ku波段衛(wèi)星通信雨衰計(jì)算及分析外文翻譯

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1、Ku波段衛(wèi)星通信雨衰計(jì)算及分析徐慨、向順祥、黃林書(shū)電子工程系海軍工程大學(xué)中國(guó)武漢摘要：使用雨量計(jì)、頻譜分析儀和其他設(shè)備，根據(jù)模擬結(jié)果，測(cè)量和分析了武漢市降雨率及雨衰對(duì)Ku波段衛(wèi)星通信信號(hào)的影響。分析了降雨率和雨衰的關(guān)系，并將結(jié)果與國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線電通信部門(mén)（ITU-R）估計(jì)值進(jìn)行了比較，分析了實(shí)際測(cè)量值與預(yù)測(cè)值之間的不同之處。利用測(cè)得的數(shù)據(jù)，對(duì)不準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型，提出了一個(gè)改進(jìn)算法，證明ITU-R提出的預(yù)測(cè)模型是正確的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有必要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量，獲得足夠的數(shù)據(jù)，來(lái)確定不同站點(diǎn)雨衰與降雨率之間關(guān)系。關(guān)鍵詞：頻譜

2、分析儀、衛(wèi)星通信、雨衰、預(yù)測(cè)模型I引言在衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì)，必須計(jì)算鏈路的效率和冗余。因?yàn)樾盘?hào)可能會(huì)被吸收和過(guò)濾，所以必須提供冗余或一些對(duì)抗措施，如自適應(yīng)功率控制，通過(guò)分集接收來(lái)提高鏈路效率。然后有兩個(gè)問(wèn)題：應(yīng)該提供多少冗余來(lái)滿足鏈路的有效性要求；應(yīng)采取什么措施來(lái)對(duì)抗雨衰。雖然國(guó)內(nèi)外已經(jīng)做了許多理論的實(shí)驗(yàn)研究，但是對(duì)于不同的地域鏈路的設(shè)計(jì)要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不是很符合。在論文中，通過(guò)一段時(shí)間測(cè)量武漢的降雨以及Ku波段衛(wèi)星信號(hào)衰減，繪制了降雨和信號(hào)衰減之間的關(guān)系圖。在比較獲得的關(guān)系圖和ITU-R給出的模型曲線后，證明ITU-R預(yù)

3、測(cè)模型在不同地區(qū)之間存在一些錯(cuò)誤，因此有必要進(jìn)行一些測(cè)試，對(duì)ITU-R預(yù)測(cè)模型做一些修改。II測(cè)量系統(tǒng)的原理圖一顯示了測(cè)量系統(tǒng)的原理。該圖的左側(cè)的是降雨衰耗估算。下行鏈路信號(hào)由天線接收，并且其頻率被轉(zhuǎn)增下來(lái)的低噪聲B轉(zhuǎn)換，并且隨后轉(zhuǎn)到頻譜。最后，通過(guò)RS-232接口，信號(hào)電壓被保存到計(jì)算機(jī)。菱形天線:0.6m，LNB振蕩器頻率11300MHz；輸入頻率：12.25GHZ~12.75GHZ；輸出頻率：950MHZ~1450MHZ；因?yàn)樗谴怪睒O化測(cè)量信號(hào),電源電路是采用12.5V直流；光譜頻率范圍:3KHZ~3GHZ,1

4、0個(gè)值是每分鐘收集。右側(cè)是降雨量的測(cè)量。這個(gè)雨量計(jì)的測(cè)量精度:0.1毫米~7毫米/小時(shí),運(yùn)行電壓:9~24v直流電源提供的收集器.雨量計(jì)得到了降雨的每分鐘(毫米),并發(fā)送數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)收集器。當(dāng)數(shù)據(jù)乘以60,那么降雨的小時(shí)是有(毫米/小時(shí))。測(cè)試地點(diǎn)：武漢，緯度:30.52°；經(jīng)度：114.31°；高度：23.3米測(cè)試頻率：12.333GHz;仰角的天線：48.45°。Fig.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖III測(cè)試結(jié)果及建模分析A.ITU-R降雨衰減模型A=g×L（dB）（1）g=a×Rb（dB/km）（2）其中，L是降雨的

5、有效路徑，g是降雨衰減比，R是雨量比，a，b是相關(guān)系數(shù)，其值隨頻率不同變化。B.陽(yáng)光下計(jì)算放的信號(hào)的參考電平吸光度的衰減在雨天、云和大氣的變化是緩慢的。大氣吸收有氧氣和水蒸氣組成。其中水的蒸氣在不同的天氣變化最大。相比較而言，吸收衰減在慢衰減中是最主要的因素。為了去除噪聲和閃爍的影響，分析了在下雨之前三天和下雨之后三天的晴朗天氣所有的信號(hào)電平，得到了晴朗天氣的信號(hào)參考電平As。C.計(jì)算雨衰取在1分鐘內(nèi)獲得的10個(gè)信號(hào)得平均值,就得到了雨中每分鐘的信號(hào)電平。然后每分鐘雨衰如下：A=As-Ar（dB）其中，A是指雨衰，As

6、是晴朗天氣的信號(hào)參考電平，Ar是雨中的每分鐘信號(hào)電平。D.測(cè)量結(jié)果分析圖2表示的是武漢地區(qū)2008-05-03的降雨情況。水平軸是時(shí)間,垂直是雨衰減率。信號(hào)隨時(shí)間衰減如圖3所示。比較兩個(gè)圖，可以得出以下結(jié)論：（1）降雨越大，雨衰也越大。最大的降雨發(fā)生在5月3號(hào)的21:00，恰好信號(hào)衰減發(fā)生在那個(gè)時(shí)候（2）信號(hào)衰減是不僅發(fā)生在下雨的時(shí)候，下雨后也有，因?yàn)樵谀承┓矫嫣炜罩械脑埔彩剐盘?hào)發(fā)生衰減。例如，5月3日在17:00-18:00，雖然不下雨，但很明顯，仍然有信號(hào)衰減。（3）雨衰減率期間的降雨量是相對(duì)持久。在相同的降雨，信

7、號(hào)由降雨引起的為20的衰減分鐘顯然是大于一個(gè)或兩分鐘。Fig2.武漢降雨環(huán)境Fig3信號(hào)衰減E.誤差分析雨衰減和信號(hào)衰減之間的關(guān)系如圖4所示。水平軸是降雨,垂直軸的是雨衰減率?！啊鼻€是降雨試驗(yàn)測(cè)得,“e”曲線是在ITU-R提供的公式模型的基礎(chǔ)上繪制?！啊鳌鼻€是草擬的測(cè)量值處理的最小二乘方法算法。如圖所示,由ITU-R提供雨衰模型與武漢地區(qū)實(shí)際情況有很大不同，并且隨著降雨量的增加誤差也增大。圖4：雨衰之間的關(guān)系Fig5.誤差曲線IV改進(jìn)后的算法模型修改后的ITU-R雨衰模型：Ap=Aitu-r—Perror其中,Ap

8、是修正后的雨衰減，Aitu-r是ITU-R雨衰模型預(yù)測(cè)的雨衰，Perror是修正因子。圖5是誤差曲線?！啊笔菆D4所提供的誤差值曲線，曲線是由最小二乘法得到的。表達(dá)式為：Perror=-0.0006RR+0.1308R-0.1847(dB)其中，R是降雨量。則修改后的預(yù)測(cè)模型是:Ap=Aitu-r—(-0.0006RR+0.1308