一种对流层散射传输损耗及传播延迟计算方法技术

一种对流层散射传输损耗及传播延迟计算方法，步骤如下：通过数值气象模型获取散射传播路径上的气象数据；基于气象数据计算发射天线主轴方向的电磁波传播路径和接收天线主轴方向的电磁波传播路径；对发射波束和接收波束进行剖分，从得到的发射子波束的射线路径和接收子波束的射线路径中截取从发射天线到散射点再到接收天线的路径，即为散射子波束对流层散射传播路径；计算各子波束公共散射体的体积；计算散射子波束的接收功率及散射子波束的传播时间；计算对流层散射传输损耗与传播延迟。本发明专利技术可以解决现有对流层散射模型无法准确反映不同区域不同时间大气环境变化对传输损耗和传播时延影响的问题，可以更精确地计算对流层散射损耗及传播延迟。对流层散射损耗及传播延迟。对流层散射损耗及传播延迟。

【技术实现步骤摘要】
一种对流层散射传输损耗及传播延迟计算方法


[0001]本专利技术属于对流层散射通信
，尤其涉及一种对流层散射传输损耗及传输延迟的计算方法。

技术介绍

[0002]对流层散射通信链路存在传输损耗大、多径效应严重、易受大气环境影响明显的不足，因此，为了提高应用对流层散射链路的系统性能，需要准确掌握对流层散射链路的传输损耗特性和传播延迟特性。除了半经验估计模型外，基于散射传播机制还产生了多种损耗预测模型，如张明高提出的基于广义散射截面的对流层散射传输损耗计算方法，李磊提出的基于抛物方程法的对流层散射传输损耗计算方法，Ergin Dinc提出的基于射线的对流层散射信道模型等。
[0003]对流层散射还存在明显的多径效应，电磁波通过不同路径到达接收机，接收信号存在传播延迟和时延扩展，现有模型气象特性表征能力不足，通常是假设电磁波沿直线光速传播，如Sunde从链路几何构形出发，基于对称链路和光滑球面推导的平均时延差的粗略计算公式；Bello在湍流非相干散射传播机制上，根据Boor
‑
Gordon的散射横截面理论，以及二维平面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对流层散射传输损耗及传播延迟计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过数值气象模型获取散射传播路径上的气象数据；所述数值气象模型以网格形式存储气象数据，水平方向网格间隔为经纬度分辨率，竖直方向网格为等压面，基于数值气象模型采用插值法或外推法在获取指定位置的气象数据，所述气象数据包括温度、比湿度、气压、风速；S2、基于通过数值气象模型获取的气象数据，计算发射天线主轴方向的电磁波传播路径和接收天线主轴方向的电磁波传播路径；S3、对发射波束进行横纵方向的剖分及路径旋转，得到各发射子波束的射线路径，对接收波束进行横向剖分、路径旋转及射线对准，得到有效范围内的接收子波束的射线路径，从得到的发射子波束的射线路径和有效范围内的接收子波束的射线路径中截取从发射天线到散射点再到接收天线的路径，即为散射子波束对流层散射传播路径；S4、计算各子波束公共散射体的体积，所述子波束公共散射体为一条发射子波束和一条接收子波束相交的部分；S5、计算散射子波束的接收功率及散射子波束的传播时间；S6、计算对流层散射传输损耗与传播延迟；对流层散射传输损耗为：其中，P
r_ij
为序号下标为ij的散射子波束的接收功率，P
t
为发射天线的发射功率；将所有散射子波束的接收功率归一化，并按升序排列所有散射子波束的传播时间，得到对流层散射链路的归一化延迟功率谱，即为对流层散射传播延迟。2.根据权利要求1所述的对流层散射传输损耗及传播延迟计算方法，其特征在于：所述步骤S1中基于数值气象模型获取指定位置的气象数据的步骤具体如下：S101、将指定位置的大地高H
