对流层大气环境对电磁波吸收衰减的影响分析

为了准确估计对流层大气环境对电磁波能量吸收衰减的影响,为电磁波发射测量装备进行作用距离估算、测控布设及辐射安全区设定提供理论基础,重点研究了对流层大气吸收气体对电磁波能量传播的衰减影响。依据国际电信联盟Rec.ITU-R P.676-9的建议及GJB/Z 87-97《雷达电波折射与衰减手册》给出的1～54 GHz电磁波大气衰减率近似估算模型、等效高度计算模型和等效路径折射模型,修订并完善了在对流层范围内跨等效高度的电磁波倾斜路径衰减量计算模型。仿真分析研究了不同大气压力、温度和水蒸气密度对衰减率的影响,以及不同传播仰角、温度和相对湿度对电磁波相同传播距离能量衰减的影响。     

基于射线描迹法微分形式的大气折射误差修正方法研究

大气折射误差是影响各类无线电系统同步、跟踪、导航、定位精度的一个主要误差源。射线描迹法利用几何光学原理可以实现对该误差的精确修正。针对传统射线描迹法无法处理异常大气折射误差修正的问题,该文推导了射线描迹法的微分形式,并基于此提出适用于任意大气的折射误差修正方法。选取某地面测控站对目标的跟踪数据,验证了所提方法的可行性。此外,利用该方法对比分析了蒸发波导环境和标准大气环境对大气折射误差的影响。结果表明：完全陷获在蒸发波导内部的电波引入的大气折射误差是最显著的。所提方法为提高无线电系统在任意大气环境下的测量精度提供一种新的技术支持。     

大气衰减效应对光通信影响及仿真分析

为了准确把握近地光通信时大气因素的作用机制和影响效果,有效提升通信质量,考虑针对首要影响因子——大气衰减效应进行建模、分析和仿真。首先细化了衰减效应分类,然后结合大气参数和类别特点建立了相关描述模型;在此基础上,利用大气窗口下的光通信常用波段进行了模型仿真和分析。主要结果表明,长波长激光和高海拔通信有利于光通信的进行,而大高差斜距通信模式则需要规避。这些结论的得出为大气光通信信道模型的建立以及光通信的开展提供了参考和依据,具有一定的指导意义。     

球面分层大气中射线传输轨迹的精确计算

给出了球面分层大气中确定射线传输轨迹的理论和数值计算方法。从Snell定律出发,利用球面坐标系中二维曲线的曲率方程,讨论了各种入射条件下射线的传输路径与大气折射指数分布之间的函数关系。数值地给出了球面分层大气中视距传输和反射传输时射线的仰角、轨迹长度、有效反射区等参量与大气折射指数梯度的关系,并和均匀大气中的射线传输进行了比较。     

太赫兹波大气分层传输特性

基于修正的Van-Vleck Weisskopf(VVW)线型,辐射传输色散理论和水汽连续体吸收模型,结合HITRAN数据库,建立了太赫兹(THz)波大气传输衰减和色散模型,并与毫米波传播模型(MPM)的结果进行了对比分析。加入新的天顶分层方法,形成了对宽频THz波在真实大气中纵向传输吸收衰减和色散的数值模拟能力。研究了不同传输距离下THz波大气分层传输衰减与色散特性、340 GHz和410 GHz窗口特性。研究结果表明：340 GHz和410 GHz大气窗口垂直传输10 km以上,衰减分别低于25 dB和45 dB,群速色散很低,相位变化在0.01个量级,信号传输失真度小。     

大气波导传播类型及特性分析

电磁波在大气中传播时,除了正常的折射外,在特殊条件下还会产生超折射现象,从而形成大气波导传播.利用大气波导,可以扩大探测、截收、通信和电子对抗等电子系统的有效作用距离,为远距探测、预警和通信提供条件.同时,也会形成诸如向外扩展的电磁盲区,使雷迭系统的杂波增强等不利因素.要实现大气波导超视距传播,须对将电磁波在大气波导环境中的传播进行研究.通过对大气波导类型及形成条件、电磁波实现大气波导传播的必要条件的分析,用射线描迹方法研究了大气波导传播的8种类型,同时对其特性进行了分析,从而为电子系统在各种大气波导环境下的应用奠定了基础.     

