复杂气象条件下微波信号路径衰减估计与衰减场重构研究
发布时间：2021-09-04 18:09
微波衰减是微波信号在空气传输过程中不可避免的功率损耗现象,也是造成无线通信质量下降的重要原因之一。无论是在晴朗干净的天气条件下所存在的自由空间路径损耗以及大气中的水汽、氧气所产生的散射及吸收现象,还是在遇到如降雨、雾、霾以及沙尘等复杂气候条件所引发的附加影响,均会对微波信号传输造成显著的功率衰减。分析微波衰减的产生原因、对微波衰减进行准确地观测与估计,对于微波通信系统的设计、无线通信质量损失的弥补,以及对衰减源进行反演等应用具有重要意义。本文针对微波链路在复杂天气条件下所经历的功率衰减的估计问题,以及基于链路衰减估计对二维与三维衰减场进行重构等问题展开研究,提出了复杂天气所致微波链路衰减估计的方法,建立了二维与三维衰减场的重构模型,并着重对多种链路衰减估计方法的性能进行了理论研究与仿真分析。本论文首先对现有基于测量接收信号电平（Received Signal Level,RSL）的复杂天气所致链路衰减估计方法进行研究,针对目前缺少对其性能进行理论分析的问题,在不考虑量化误差的情况下,提出了一种理想RSL模型,并利用该模型给出了基于RSL测量的复杂天气所致链路衰减估计的理论性能极限,弥补...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
受氧气与水汽影响的单位衰减频谱（水汽含量：7.5g/m3）
ぃ?约霸撇愕拇笮【?忻芮械墓叵怠Ｎ?颂岣呶佬峭ㄐ胖柿浚?嗣嵌栽撇愣晕?波信号的影响也进行了深入的研究。云中的水汽或液态水是微波衰减的主要来源，不同云层类型的液态水含量通常在0.4g/m3到1g/m3之间[134]，一些非降水云层中的液态水含量甚至低于0.1g/m3[135]。一个最为普遍使用的云层微波预测模型，是由Salonen与Uppala所提出的[136]。随后，人们又针对云层与微波衰减之间的关系展开了更为深入的研究[137-139]。然而，由于云层的流动性与不稳定性，使得利用现有模型预测云层衰减依然存在不可避免的误差[104]。图2-2受云或雾中的液态水影响的单位衰减频谱Figure2-2Specificattenuationspectrumforliquidwaterdensityinthecloudsorfog微波信号的传输同样会受到雾的影响。对于频率低于300GHz的微波信号，在任何给定频率的情况下，雾气衰减几乎与单位体积含水量呈线性的比例关系。通常情况下，雾中的液态水含量不超过1g/m3。当雾中的液态水含量为0.032g/m3时，能见度约为610米。此时，30GHz的微波频率所对应的单位衰减值约为0.01dB/km，而100GHz频率所对应的约为0.15dB/km。当雾中的含水量为0.32g/m3时，能见度减小至约120米。此时，30GHz与100GHz频率所对应的
博士学位论文26图2-5当降雨强度为0.5mm/h、10mm/h、50mm/h以及100mm/h时的单位降雨衰减频谱Figure2-5Specificrainattenuationspectrumwhenrainfallintensityis0.5mm/h,10mm/h,50mm/hand100mm/h图2-6不同水汽含量与降雨强度的大气衰减与降雨衰减频谱Figure2-6Spectrumofatmosphericattenuationandrainattenuationforvariouswatervapordensitiesandvariousrainfallintensities显然，一条微波链路路径上的整体降雨衰减，与其穿过的降雨场距离有关。假设链路整体降雨衰减由表示（dB），当传输距离为时，链路整体雨衰可以被表示为：=∫d0(2.20)
【参考文献】：
期刊论文
[1]低轨道卫星通信与物联网应用研究[J]. 刘洋,魏锋,崔树成,王文剑. 物联网学报. 2019(04)
[2]国内外卫星移动通信系统发展现状综述[J]. 宋奕辰,徐小涛,宋文婷. 电信快报. 2019(08)
[3]微波链路降水测量技术及应用研究进展综述[J]. 刘西川,高太长,宋堃,刘磊,印敏. 装备环境工程. 2019(06)
[4]高次模下矩形巷道形状因子对电磁波的影响[J]. 王旭启. 工矿自动化. 2019(05)
[5]基于Mie理论的带电沙尘媒质微波衰减特性研究[J]. 董群锋,李应乐,李俊杰,张辉. 装备环境工程. 2018(06)
[6]共信道下微波输能与数据通信干扰机制研究[J]. 满忠诚,刘晓明,赵端. 工矿自动化. 2016(08)
[7]用于井下电磁能量收集的功率传输模型[J]. 刘晓明,满忠诚,赵端. 工矿自动化. 2016(05)
[8]微波干燥煤环境下的模拟信号光纤传输系统设计[J]. 高仙儒,周新志. 工矿自动化. 2015(09)
[9]基于微波链路的路径雨强反演方法及实验研究[J]. 高太长,宋堃,刘西川,印敏,刘磊,姜世泰. 物理学报. 2015(17)
[10]微波混沌信号在煤矿突水超前探测中的应用[J]. 李静霞,张英梅,张建国,马珺,马福昌. 工矿自动化. 2013(10)
