[發明專利]一種對流層散射傳輸損耗及傳播延遲計算方法

在審

• 申請號: 202210220518.0
• 申請日: 2022-03-08
• 公開（公告）號: CN114726433A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 陳西宏;張爽;劉強;胡鄧華;袁迪喆;米新平;李磊;劉屹東
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: H04B7/22
• 分類號: H04B7/22;G01W1/00
• 代理公司: 廣東朗乾律師事務所 44291
• 代理人: 楊煥軍

一種對流層散射傳輸損耗及傳播延遲計算方法，步驟如下：通過數值氣象模型獲取散射傳播路徑上的氣象數據；基于氣象數據計算發射天線主軸方向的電磁波傳播路徑和接收天線主軸方向的電磁波傳播路徑；對發射波束和接收波束進行剖分，從得到的發射子波束的射線路徑和接收子波束的射線路徑中截取從發射天線到散射點再到接收天線的路徑，即為散射子波束對流層散射傳播路徑；計算各子波束公共散射體的體積；計算散射子波束的接收功率及散射子波束的傳播時間；計算對流層散射傳輸損耗與傳播延遲。本發明可以解決現有對流層散射模型無法準確反映不同區域不同時間大氣環境變化對傳輸損耗和傳播時延影響的問題，可以更精確地計算對流層散射損耗及傳播延遲。

技術領域

本發明屬于對流層散射通信技術領域，尤其涉及一種對流層散射傳輸損耗及傳輸延遲的計算方法。

背景技術

對流層散射通信鏈路存在傳輸損耗大、多徑效應嚴重、易受大氣環境影響明顯的不足，因此，為了提高應用對流層散射鏈路的系統性能，需要準確掌握對流層散射鏈路的傳輸損耗特性和傳播延遲特性。除了半經驗估計模型外，基于散射傳播機制還產生了多種損耗預測模型，如張明高提出的基于廣義散射截面的對流層散射傳輸損耗計算方法，李磊提出的基于拋物方程法的對流層散射傳輸損耗計算方法，Ergin Dinc提出的基于射線的對流層散射信道模型等。

對流層散射還存在明顯的多徑效應，電磁波通過不同路徑到達接收機，接收信號存在傳播延遲和時延擴展，現有模型氣象特性表征能力不足，通常是假設電磁波沿直線光速傳播，如Sunde從鏈路幾何構形出發，基于對稱鏈路和光滑球面推導的平均時延差的粗略計算公式；Bello在湍流非相干散射傳播機制上，根據Boor-Gordon的散射橫截面理論，以及二維平面假設從散射鏈路幾何構形出發推導給出的散射時延功率譜計算方法；張明高在廣義散射截面理論基礎上結合散射鏈路幾何構形推導的歸一化延遲功率譜；Ergin Dinc基于射線的對流層散射信道群延遲模型等。

上述模型在輔助對流層散射通信鏈路的設計及散射系統設備參數的確定等方面發揮了重要作用，但隨著對流層散射應用的不斷拓展，基于對流層散射鏈路的時間同步系統、超視距探測系統對準確預測和分析不同氣象條件下的傳輸損耗及傳播延遲的預測和分析能力提出了更高要求。而現有傳輸損耗及傳播延遲估計模型中氣象參數一般使用氣象參數經驗擬合值或統計結果平均值來描述，不能給出不同區域不同時間的具體氣象環境信息；而且，計算過程中均假設電磁波在大氣中是沿直線以恒定光速傳播，無法有效反映電磁波在復雜多變的大氣環境下傳播時發生的路徑彎曲、傳播速度變化以及大氣吸收衰減等，在對流層散射傳輸損耗及傳播延遲的計算精度上仍有改善的空間。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于數值氣象模型的對流層散射傳輸損耗及傳播時延計算方法，可以更精確地計算對流層散射傳輸損耗及傳播延遲。

為了實現上述目的，本發明采取如下的技術解決方案：

一種對流層散射傳輸損耗及傳播延遲計算方法，包括以下步驟：

S1、通過數值氣象模型獲取散射傳播路徑上的氣象數據；所述數值氣象模型以網格形式存儲氣象數據，水平方向網格間隔為經緯度分辨率，豎直方向網格為等壓面，基于數值氣象模型采用插值法或外推法在獲取指定位置的氣象數據，所述氣象數據包括溫度、比濕度、氣壓、風速；

S2、基于通過數值氣象模型獲取的氣象數據，計算發射天線主軸方向的電磁波傳播路徑和接收天線主軸方向的電磁波傳播路徑；

S3、對發射波束進行橫縱方向的剖分及路徑旋轉，得到各發射子波束的射線路徑，對接收波束進行橫向剖分、路徑旋轉及射線對準，得到有效范圍內的接收子波束的射線路徑，從得到的發射子波束的射線路徑和有效范圍內的接收子波束的射線路徑中截取從發射天線到散射點再到接收天線的路徑，即為散射子波束對流層散射傳播路徑；

S4、計算各子波束公共散射體的體積，所述子波束公共散射體為發射子波束和接收子波束相交的部分；