基于大气再分析资料集的太赫兹传输衰减计算

为精确计算太赫兹波大气传输吸收衰减,需建立太赫兹波传播路径模型,而后获取沿传播路径的相关变化大气参量,并通过国际电联(ITU)标准计算分段的吸收衰减值,最终进行累加计算得出总的大气衰减量值。受限于气象观测设备及手段,沿传播路径完整的大气参量难以获取。由于地球重力场产生的大气折射效应,电磁波在大气层中传播时其路径呈现曲线弯曲传播。基于区域大气再分析资料集基础数据转化的太赫兹波大气传输衰减精确计算方法,通过ITU标准这个桥梁,在气象数据和大气传输衰减间建立关联关系,最终运用在飞行器太赫兹波地面探测类工程技术上,以预估太赫兹波通信链路的大气吸收衰减值。     

海上大气波导环境下电磁波传播的抛物方程方法

抛物方程方法已经被广泛地应用于电磁波传播模型,并成为解决电磁波传播问题主要的工具。针对海上大气波导条件下的电磁波传播特性的研究,给出了适用的电磁波传播模型,根据模型计算了电磁波在波导中的传播衰减,同时对不同传播条件下的结果进行了比较和讨论,最后对传播模型进行了验证。     

太赫兹脉冲大气传输衰减特性

太赫兹大气传输是太赫兹科学技术及其应用的重要组成部分,渗透于所有的太赫兹应用技术领域。研究基于辐射传输、色散理论和Van-Vleck Weisskopf线型,结合喷气推进实验室(JPL)数据库,建立了太赫兹脉冲大气传输衰减与色散模型,对0.1 THz~1 THz频段太赫兹辐射在水汽中的吸收衰减特性进行了数值模拟研究,与现有的文献数据进行了比对。通过计算太赫兹脉冲大气传输,分析不同水汽密度和传输距离对波形幅值、相位及频谱特性的影响,得到了3个比较稳定的太赫兹脉冲大气传输窗口0.14 THz~0.17 THz、0.19 THz~0.32 THz和0.32 THz~0.37 THz,为太赫兹通信和时域太赫兹空间传输提供了理论参考。     

大气降水引起的电磁波的衰减

电磁波在对流层中传播时,不可避免地要受到各种大气微粒的影响而产生衰减,而大气降水是引起电磁波衰减的最常见也是最主要的原因。大气降水有多种形式,主要为降雨、降雪、雾等。分析了各种降水形式的影响,从理论上进行了推理计算,并且给出了衰减率计算的方法,最后以图的形式直观地展示了大气降水对电磁波传播的衰减。     

电波传播研究70年

对流层电波传播特性是影响无线电系统性能的重要因素,是电波传播研究的主要领域. 本文系统综述了近60年来中国电波传播研究所在无线电气象、地面无线电业务电波传播、空间无线电业务电波传播、电波传播效应对无线电系统影响评估等对流层电波传播不同方向开展的研究和取得的研究进展. 在此基础上,最后给出了对对流层电波传播研究的展望.     

电离层吸收衰减预测方法的比较研究

本文对比分析了利用ITU半经验模型和3种电子碰撞模型预测天波链路电离层吸收衰减的方法.利用中国参考电离层模型和质谱仪非相干散射大气模型构建背景电离层和背景大气,在构建的背景环境中利用三维射线追踪方法仿真分析由半经验模型和3种电子碰撞模型计算得到的电离层吸收衰减与电波频率、出射仰角、大圆距离的关系.并进行了大圆距离100...     