博士论文
[1]微波毫米波雨衰减预测模型研究[D]. 卢昌胜.西安电子科技大学 2018
[2]不同天气条件下气象卫星信道的建模与仿真研究[D]. 张秀再.南京信息工程大学 2014
[3]地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用[D]. 宋淑丽.中国科学院研究生院（上海天文台） 2004
[4]水凝物的电波传播特性与遥感研究[D]. 赵振维.西安电子科技大学 2001
本文编号：3383757
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
受氧气与水汽影响的单位衰减频谱（水汽含量：7.5g/m3）
ぃ?约霸撇愕拇笮【?忻芮械墓叵怠Ｎ?颂岣呶佬峭ㄐ胖柿浚?嗣嵌栽撇愣晕?波信号的影响也进行了深入的研究。云中的水汽或液态水是微波衰减的主要来源，不同云层类型的液态水含量通常在0.4g/m3到1g/m3之间[134]，一些非降水云层中的液态水含量甚至低于0.1g/m3[135]。一个最为普遍使用的云层微波预测模型，是由Salonen与Uppala所提出的[136]。随后，人们又针对云层与微波衰减之间的关系展开了更为深入的研究[137-139]。然而，由于云层的流动性与不稳定性，使得利用现有模型预测云层衰减依然存在不可避免的误差[104]。图2-2受云或雾中的液态水影响的单位衰减频谱Figure2-2Specificattenuationspectrumforliquidwaterdensityinthecloudsorfog微波信号的传输同样会受到雾的影响。对于频率低于300GHz的微波信号，在任何给定频率的情况下，雾气衰减几乎与单位体积含水量呈线性的比例关系。通常情况下，雾中的液态水含量不超过1g/m3。当雾中的液态水含量为0.032g/m3时，能见度约为610米。此时，30GHz的微波频率所对应的单位衰减值约为0.01dB/km，而100GHz频率所对应的约为0.15dB/km。当雾中的含水量为0.32g/m3时，能见度减小至约120米。此时，30GHz与100GHz频率所对应的
博士学位论文26图2-5当降雨强度为0.5mm/h、10mm/h、50mm/h以及100mm/h时的单位降雨衰减频谱Figure2-5Specificrainattenuationspectrumwhenrainfallintensityis0.5mm/h,10mm/h,50mm/hand100mm/h图2-6不同水汽含量与降雨强度的大气衰减与降雨衰减频谱Figure2-6Spectrumofatmosphericattenuationandrainattenuationforvariouswatervapordensitiesandvariousrainfallintensities显然，一条微波链路路径上的整体降雨衰减，与其穿过的降雨场距离有关。假设链路整体降雨衰减由表示（dB），当传输距离为时，链路整体雨衰可以被表示为：=∫d0(2.20)
【参考文献】：
期刊论文
[1]低轨道卫星通信与物联网应用研究[J]. 刘洋,魏锋,崔树成,王文剑. 物联网学报. 2019(04)
[2]国内外卫星移动通信系统发展现状综述[J]. 宋奕辰,徐小涛,宋文婷. 电信快报. 2019(08)
[3]微波链路降水测量技术及应用研究进展综述[J]. 刘西川,高太长,宋堃,刘磊,印敏. 装备环境工程. 2019(06)
[4]高次模下矩形巷道形状因子对电磁波的影响[J]. 王旭启. 工矿自动化. 2019(05)
[5]基于Mie理论的带电沙尘媒质微波衰减特性研究[J]. 董群锋,李应乐,李俊杰,张辉. 装备环境工程. 2018(06)
[6]共信道下微波输能与数据通信干扰机制研究[J]. 满忠诚,刘晓明,赵端. 工矿自动化. 2016(08)
[7]用于井下电磁能量收集的功率传输模型[J]. 刘晓明,满忠诚,赵端. 工矿自动化. 2016(05)
[8]微波干燥煤环境下的模拟信号光纤传输系统设计[J]. 高仙儒,周新志. 工矿自动化. 2015(09)
[9]基于微波链路的路径雨强反演方法及实验研究[J]. 高太长,宋堃,刘西川,印敏,刘磊,姜世泰. 物理学报. 2015(17)
[10]微波混沌信号在煤矿突水超前探测中的应用[J]. 李静霞,张英梅,张建国,马珺,马福昌. 工矿自动化. 2013(10)
博士论文
[1]微波毫米波雨衰减预测模型研究[D]. 卢昌胜.西安电子科技大学 2018
[2]不同天气条件下气象卫星信道的建模与仿真研究[D]. 张秀再.南京信息工程大学 2014
[3]地基GPS网对水汽三维分布的监测及其在气象学中的应用[D]. 宋淑丽.中国科学院研究生院（上海天文台） 2004
[4]水凝物的电波传播特性与遥感研究[D]. 赵振维.西安电子科技大学 2001
本文编号：3383757
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