電磁波在對流層中傳輸與散射若干問題研究.pdf

1、電磁波在對流層晴空大氣及降雨、降雪、沙塵等氣象環(huán)境中的傳輸效應對無線電電子系統(tǒng)有重要的影響，電磁波在對流層中的傳播與散射特性研究，是一項既取得了一定的理論和實驗成果同時也面臨著新挑戰(zhàn)的課題。隨著無線電電子技術的發(fā)展，電波傳播工作者開始考慮一些新問題，例如：未來的通信頻段和對信號的傳輸質量要求將會不斷提高，那么電磁波在對流層中傳輸、散射效應的計算及預報模型的精度能否適應新頻段、新技術和新精度的要求；空間環(huán)境控制和人工改變技術是空間環(huán)境軍用

2、和民用的重要方面，能否通過某種人為干預手段，改善無線電電子系統(tǒng)通信效果，拓展其在軍事、民用等方面的應用，開發(fā)新的通信技術；如何結合隨機介質中的波傳播理論，研究和評估信號在對流層中的傳輸、散射效應對新的通信技術的影響機理及影響程度，如何對抗這些影響。所以，研究電磁波在對流層中的傳輸、散射特性，對提高無線電電子系統(tǒng)的性能和發(fā)展無線通信技術有重要的理論意義和實用價值，本文就電磁波在對流層中的傳輸、散射的若干問題展開研究，主要工作及研究成果如下

3、：
　　 研究了聲波干擾改變晴空大氣折射指數起伏特性的機理，推導出了大氣折射指數起伏特性與聲波參數的關系，得到了聲波干擾下單位體積散射截面的計算公式，且做出計算、仿真和討論。結合降雨、沙塵等離散隨機介質的介電特性研究狀況，分析了部分現有模型的特點，提出一個改進的計算離散隨機介質等效介電常數的計算模型，以降雨環(huán)境為例進行了計算、仿真和討論，并且對模型進行了分析和評估。
　　 利用本文得到的等效介電常數計算模型，提出了修正計

4、算雨致特征衰減的ITU-R模型中參數的方法，該方法可以結合特定地區(qū)降雨的物理特征，更精確地考慮雨致特征衰減ITU-R計算模型參數受雨滴尺寸、分布和溫度等影響，提高對雨衰的計算精度。以Weibull譜為例做了計算、仿真和分析，得出了Weibull譜分布情況下，對ITU-R模型參數的修正結果，利用修正結果計算了雨致特征衰減，并且與實測結果做了比較。
　　 拓展了現有文獻中利用非一分鐘降雨率預報雨衰的建模方法，提出了利用10分鐘累積降

5、雨率預報降雨衰減的建模方法。以我國部分地區(qū)的10分鐘降雨率測量結果和鑫諾I號等衛(wèi)星參數及雨衰測量結果為例，建立了利用10分鐘降雨率預報雨衰的模型，對模型做出評價和分析。
　　 分析了降雨和雨衰時間序列的特點，以雨衰時間序列為基礎，建立了預報雨衰短期、實時、動態(tài)特性的ARIMA預報模型。利用實驗測量的雨衰時間序列的頻譜特性，對文中預報模型得到的降雨衰減實時、動態(tài)序列進行了檢驗，并且對本文得到的模型進行了評估和分析。
　　

6、以圓柱目標和降雨環(huán)境為例研究了隨機離散介質環(huán)境中目標的信雜比，研究結果表明，信雜比最優(yōu)化與收、發(fā)天線極化狀態(tài)密切相關，而且雨滴粒子的形狀對最優(yōu)信雜比對應的極化狀態(tài)影響明顯，所以實際應用中需要根據降雨環(huán)境物理特征，計算目標回波信號信雜比與收發(fā)天線極化狀態(tài)關系，以便及時調整天線最佳極化狀態(tài)，使得接收信號信雜比最優(yōu)化。本文的討論方法對沙塵和降雪等環(huán)境也適用。
　　 分析了多徑傳輸環(huán)境下接收端信號特點，以及研究接收信號包絡概率密度函數的

7、必要性。用隨機介質中的波傳播理論，研究、分析了降雨、降雪等惡劣氣象環(huán)境對多徑信道包絡概率密度的影響機理，分析了在降雨、降雪等環(huán)境中多徑傳輸模式可能發(fā)生的變化。以降雨環(huán)境和全向天線為例仿真、計算了降雨對多徑信道包絡概率密度的影響。對本文的仿真結果做出了分析，結果表明本文處理問題的方法和研究結果，對于高增益、窄波束天線情況也適用。
　　 研究了對流層大氣及其中沉降粒子對通信系統(tǒng)噪聲的影響機理及重要性。以本文研究結果為基礎，仿真了IT

8、U推薦各雨區(qū)的降雨特征衰減的年時間統(tǒng)計分布，利用本文得到的雨衰預報模型，以鑫諾I號等衛(wèi)星參數為例，仿真了我國部分地區(qū)降雨導致的噪聲溫度年時間百分比分布，以及由于降雨影響導致系統(tǒng)G/T下降的年時間百分比分布。研究結果表明，降雨對噪聲溫度的貢獻不可忽略，在具體的通信系統(tǒng)需要結合特定地區(qū)降雨、降雪等氣象環(huán)境的物理特征，精確分析衰減和散射特性，評估它們對系統(tǒng)噪聲的影響。
　　 探討了惡劣氣象環(huán)境如何影響MIMO系統(tǒng)，分析了降雨、降雪等對

9、流層氣象環(huán)境可能對MIMO系統(tǒng)的影響。從理論角度探討了降雨、降雪等對流層氣象環(huán)境對MIMO系統(tǒng)信道容量的影響，以降雨環(huán)境和特定的天線結構為例，仿真了降雨衰減對MIMO系統(tǒng)信道容量的影響，結果表明降雨衰減對MIMO系統(tǒng)信道容量的影響明顯。因此，對MIMO通信系統(tǒng)的設計過程中有必要考慮對流層氣象環(huán)境的影響因素。
　　 研究了聲波干擾下對流層散射通信系統(tǒng)的散射損耗，將聲波干擾下的散射損耗與沒有聲波干擾情況下散射損耗進行了對比，并且對研