信道传播特性

信道传播特性（精选五篇）

信道传播特性 篇1

电力线通信技术是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式[1]。电力线通信技术包含窄带电力线通信技术和宽带电力线通信技术两种, 前者的载波频率在500KHz以下, 而后者的载波频率则通常在2MHz以上。电力线通信技术最早出现于20世纪20年代, 至今已有90余年的发展历史, 而我国在电力线通信技术领域的研究起步较晚, 开始于20世纪90年代。电力线通信技术可用作家庭内通信总线, 实现家电联网, 成为智能家居系统的载体。

电力线通信技术与传统的通信技术之间存在着显著差别, 电力线本身作为通信线路, 其通信特性极差。电力线作为通信线路, 存在严重的频率选择性衰落、网络阻抗呈动态变化难以不匹配、低通特性以及信道多径时延等问题, 这些问题的存在均对接收机的性能提出了极高的要求[2]。

目前为止, 国内在低压电力线信道方面的研究大多集中于数据测量和理论分析, 主要包括对电力线信道特性的测量[3]、低频段配电网的电气特性研究及电力线噪声的测量。本文对室内低压电力线信道的主要特性:时变性、信道噪声、阻抗特性及衰减特性进行了简要分析, 为实现电力线通信系统提供了参考。

2 时变性

电力线信道的时变性主要由各种电器的频繁接入、切出, 马达的停止、启动等各种随机事件导致。在信道恶劣的情况下, 低压电力线在1s对某一频率信号的衰减变化可达20dB。因此, 电力线是一条时变性很强的信道。

3 信道噪声

电力线上的噪声分为非人为噪声和人为噪声。非人为噪声是由自然现象所引起的, 如雷电在电力线上引起的噪声;人为噪声则来自于各种电器、机电产品或电力线自身等, 本文主要讨论的是室内电力线上的噪声——人为噪声。室内电力线上噪声主要来源于负载, 每种用电设备都对低压电力线有不同程度的噪声污染, 特别是开关电源设备、非线性用电设备和变频设备等。室内低压电力线上的噪声通常分为以下五类:

(1) 有色背景噪声:此类噪声主要由电力线上很多小功率噪声源叠加而产生的干扰, 是一种随时间缓慢变化的随机干扰, 其功率谱密度 (PSD) 随频率增加而降低, 且随时间变化很慢。

(2) 窄带噪声:主要由中、短波广播所引起, 通常夜间干扰大于白天。

(3) 与工频异步的周期性脉冲噪声:这种噪声主要由开关电源产生, 大部分按50k~200kHz频率重复, 在频域上是一些离散谱。

(4) 与工频同步的周期性脉冲噪声:发生频率为工频的整数倍的脉冲噪声。此类脉冲的持续时间很短, 频率覆盖范围大, 功率大, 而功率谱密度随频率的升高而下降。它主要是由可控硅整流器件造成的。

(5) 随机脉冲噪声:闪电或电网上大功率负载的开关操作会产生脉冲噪声, 其持续时间从几s到几ms。脉冲噪声的功率谱密度有时会比背景噪声高出50dB。

上述五类噪声可分为背景噪声和脉冲噪声两大类。通常, 前三种噪声随时间变化缓慢, 常归结为背景噪声, 又称稳态的背景噪声。后两种噪声的时变性强, 常归结为脉冲噪声。电力线上噪声很复杂且难以直接用定量表示, 但即使再复杂也有一定的规律, 都可表示为各种特定性质的噪声源叠加而成。

4 阻抗特性

电力线上的输入阻抗与传输信号的频率相关, 信号频率越大, 阻抗就越小, 由于接入电力网络的负载类型不同, 使得不同频率的阻抗变化也不尽相同, 负载的接入和断开在时间上无规律, 也使得线路上阻抗的变化在实际情况中不可预测。

一般情况下, 电力线阻抗在20到190的范围内动态变化, 因此在系统设计时难以保证发射机的输出阻抗和电力线的输入阻抗相匹配。

5 衰减特性

一般情况下, 室内电力网的各项特性分布极不均匀, 所以高频信号在电力线上传输时会出现多种衰减, 其中耦合衰减和线路衰减最为显著。耦合衰减主要由通信系统的接收机和发射机与电力线的阻抗不匹配造成;线路衰减主要包括多径传输和线路损耗。

