Vågutbredningsberäkningar med paraboliska ekvationer: 3D, skogshöjd och GPU

Befintliga radiokanalmodeller som används vid FOI, baserade på paraboliska ekvationer (PE), modellerar kanalen i ett vertikalt snitt mellan sändare och mottagare. Tillgång till nya kartunderlag med högre upplösning och annan kategorisering av terräng än tidigare ger ökat behov och nya möjligheter att modellera radiokanalen i tre dimensioner, och med hänsyn till terrängen. En anledning till det är att radiosignalen kan passera runt ett objekt i horisontell ledd, vilket inte beaktas i en tvådimensionell modell. Beräkningskomplexitet är en utmaning redan med befintliga modeller i två dimensioner och med lägre kartupplösning. Radiokanalmodellering i tre dimensioner och med högre upplösning, ökar beräkningskomplexiteten. Detta ställer krav på utveckling av metoder för snabbare beräkning av radiokanalmodeller. Syftet med denna rapport är att bidra till ökad kunskap om radiokanalmodellering, med inriktning på att nyttja information om terräng med högre upplösning än tidigare. Rapporten presenterar forskningsresultat för PE-modeller inom områdena: fullständig och förenklad modellering i 3D, analys av skogshöjdens inverkan på vågutbredning samt snabbare vågutbredningsberäkningar med grafikprocessorenheter (GPU). Flertalet etablerade 3D-modeller har utvärderats och behovet av att utveckla en ny 3D PE-modell har identifierats. Skogshöjdens inverkan på vågutbredningen är invecklad och beror på frekvens, antennhöjder och de dominanta utbredningsmoderna. Genom att parallellisera och utföra beräkningar med GPU minskade beräkningstiden med upp till 30 gånger beroende på beräkningsfall och lösningsmetod. Slutsatsen är att det finns behov av fortsatt utveckling av vågutbredningsmodeller för att nyttja tillgängliga kartdataunderlag för ökad beräkningsprecision och effektivitet.