關于電磁應用如何與電磁理論相結合第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五建立測量信號與被測參數的聯(lián)系衛(wèi)星主動遙感測量雷達回波信號影響回波信號大小的因素測量頻率土壤介電常數（與土壤濕度&土壤組成相關）土壤表面幾何模型找出回波信號～土壤濕度的關系曲線/表格測出未知地點的回波信號，查表得出其濕度第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五原始方法密集的地球經緯點上人工測量不同頻率、不同粗糙度表面下，建立雷達回波與土壤濕度間的關系表供衛(wèi)星測量時使用（在表中找回波信號對應點的濕度讀數）第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五原始方法的缺點費時費力，周期長即時性差第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五電磁計算→信號～濕度對應表建立土壤表面的粗糙面模型給定不同頻率的雷達照射、不同濕度的土壤應用Maxwell方程建立電磁場積分方程利用快速算法求解電磁積分方程，得出界面電流、磁流分布通過電流、磁流計算雷達回波信號大小從而建立信號～濕度對應表第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五6ExponentialCorrelationfunction指數相關函數

:譜密度

:

Gaussian

Correlationfunction高斯相關函數

:Spectraldensity譜密度

:

ComputerGeneratedRandomRoughSurface電腦生成的隨機粗糙面

rmsheight=0.5cl=2.5rmsheight=0.5cl=2.5rhscl的物理意義第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五電磁積分方程（1）散射場第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五電磁積分方程（2）By邊界條件第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五積分方程的求解離散化：積分→求和檢驗：積分→求和→線性方程組快速算法加速線性方程組的求解第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五較模用實測數據驗證理論建立的回波信號～土壤濕度的關系曲線/表格的正確性第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五反演/回歸未知地區(qū)的遙測數據，通過正演關系表，反演其土壤濕度參數第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五其它電磁上的應用方法流程與上基本相同第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五OutlinesIntroductionChannelmodelingFastfading,slowfading,rangeindexMethodologyMonteCarloSimulationsbasedonfastnumericalsolutionofMaxwellequations:fastmethods:UV-MLP/FMMStatisticalanalysisoffadingonsimulatedwaveformsNumericalResults2Dproblem:(ML/SD/FMMandUV-MLP/FMM) Urbanareawithdistanceover1km(3000wavelengths)atfreq.900MHzComparefadingresultswithwell-knownstatisticaldistributions第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五IntroductionChannelmodelinginwirelesscommunicationsPastModelsEmpiricalmodelStochasticmodelRay-tracingmodelKirchhoff(physicaloptics)approximation第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五MethodologyMonteCarlosimulationsbasedonnumericalsolutionofMaxwellequationsusingthefastmethods:UV-multi-levelpartitioning/fastmultipolemethod(UV-MLP/FMM)CalculatethescatteredelectromagneticfieldsStatisticalanalysisoffadingbasedonthesimulatedwaveforms第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五UV/FastMultipoleMethodIntegralEquationissolvedbyMethodofMoment(MoM)DiscreteintoNunknownsO(N3)inCPU,O(N2)inmemoryFortheUV/FMM,thecomputationalcomplexityandthememoryrequirementarebothO(NlogN)第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五UV+FMMPartitioningBlocksstructureofUV-FMM

ThenearinteractionsinFMMonlynamely

thedirect+theUVinhybridmethodasshowninleftgraphsotheCPU&memoryaredecreasedUV-MLP/FMMisappliedtosimulatethe2Durbanbuildingprofilewithlargeheightvariation第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五900MHz,UrbanBuildingProfile,2DSimulationGenerateprofile;totaldistance2km,approx.20buildingsBuildingheight8–10mSeparationbetweenbuildings70–90m,randomroughsurfacesbetweenbuildingsCalculatescatteredfieldsusingMaxwellequationsCalculatefieldsat1.5mabovethegroundlevelStatisticalfadinganalysis第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五ComputedFieldSolutionsofMaxwellEquationsfrequencyat900MHztotaldistance:2km,approx.20buildingsof8-10mheightlargescaleurbanbuildingprofileno.ofunknown:65,536Fastfading: Extractasmall-area(30λ0)toanalyzeitsstatisticsSlowfading:20realizations Averageoftotalfieldsovershort-rangeofareas(30λ0)Rangeindex:Leastsquarefitlinetoaverageofslowfadingresults第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五Comparisonsbetweenthe

twosidesofmatrixequation

第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五Frequencyat900MHzAntennaheight=18mabovegroundatx=0mBuildingheight=8-10mrmsheight=1cm,correlationlengthcl=30cmComparewithRayleighandRiceandistributionFastFadingSmall-areaaveragesobtainedbyaveragingoverdiscreteintervalsNLOSpath,788mawayfromthetransmitterLOSpath,45mawayfromthetransmitter第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五SlowFading20realizationsat575mawayfromantenna,σ=6.77dBStraightlineislog-normalforcomparison第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五RangeIndexPathLoss-Averagefieldwithin30λ0

-Leastsquaresfitline-Rangeindex:2.877(SignalsdecaywithorderofRn

)第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期五MonteCarloSimulationbasedonnumericalsolutionofMaxwellequationsusingthreefastmethods:

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

Obtainthe2D(urbanproblem)electromagneticscatteredfieldsan