(1) 多径传输:主要由信号在电网中各个分支和节点上的传输或反射造成, 接收机收到的高频信号由经过不同分支的信号叠加而成, 由于这些信号的相位在传输过程中已发生变化, 所以叠加后可能造成衰减。

(2) 线路损耗:信号在电力线路上的衰减与传输信号的频率和传输距离关系密切, 信号的衰减随着传输距离的增大而增加, 信号的衰减随着频率升高而呈现增大的趋势。

摘要：利用低压电力线高速、可靠地传输通信数据可以节省专用通信线路, 但是低压电力线路特别是室内电力线路网络结构和负载特性复杂, 需要对信道有深入的了解。文章简要介绍了电力线通信的原理, 并分析了电力线信道的时变性、噪声特性、阻抗特性及衰减特性, 为电力线通信系统的设计提供了参考。

关键词：室内电力线通信,信道特性

参考文献

[1]赵云峰, 汪晓岩, 徐立中, 赵明宇.低压电力线噪声分析与建模[J].电力系统通信, 2003 (1)

[2]肖勇, 房莹, 张捷, 党三磊.低压电力线载波通信信道特性研究[J].电力系统保护与控制, 2012 (20)

浅谈手机传播特性论文 篇2

总结的看上述分析，手机传播的最主要的特点不是在传播的一端而是在接受的一端。手机的轻便所带来的优势，以及现阶段接受者对手机功能的依赖性都使得手机拥有了其他媒体无可比拟的优势。

3.1传播中时空束缚的进一步释放

手机比其他的媒体更有效的克服了时间和空间的束缚，因为手机轻巧易带让接受者可以随时随地的拥有它。电视机太过于笨重而且有大量繁复的线圈缠绕着，注定只能待在某个地方。电脑倒是简单了不少，笔记本电脑更是可以自由活动，加上无线网络使电脑也成为一种很便捷的传输工具。报纸倒是便捷，但是它单媒体的传播途径实在是让人不太满意。对不停发展的各个媒体历史而言，可以看作是后出现的对前一种的传承和发展。例如，相对于报纸，电视有了多媒体，更加形象生动。相对于电视，电脑继承了电视机的多媒体系统同时增加了交互性和及时点播的功能。而手机收纳了电脑的一切优点还克服了方便携带的问题。

以前我们认为网络能在第一时间报道新闻的能力非常感叹，而手机也可以达到这样的效果。用电脑控制群发一个短信实在是再简单不过的事情，同时还能确定信息被我们期待的接收者确实收到了信息。

3.2即时联通强迫性的传播

关于这一点在上一个部分，已经做出比较详细的解释。总结起来因为手机信息的发送成功率好，发不出去的短信很少，一旦手机上收到这个短信就一定无可避免的要先浏览一遍。哪怕从接受到短信再到用户阅读短信内容的时间是不确定的，也无法确定用户对这样的信息是非感兴趣，至少我们可以确定信息已经安全到达了。而直接拨电话的方式，信息的到达与否和信息反馈更是立即明了。同时，因为手机无线通信方式缩短了信息的传播时间也就降低了成本，语音声讯系统更是大大提高了效率，信息反馈的结果也是一目了然。

3.3对信息传播载体的依鞭

市场上现存的手机功能差别非常的大，这是手机技术发展的速度太过于迅猛而造成的。手机的质量还不错，用个三年五年不成问题，若保护得好估计能永久使用，任凭市面上的机型功能卓越，我们对最基础的功能要求却不高，能打电话就行。先进的技术支持下产生的专属于手机的彩信业务和手机剧功能就被限制了。但这些功能是能够方便人们生活的，普及只是一个时间的问题手机技术的发展几乎是以超越了人类想象的速度发展的，所以这手机载体在用户中更新速度的问题估计还会在比较长的时间里成为一个限制。

