无线电气象学研究进展与展望(特邀文章)

气象条件会导致无线电信号折射、衰减和超视距传播等电波传播效应.无线电气象学是研究气象环境特性及其对电波传播影响机理的一门交叉学科,是电波传播研究的重要领域.无线电气象学随着电波传播、气象和相关信息技术的发展而不断取得新的研究进展,为电波传播的更可靠预测和无线电系统的应用提供了可靠的数据和机理支撑.本文对全球数字地图、无线电参数遥感和短期预报等方面的研究进展进行了综合论述,并对无线电气象相关方向的发展给予了展望.     

流星余迹通信信道季节变化模型与仿真

流星余迹通信不同于传统的通信,它是低速率通信,具有突发、不连续、不定时的特性。因此,流星余迹通信的复杂性要求有必要对其通信信道进行建模。根据流星轨道分布的特点,推导出轨道-辐射的转换,得到流星分布和通信链路的关系,建立了流星余迹通信信道季节变化预测模型,并将预测模型应用于流星余迹通信链路。预测的结果和中纬度雷达观测结果比较一致,为建立流星余迹通信系统提供了技术支持。     

14.1 GHz海上微波超视距传播衰落斜率特性研究

传输损耗衰落斜率特性的研究对于对流层微波超视距传播系统的抗衰落设计和评估有重要的意义.根据在我国黄渤海区域进行的一次14.1 GHz微波超视距传播试验,结合散射抛物方程,高级折射效应预报系统(Advanced Refractive Effects Predicition System,AREPS)以及当地的气象数据分析了其衰落损耗数据的可用性;重点研究了其衰落斜率特性,根据其衰落斜率特性分析了电磁波通过波导、超折射、对流层散射三种环境及其共同作用进行超视距传播时信号的稳定性.     

65.5 GHz毫米波信道测量与分析

毫米波技术和大规模多输入多输出天线技术是5G移动通信系统的关键技术.为了研究60 GHz毫米波频段宽带信道特性,在会议室进行了65.5 GHz频段的信道测量活动.首先基于方向性路损模型,研究路径损耗指数和阴影衰落特性;然后基于空间交替广义期望最大化(space-alternating generalized expec...     

海雾对8mm的衰减和闪烁研究

在中国青岛地区进行了海雾对８ｍｍ信号视距传播时所产生的衰减和闪烁测量实验。１ｍｉｎ平均衰减统计表明浓海雾所引起的衰减可接的１ｄＢ／ｋｍ;并对信号的功率谱密度进行了统计分析,分析了海雾湍流团的快变化和慢变化特性;海雾湍流结构符合Ｈｏｌｍｏｇｏｒｏｖ理论;对信号起伏方差的统计结果推算海雾湍流结构常数在１０＾－１１量级。     

云雾对THz波传播的衰减研究

基于云雾的粒子尺寸分布,利用Rayleigh近似和Mie理论计算了不同能见度和含水量的云雾对THz波的传播衰减.结果表明:THz波段的云雾衰减较微波、毫米波段的衰减严重得多;THz波段的云雾衰减随能见度的减小和含水量的增加而增大,对于相同能见度和含水量的云雾衰减并非随频率的提高而单调增加;同时温度对THz波段的云雾衰减影响不大,在整个THz波段并不存在明显的规律.     

地基微波辐射计探测低层大气参数研究

基于地基微波辐射计扫频和扫角的通道选取方法,利用青岛气象站2005～2013 年探空数据结合BP神经网络训练数据来反演低层大气参数。将反演得到的低层大气参数与实际探空廓线对比,得到反演的均方根误差小于0.8K。在此基础上,联合辐射计测量参数提出了低层大气参数反演新模式的初步构架,为实时探测低层大气参数提供了更为合理的依据和方法。     

对流层散射传输损耗与大气折射率结构常数相关性研究

基于大气湍流非相干散射理论,采用泰勒方法对湍流谱函数进行近似,推导获得了对流层散射传输损耗与大气折射率结构常数的关系,即L-C模型;开展了对流层散射传播试验,基于WRF（Weather Research and Forecasting）数值模式对试验期间大气折射率结构常数进行预报;基于预报的大气折射率结构常数数据应用L-C模型预测对流层散射传输损耗,并与试验测试损耗值进行对比研究.结果表明,应用L-C模型预测的损耗值与实测值变化趋势吻合较好,均方根误差不超过6dB,并且传输损耗与大气折射率结构常数间的相关系数均大于0.7,表明了对流层散射传输损耗与大气折射率结构常数之间较强的相关性.这种对流层散射与大气折射率结构常数之间的相关性对于对流层散射传输的机理和建模研究都有重要意义.     

大气折射引起的卫星测控系统速度误差分析

由于大气各高度层介电特性的不均匀性,无线电波沿地空链路传播时会产生折射效应,为卫星的定轨测控系统引来不同程度的折射误差. 针对单频单站卫星系统的定轨方式,给出了基于多普勒频移测速原理的高精度速度误差修正算法,并与基于距离误差变化率原理的测速算法和实测数据进行了比较,验证了算法的准确性. 利用修正算法分别仿真计算了大气折射时延效应和弯曲效应导致的速度误差;基于不同频段、不同轨道高度的卫星系统参数,比较分析了对流层、电离层折射效应造成的速度误差变化特性. 分析结果可为当前地空链路的卫星测控系统提供准确的速度误差修正量参考,进而合理准确地评估大气折射对星载单频接收机测速误差的影响.     

高仰角对流层散射传播损耗的改进预测方法

鉴于ITU-R P.617建议只可用来计算低仰角而不适合于高仰角情形下的对流层散射传播损耗,提出了一种适用于高仰角对流层散射传播损耗的改进预测方法.分析了不适用于高仰角情形的原因,发现散射体离收发连线的高度H可能小于离地高度h,而通常的物理含义下H > h.因此根据散射几何模型,替换了原有的散射体高度表达式,在近似条件下令两个散射体高度相等,将新的散射体高度表达式代入计算.链路预测结果表明:改进的简单预测方法极大地改善了原有预测结果,更加接近实验结果,且与适合于高仰角的复杂美国国家标准局（National Bureau of Standards,NBS）方法预测结果基本一致.