微波毫米波雨衰减预测模型研究

发布时间：2020-11-09 02:48

　　 随着大容量、高速率通信技术的发展,10GHz以上频段正广泛应用于各类无线电业务系统。雨衰减是影响工作于10GHz以上频段无线电系统性能的重要因素,是系统可靠性设计的重要依据,提高雨衰减的预测精度对微波、毫米波系统设计和系统性能评估具有重要的应用价值。本文在深入分析国际上已有主要雨衰减预测模式预测性能的基础上,基于指数雨胞分布(EXCELL)和国际电信联盟(ITU-R)雨衰减数据库数据,深入开展了雨衰减的建模技术和预测方法研究,提出了新的地空链路和地面视距链路雨衰减预测模式,并基于中小尺度数值天气模式,探索了雨衰减区域短期数值预报的可行性。最后,结合卫星通信系统设计,分析了不同来源降雨数据和雨衰减预测模式对Ka以上频段卫星系统设计的影响。本文取得的主要研究成果如下:1.针对传统基于柱状雨胞建立的雨衰减预测模式中路径调整因子与实测数据之间的矛盾,基于指数雨胞分布(EXCELL)建立了雨衰减预测理论模型,并通过理论分析和推导,提出了降雨率调整因子的概念。利用降雨率调整因子,可以较传统的路径调整因子更加合理的解释实测雨衰减数据的主要特征,表明基于指数雨胞分布(EXCELL)的雨衰减理论模型较传统柱状雨胞雨衰减模型更加合理。2.提出了一种新的地空链路雨衰减预测模式。该模式通过对ITU-R地空链路雨衰减数据的分析,建立了降雨率调整因子与降雨率、路径长度等参数之间的关系模型,并利用全概率降雨率分布,预测得到不同时间概率的雨衰减。与其他模式比较表明,该模式具有更好的预测精度,新模式还有效改善了其他模式预测结果随仰角变化以及在低仰角和低纬度上存在的奇异性。3.提出了一种新的地面视距链路雨衰减预测模式。该模式除降雨调整因子参数与地空链路降雨调整因子不同外,首次实现了地空链路雨衰减预测和地面视距链路雨衰减预测模式的统一,预测精度优于其它利用全概率降雨率的地面视距链路雨衰减预测模式。与利用传统概率转换方法的ITU-R模式预测精度相当,模式预测过程更加简便,且克服了传统转换方法在缺少0.01%时间被超过的降雨率时,无法预测其他时间概率雨衰减的不足;4.针对无线电系统运行保障的需求,将中小尺度数值天气模式和雨衰减预测模式相结合,基于WRF中尺度数值天气模式,提出了一种雨衰减区域短期预报方法,探索了实现区域雨衰减的短期预报的可行性,获得雨衰减的时空分布,其结果与实测结果整体趋势具有较好的一致性。最后,基于我国降雨率的区域分布特征,结合我国某Ka频段卫星通信系统设计,分析了不同来源的降雨率数据和预测模式对雨衰减预测结果的影响,研究了Ka/Q/V频段卫星通信系统传播设计与X/Ku频段之间的差别。可为工程应用中降雨率参数和衰减预测模式选择提供重要参考。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN927.2
【部分图文】：

8表1.2 ITU-R 对各国提交的预测模式的检验结果（比较雨衰减和云衰减）图1.2 雨衰减监测系统观测站点分布（国内站点配有雨衰仪）图1.3 Ku/Ka 频段雨衰减监测仪系统1.2.2 雨衰减短期预报及应用研究近年来，随着数值天气模式的发展，MM5（Fifth Generation Mesoscale Model）和 WRF（The Weather Researchand Forecasting Model）等数值模式开始被应用于电波传播研究中。1996 年，Bevis 等利用数值天气预报采取嵌套网格模式 12 小时数据预测天顶延迟的湿项，并为数值天气预测与天顶延迟的湿项建立了简单的

8图1.3 Ku/Ka 频段雨衰减监测仪系统减短期预报及应用研究，随着数值天气模式的发展，MM5（Fifth Generation MesoscaThe Weather Researchand Forecasting Model）等数值模式开始究中。1996 年，Bevis 等利用数值天气预报采取嵌套网格模天顶延迟的湿项，并为数值天气预测与天顶延迟的湿项建立

很多预报预警系统和星上资源分配系统已经为系统辅助决策提供保障。图1.4 Bath 大学基于数值模式的雨衰减空间分布预报结果图1.5 英国对流层传播衰减短期预报系统
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本文编号：2875763