在本文中,针对洞穴救援行动及军事监视通信网络,对洞穴环境中的无线电波传播与建模进行了广泛研究。在本研究项目中,在不同类型的旅游洞穴和不平坦地形中进行了一系列测量工作,以研究无线电波穿过洞穴通道的传播效应。对于近地通信系统,洞穴通道中的路径损耗可以采用著名的室内传播模型并结合地面反射应用进行经验性建模。研究工作通过研究洞穴环境中的粗糙表面散射和不平坦地形上的传播继续进行。据观察,由于通道上存在不平坦地形模型,高频信号往往会产生更大衰减。因此,提出了一种新的包含散射因子的射线追踪模型。该模型使用测量数据和一些现有的仿真数据进行了验证。在本研究中,针对甚高频(VHF)、超高频(SHF)和毫米波波段的短距离洞穴传播损耗建模,考虑多径反射和粗糙表面散射的著名路径损耗模型对于路径损耗预测是最优的。本论文利用测量结果研究了洞穴传播路径。考虑了不同洞穴通道中不同的主导传播分量,并基于散射效应提出了射线追踪模型。还研究了壁面粗糙度对传播信号的影响。本研究的意义在于为在实际洞穴环境中进行进一步分析奠定了基础,因为洞穴内的地面是绝对不平坦的。研究工作通过研究人行隧道中的人体阻挡效应得以继续。研究发现,由于隧道中存在行人,会产生深度衰落。

在整个这项关于VHF和UHF波段洞穴环境中无线电波传播建模的研究期间,在马来西亚周边的不同洞穴区域进行了三次主要的测量活动(每次持续3至4天)。通过对收集到的数据进行调查和建模,对当前的研究工作进行了分析和发展:

本研究的主要贡献列表如下所示:

  1. 开发了一个考虑了散射效应的集成射线追踪模型。该集成模型包括天线高度、工作频率、墙壁高度以及不规则地形上反射波的散射效应。此外,本文提出了一种经验路径损耗模型,以解释洞穴通道上的极化效应。对所推荐的模型进行了测试,发现它是一个对于预测VHF和UHF波段大型洞窟路径损耗的有前景的模型。
  2. 开发了用于VHF、UHF和毫米波波段的数据采集系统,以执行高达24 GHz的测量。
  3. 对于洞穴环境中的短距离传播,理论和测量结果均表明,在使用著名的射线追踪模型进行特定场地建模时,密集的石笋和钟乳石引起的反射是无法避免的。
  4. 考虑了行人对隧道中传播分量各种特征的影响。详细讨论了其对波传播的影响、作为直射波和反射波的传输分量,以及由人体头部在毫米波波段产生的散射分量。此外,注意到随着行人数量增加,接收信号中的功率变化和深度衰落是明显可观察到的。

本文的突出部分安排如下。第2章阐述了关于传播建模的文献综述。它介绍了一些关于无线电波传播的基本理论,并概述了洞穴环境内的传播建模技术。在第3章中,开发了一套用于三种不同频率(如900MHz、2.4 GHz和5.8 GHz信号)的数据采集系统,并在实验室进行了测试。研究了测量系统的精度和分辨率。本章报告了所提出系统的理论和实验结果。第4章描述了室内走廊中不规则地形模型的传播建模特性。使用一个集成模型执行了走廊中的路径损耗建模。具体说明了不规则地形上室内传播的优化过程,并提出了一个新模型。通过使用仿真结果验证了该特定场地模型。在第5章中,详细研究了毫米波波段下人群对无线电波在行人隧道中传播的影响。进行了人体阻挡引起的接收信号变化的传播建模。最后,第6章对论文进行了总结,并为研究项目的进一步调查提供了一些建议。

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