基于混合计算方法的脉冲超宽带穿墙散射建模

任晶晶 柴守刚 陈卫东

(中国科学技术大学电子工程与信息科学系，安徽 合肥230027)

引 言

冲激/脉冲超宽带(IR-UWB)信号具有良好的穿透能力、精确的测距能力以及抗多径和干扰等优势，因此IR-UWB技术是穿墙环境中目标探测与数据通信的优选体制。在室内穿墙应用中，墙体和室内物体对IR-UWB信号传播的影响是超宽带系统设计必须考虑的重要因素，因此通过电磁建模来研究墙体和室内物体的IR-UWB信号传播与散射特性是十分必要的。由于墙体和室内物体是包含电大与电小两类尺寸的混合结构，所以在研究其反射、透射、绕射以及散射等传播现象时，需要采用能兼顾电大电小结构的混合电磁计算方法。在电大结构计算中，混合方法应着重考虑满足工程精度的高效计算问题；而在电小结构计算中，应优先考虑混合方法的计算精度和稳定性。

时域有限差分方法(FDTD)方法是一类可以精确分析IR-UWB信号室内传播过程的有效方法，在低频、复杂结构的建模问题和源设置上都优于伪谱时域法(PSTD)，因此在超宽带(UWB)室内场景的建模上应用较多。但是它需要对计算区域进行细致的网格剖分，以满足数值色散对空间离散间隔的要求，计算量较大。对于大尺度环境的电磁计算，人们通常采用高频近似的数值分析方法，其中射线追踪[1-2](Ray-tracing)技术以几何光学(GO)为基础，具有计算内存需求小、运算速度快的优点，并且易于和其他电磁数值计算方法混合使用[3]。在传统射线追踪算法中，需将激励源表示成傅里叶积分，根据场叠加原理，求出全频谱的信息再通过积分累加才能得到某一时刻的场分布。……