pr，进而得出预测点电磁辐射强度e。通过本发明提出的评估方法，考虑了地下人行通道场景下四面建筑表面的多次反射对电磁辐射传播的影响，能够快速、准确地对地下人行通道场景下移动无线设备的电磁辐射强度进行预测与评估，具有一定的社会效益。
附图说明
图1为本发明的空间直角坐标系图示。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施对象是移动无线设备，工作的频率为：2.412ghz，测试地点是校园周边二环线地下人行通道，测量设备采用便携式频谱分析仪(keysightn9918a，测量最大频率26.5ghz)和对数周期天线(hyperlog60180，测量频率范围680mhz～18ghz)，射频电缆阻抗z为50ω，接收天线因子af为30db/m，测量系统的线缆损耗afrf为3db。
本发明的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，包括以下步骤：
(1)根据地下人行通道的长方体特征建立空间直角坐标系，得到无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，坐标单位为m；
(2)根据步骤(1)得到的无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，计算出无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1，单位为m；计算出无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，单位为m；
(3)根据步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，得到s方位上n次反射时电波的入射角θsn，单位为rad；s＝1，2，3，4，表示地下人行通道的上下左右四个方位；s＝1表示电波第一次反射是在顶层反射，s＝1表示电波第一次反射是在地面反射，s＝1表示电波第一次反射是在x＝0墙壁反射，s＝1表示电波第一次反射是在x＝a墙壁反射；
(4)根据步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2和步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，得到s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，单位为m；
(5)根据步骤(1)得到的无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，计算出无线发射设备和预测点的直线距离l0，单位为m；
(6)根据步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，得到s方位上n次反射时的反射系数rsn；
(7)根据步骤(4)得到的s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，步骤(5)得到的无线发射设备和预测点的直线距离l0和步骤(6)得到的s方位上n次反射时的反射系数rsn，计算得出预测点接收功率pr，单位为w；
(8)根据步骤(7)得到的预测点接收功率pr和接收天线参数，得到预测点电磁辐射强度e，单位为v/m。
所述步骤(1)中，建立空间直角坐标系，得到无线发射设备的坐标xt(2,1,1.5)和预测点的坐标xr(5,5,1)；
所述步骤(2)中，无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，计算如下：
所述步骤(3)中，人行地下通道的宽a＝10m，人行地下通道的高b＝3m，无线发射设备坐标的z轴坐标z1＝1.5；预测点坐标的z轴坐标z2＝1；无线发射设备坐标的x轴坐标x1＝2；预测点坐标的x轴坐标x2＝5；结合步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，s方位上n次反射时电波的入射角θsn，计算如下：
所述步骤(4)中，结合步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2和步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，计算如下：
所述步骤(5)中，结合步骤(1)得到的无线发射设备的坐标xt(2,1,1.5)和预测点的坐标xr(5,5,1)，得到无线发射设备和预测点的直线距离l0，计算如下：
所述步骤(6)中，墙壁的介电常数ε＝5，结合步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，得到s方位上n次反射时的反射系数rsn，计算如下：
所述步骤(7)中，无线设备发射功率pt＝2×10-3w，发射天线增益gt＝3dbi，最大反射次数v＝30，单位为次；波长λ＝0.125m；结合步骤(4)得到的s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，步骤(5)得到的无线发射设备和预测点的直线距离l0和步骤(6)得到的s方位上n次反射时的反射系数rsn，得出预测点接收功率pr，计算如下：
所述步骤(8)中，射频电缆阻抗z＝50ω，接收天线因子af＝30db/m，测量系统的线缆损耗afrf＝3db，结合步骤(7)得到的总接收功率pr，预测点电磁辐射强度e计算如下：
本实施例使用频谱分析仪对校园周边二环线地下人行通道场景下，对预测点进行了电磁辐射强度测量，测量值为0.371v/m，与本发明所使用方法的预测值基本一致，说明利用此方法可以实现地下人行通道场景下移动无线设备的电磁辐射强度预测，同时验证了本发明所使用方法的有效性。
1.一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据地下人行通道的长方体特征建立空间直角坐标系，得到无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，坐标单位为m；