基于HITRAN的太赫兹波大气吸收特性

基于分子光谱数据库HITRAN中的谱线参数和传播理论得到了氧气分子、氮气分子和水蒸气分子的吸收系数,同时计算了氧气、氮气2种单组分气体以及水蒸气对太赫兹波辐射在1 km上的吸收衰减系数。在0.1 THz-1 THz频率范围内与ITU-R P.676进行比较,结果显示,2种结果吻合较好,尤其在吸收带。这也间接验证了本文计算方法在太赫兹波其他频段吸收衰减计算结果的正确性。     

基于实测大气参数的水蒸气吸收衰减的仿真计算

针对红外辐射在大气传输过程中,水蒸气的吸收衰减,只利用经验公式计算,存在较大的误差;利用MODTRAN等专业软件,使用过程复杂且移植和兼容较困难。因此,文中基于实测的大气参数,利用分子单线吸收法计算得到不同温度下的水蒸气吸收系数,拟合各月温度的高度分布解析式;仿真计算了水蒸气的光谱透过率和平均透过率,仿真结果表明,海拔高度、天顶角和传输距离等对水蒸气透过率具有较大影响,本方法计算的水蒸气透过率具有很高的准确度,在工程应用上具有一定的参考价值。     

大气介质对电磁波测距精度的影响

大气介质的不均匀将影响电磁波测距精度.从电磁波相位法测距的基本原理出发,推导了大气介质引起的电磁波测距误差公式,并与高精度的微波测距机在10km基线上测距精度进行了比较,结果证实,即使采用高精度的电磁波测距机,大气介质引起的测距误差也在0.75m～-0.25m之间.因此,在用电磁波进行高精度测距时,必须要测量出基线上精确的大气折射率的分布,才能提高测距精度.     

Study of atmospheric attenuation characteristics of terahertz wave based on line‐by‐line integration

Terahertz band communication promises new solution for satisfying the increasing demand for ultrahigh‐speed wireless communication. Channel models capturing the unique peculiarities of the terahertz (THz) band are required for communication systems designing. Extreme high molecular absorption is a distinctive phenomenon that has to be involved in terahertz communication models. Research in this field has mainly focused on the characteristics along the horizontal propagation path. In this paper, we developed a unified molecular absorption model along the slant propagation path of the THz wave, based on the line‐by‐line integration method developed by Van‐Vleck and Weisskopf and combining the molecular spectral line in the HITRAN database. Then, an in‐depth analysis on the THz channel characteristics is carried out by the developed propagation models. The attenuation characteristics of terahertz waves with frequencies in the range of 0.1 to 1 THz are analyzed by theoretical and mathematical modeling. The results show that the terahertz communication channel has a strong dependence on both the molecular composition of the medium and the transmission distance. The experimental results also indicate the strong absorption frequency points, weak absorption frequency points, and spectral windows.     

非均匀光滑球面地波衰减因子的抛物方程算法

根据地波传播特性,将不均匀球形地面上空的电磁场满足的标量波动方程近似为一个抛物方程;引入分步傅立叶变换法来得到抛物方程的解的递推公式;由地波传播平地公式计算出抛物方程算法所需初值,按照递推公式可方便的递推出传播路径上空中任意点的场强值,以及分段均匀光滑球形地面上任意高度的地波衰减因子的幅度和相位.该方法的计算结果当接收点在地面上时与J.R.Wait积分法和波模转换法完全一致,但是,当传播路径超过三个分段时J.R.Wait积分法和波模转换法的计算量成指数增加,该方法的计算量则不随分段数的增加而增加,故给出的方法更适合于实际的工程计算.     

大气折射和色散对激光传输的影响

由于大气折射和色散效应，当用可见光或红外线瞄准目标而用另一波长的激光对目标进行探测或打击时，瞄准路径和激光传输路径是不一样的，瞄准点和激光束之间存在误差。本文建立了大气层折射模型，并给出了在不同仰角时，用可见光(0．55μm)和红外线(4μm)进行瞄准、用CO2激光器对10km远的目标进行探测或打击，瞄准点和CO2激光束之间的距离大小。