g
转换为位势高转换为位势高其中，为指定位置的纬度，为地球椭球面法向重力，γ
45
°
为纬度45
°
的重力加速度的标准值，，为局部地球半径；S102、通过比较插值点与数值气象模型的等压面的位势高相对位置关系确定相应的插值方法和外推方法，包括以下三种情况：(1)插值点位势高在等压面内部时，通过插值点的经纬度和位势高确定数值气象模型中与插值点邻近的8个网格点，分别对具有相同经纬度的4组上下相对的两个网格点向插值点位势高处插值：竖直方向上，温度、比湿度和风速采用线性插值，气压采用指数模型插值；水平方向上，温度、比湿度、风速、气压均采用双线性差值；(2)插值点位势高在等压面最底层以下时，通过插值点的经纬度和位势高确定与插值点邻近的8个网格点，对于8个网格点中的上层等压面的4个网格点：水平方向上，使用双线性插值法获取插值点在等压面上对应位置处的气象参数；竖直方向上，分别采用以下方法外推计算插值点在等压面上对应位置处的气象参数：气压使用指数模型，温度T
j
＝T
v_j
‑
0.0065h
g_j
，T
v_j
为在等压面上通过水平双线性插值获取
的温度，比湿度q
j
＝q
v_j
，q
v_j
为在等压面上通过水平双线性插值获取的比湿度，风速使用幂定律插值；(3)插值点位势高位于等压面最高层以上时，通过插值点的经纬度和位势高确定与插值点邻近的8个网格点，对于8个网格点中的下层等压面的4个网格点：水平方向上，使用双线性插值法获取插值点在等压面上对应位置处的气象参数；竖直方向上，分别采用以下方法外推计算插值点在等压面上对应位置处的气象参数：比湿度为零；气压在水平双线性插值的基础上使用指数模型外推；温度和风速分量使用CIRA86国际参考大气模型获取。3.根据权利要求1所述的对流层散射传输损耗及传播延迟计算方法，其特征在于：所述步骤S2中，采用射线追踪法计算发射天线主轴方向的电磁波传播路径，步骤如下：S201、以发射天线所在位置为坐标原点，基于右手螺旋准则建立局部直角坐标系xyz，坐标系x轴为射线的初始方向在地球表面切平面投影，z轴为地球球心到发射机所在位置的方向向量，α0和β0分别为发射天线主轴指向的方位角和俯仰角；在该局部直角坐标系xyz中电磁波传播路径满足线性微分方程组式中的n为大气折射指数，N为大气折射率；上述线性微分方程组在初始边界条件约束下以及对流层顶高限制下，基于数值气象模型得到的气象数据，通过数值法迭代求解即可获得发射天线主轴方向的电磁波传播路径；对于接收天线，以接收天线作为起始点采用相同步骤计算，得到天线主轴方向的电磁波传播路径。4.根据权利要求1所述的对流层散射传输损耗及传播延迟计算方法，其特征在于：所述步骤S3中，采用矩形截面剖分法对发射波束进行剖分，分别沿发射波束截面的横轴和纵轴以等角度间隔dw将发射波束剖分为K等份，将发射波束分解为多个紧密排列且互不重叠的正四棱锥形的发射子波束；将发射天线主轴方向的电磁波传播路径l
transmit_ray_main
从局部直角坐标系xyz转换为球坐标系BLH，然后将球坐标系BLH下发射天线主轴方向的电磁波传播路径的初始指向旋转到各发射子波束射线的初始指向，序号下标为ij的发射子波束的射线路径l
transmit_ray_ij
＝l
transmit_ray_main
(B,L,H)+(dw
·
i,dw
·
j,0)，l
transmit_ray_main
(B,L,H)为球坐标系BLH下的发射天线主轴方向的电磁波传播路径，i,j＝
‑
K/2,

【专利技术属性】
技术研发人员：陈西宏，张爽，刘强，胡邓华，袁迪喆，米新平，李磊，刘屹东，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：