(2)根据步骤(1)得到的无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，计算出无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1，单位为m；计算出无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，单位为m；
(3)根据步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，得到s方位上n次反射时电波的入射角θsn，单位为rad；s＝1，2，3，4，表示地下人行通道的上下左右四个方位；s＝1表示电波第一次反射是在顶层反射，s＝1表示电波第一次反射是在地面反射，s＝1表示电波第一次反射是在x＝0墙壁反射，s＝1表示电波第一次反射是在x＝a墙壁反射；a为人行地下通道的宽，单位为m；
(4)根据步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2和步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，得到s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，单位为m；
(5)根据步骤(1)得到的无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，计算出无线发射设备和预测点的直线距离l0，单位为m；
(6)根据步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，得到s方位上n次反射时的反射系数rsn；
(7)根据步骤(4)得到的s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，步骤(5)得到的无线发射设备和预测点的直线距离l0和步骤(6)得到的s方位上n次反射时的反射系数rsn，计算得出预测点接收功率pr，单位为w；
(8)根据步骤(7)得到的预测点接收功率pr和接收天线参数，得到预测点电磁辐射强度e，单位为v/m。
2.如权利要求1所述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(1)中，建立空间直角坐标系，得到无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，单位为m；其中x1为无线发射设备到左墙壁的距离；x2为预测点到左墙壁的距离；z1为无线发射设备到地面的距离；z2为预测点到地面的距离；y1为无线发射设备到xoz平面的距离；y2为预测点到xoz平面的距离。
3.如权利要求1所述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(2)中，无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，计算如下:
上式中，x1为无线发射设备坐标的x轴坐标；x2为预测点坐标的x轴坐标；z1为无线发射设备坐标的z轴坐标；z2为预测点坐标的z轴坐标；y1为无线发射设备坐标的y轴坐标；y2为预测点坐标的y轴坐标。
4.如权利要求1所述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(3)中，结合步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2，s方位上n次反射时电波的入射角θsn，计算如下：
上式中，a为人行地下通道的宽，单位为m；b为人行地下通道的高，单位为m；z1为无线发射设备坐标的z轴坐标；z2为预测点坐标的z轴坐标；x1为无线发射设备坐标的x轴坐标；x2为预测点坐标的x轴坐标；n为电波从无线发射设备传播到预测点的反射次数，单位为次。
5.如权利要求1所述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(4)中，结合步骤(2)得到的无线发射设备和预测点连线在地面上的投影长度p1和无线发射设备和预测点连线在x＝0墙壁上的投影长度p2和步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，计算如下：
上式中，sinθsn为θsn的正弦函数。
6.如权利要求1所述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(5)中，结合步骤(1)得到的无线发射设备的坐标xt(x1,y1,z1)和预测点的坐标xr(x2,y2,z2)，得到无线发射设备和预测点的直线距离l0，计算如下：
上式中，x1为无线发射设备坐标的x轴坐标；x2为预测点坐标的x轴坐标；z1为无线发射设备坐标的z轴坐标；z2为预测点坐标的z轴坐标；y1为无线发射设备坐标的y轴坐标；y2为预测点坐标的y轴坐标。
7.如权利要求1所述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(6)中，结合步骤(3)得到的s方位上n次反射时电波的入射角θsn，得到s方位上n次反射时的反射系数rsn，计算如下：
上式中，sinθsn为θsn的正弦函数；cosθsn为θsn的余弦函数；ε为墙壁的介电常数。
8.如权利要求1所述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(7)中，结合步骤(4)得到的s方位上n次反射时电波的总路径长度lsn，步骤(5)得到的无线发射设备和预测点的直线距离l0和步骤(6)得到的s方位上n次反射时的反射系数rsn，得出预测点接收功率pr，计算如下：
上式中，pt为无线设备发射功率，单位为w；gt为发射天线增益，单位为dbi；v为最大反射次数，单位为次；λ为波长，单位为m。
9.如权利要求1所述的一种地下人行通道场景下电磁辐射预测方法，所述步骤(8)中，结合步骤(7)得到的预测点接收功率pr和接收天线参数，得到预测点电磁辐射强度e，计算如下：
上式中，e为预测点电磁辐射强度，单位为v/m；pr为预测点接收功率，单位为w；z为射频电缆阻抗，单位为欧姆；af为接收天线因子，单位为db/m；afrf为测量系统的线缆损耗，单位为db。
技术总结