3.4其他媒体的延伸

以媒体工作者的角度来看，我们制作电视的理论和立场相对于报纸媒体而言并没有很大差别，只不过是在能使用的工具上有了飞跃式的前进。再到网络，网络的文字信息跟报纸几乎异曲同工，当然对于网友自行发表的博客内容等不属于这个范畴，他们并不属于专业的媒体人，而视频新闻也是与电视新闻一脉相承。现在兴起的手机报、手机剧概念哪个又不是沿袭传统媒体的概念呢。简单一点，我们可以把媒体的发展看成简单的技术发展，沿用以前的传播理念用于新的载体上，然后在熟悉这新的载体以后我们又创造性的开始发展新载体的新优势，从而形成新的传播理论。科技和理论就如此互相推进的发展。

4结论

要好好发展新媒体的功能，或者说想尽快的从新媒体里面崭露头角获得好处就应该直接抓住它与众不同的传播优势，比如网络，互动是他明显的优点，所以现在发展的好的有特点的网络板块都是博客和播客一类。对于手机我们也应该学习这一发展思路。

参考文献

[1]教学设计的理论基础之传播理论(第7课)[OB/OL].

[2][加]马歇尔·麦克卢汉.麦克卢汉如是说(理解我)[M].北京：中国人民大学出版社，.

[3]手机传播的定义[OB/OL].

信道传播特性 篇3

抓住重大事件做好重点报道

新闻的特性之一，就是及时报道“人们欲知而未知或应知而未知的新近发生的事实”，也就是及时报道人们关注的重大事件。如果做不到这一点，或者抓抢新闻的速度，选择新闻价值的角度不如境外媒体，我们的对外传播工作就会十分被动。因此，抓住“大”字做好文章，及时准确地抓住重大新闻，策划采访角度和报道方式，从报道事件和报道方法两个方面，都能形成“独家”的优势，我们的对外传播就掌握了主动权。

2009年2月份，《今日中国》记者获得了2008年度中国外文局重大题材报道奖。这个奖项记录了《今日中国》在2008年4月份那场藏独风波之中，经历的一次重大事件的报道。2008年3月14日，西藏发生了有着藏独背景的骚乱事件。此事被西方对我怀有敌意的媒体和政客当作抵制北京奥运会的借口，显然这些敌对势力是害怕中国的高速发展。特别是北京奥运会的成功举办大大提升了中国在全球的影响力。《今日中国》作为一个对外传播的重要阵地，也不能例外地投身其中。当《今日中国》第一时间获知法国前总理拉法兰，将作为法国总统萨科奇特使访问中国，修复中法关系，便迅速安排资深记者大胆构想“抓大事件，访大人物，揭大秘密”，及时做好这一重大事件的报道。在法国驻华使馆的帮助下，记者如愿以偿，不仅在第一时间赢得了一个独家采访机会，而且第一个解密了萨科奇总统写给胡锦涛主席信函的全部内容。尤其值得一提的是，记者毫不回避藏独分子在巴黎阻挠奥运火炬传递的事实，请拉法兰本人回答对西藏问题的看法和立场、解决中法关系途径等问题。本篇题材重大，具有极强的针对性。及时有效地传播了中国政府在重大问题的正确观点，正确维护了国家形象和北京奥运。

这篇报道发出之后，法国驻华使馆官方网站、中国网等网站迅即转发，《今日中国》因此成为拉法兰访华这一重大新闻事件报道阵容中，最受关注的中国媒体。

抓住新奇角度做好热点报道

《今日中国》杂志作为国家重要的对外传播阵地，在长期的实践中，非常强调了解并适合不同国度的人们的认知方式，力求提高对外传播影响力。在“5.12”汶川大地震一周年前夕，派出精兵强将深入灾区，实地采访灾区的现状和民众的生活状况，以《封面故事》的形式回答了人们的悬念。一年后的追踪报道，也体现了该刊的人文关怀。

众所周知，在大地震中地处灾区的羌族受损严重，有些境外媒体甚至枉自揣测羌文化可能会因此消失。正是针对境外读者关注的这一热点话题，《今日中国》记者实地采访了位于震中的古羌王遗都——萝卜寨，写就了《废墟上的锅庄舞》。

在采访前，记者首先通过汶川文体局，了解到羌族文化的代表性元素，有释比、羊皮鼓，金丝猴法器、锅庄舞、羌绣和整个村落互相连通的、迷宫一样的建筑样式。所以，整篇地震灾区羌文化保护的报道，就是围绕这些鲜为人知的新奇的细节，来描述震灾对羌文化的破坏，描述羌人坚强的精神信仰，再现羌人的生活场景，同时详尽描述了政府为全面抢救、保护和传承羌文化正在做的实实在在的努力。这篇报道发表以后，也迅即被许多网站转发。不同文化背景的人们，不仅可以从这篇报道中获知一条十分重要的信息，即羌文化不仅不会衰落，而且在政府强有力的救护下，一定可以传承并能发扬下去，而且人们细致地了解到羌文化的许多新奇的细节，还引导读者走进了羌人“天人合一”的精神世界。

抓住事实说话做好常规报道

尽管突发事件、热点事件、重大事件是对外传播媒体绝不能疏忽的重要工作，大量的常规报道则是同样不能疏忽的日常工作。从提高对外传播的影响力来说，随时关注境外媒体对我们的种种评价，特别是歪曲和误解，加以校正和驳斥，也是十分重要的工作。新闻的特性之三就是用事实说话。只有生动的、客观的，真实的事实才具有雄辩的影响力。选择合适的采访对象，是抓住事实说话的重要手段之一。比如，针对境外媒体总喜欢以偏概全地报道中国的问题，混淆视听，《今日中国》采访报道了一些来自世界各地的在中国生活和工作的外国友人。如定居在中国的美国学者龙安志等，通过他们的切身感受，用事实说明，中国比他们未接触前想象的要好得多。杂志非常注重在常规报道中采访来自不同国度的人们，用他们的真实感受去影响他们的同胞。

低压电力线信道噪声特性分析 篇4

电力线通信 (power line communications, PLC) 是以电力线作为通信媒介的一种通信方式。电力线从来就不是一种理想的通信介质, 但随着技术的不断进步, 特别是调制技术及微电子技术的发展, 使得PLC的实用化成为可能。

如何进一步提高在电力线的通信性能, 实现高速、可靠的长距离通信, 依赖于对通信信道特性的准确把握。电力线通信信道环境的恶劣, 使得对其信道模型的建立显得更为重要。由于电力线是非专用通信线路, 其中各种干扰的时变性、随机性等特点, 使得建立其通用的精确模型困难很大。一般都是通过对电力线进行大量参数测定后, 根据统计数据, 参照无线通信的信道分析建模方法, 给出特定环境下的相对模型。本文在对电力线噪声进行分类讨论后, 对三种主要噪声给出较为准确的试验数据统计模型。

1 电力线通信信道特点

由于低压电力线主要任务是在短距离内对50/60 Hz电能实行分配, 故与专用的通信线路相比, 其信道环境极为恶劣。主要有:

(1) 在广阔的范围内遇到干扰信号。如用户的各种电气设备, 特别是陈旧的和有质量缺陷的电器, 会给电力线上传送的信号带来灾难性的干扰。

(2) 电力网络上的阻抗随负载的变化而会有大幅度的变化, 且具有较强的时变性。

(3) 由于存在较强的衰减特性, 使得电力线上的各个节点表现出的性能也不尽相同。

影响电力线通信可靠性的主要因素有:噪声电平高、阻抗变化大、信号电平衰减剧烈等。所以在对低压电力线通信信道建模时需要考虑噪声、阻抗和衰减三方面。本文将主要对噪声特性进行分析与讨论。

2 电力线噪声及其分布

电力线上的噪声源分为非人为噪声和人为噪声。非人为噪声是自然现象所引起的, 如雷电在电力线上引起的噪声;人为噪声来自各种电器、机电产品和电力线自身引起, 电力线的主要噪声并不是加性白高斯噪声, 基本特性是极短的时间周期内都可能发生变化。

2.1 噪声分类

低压电力线上的噪声一般划分为5种类型, 其功率谱分别如图1中所示。

(1) 有色背景噪声

由电力线上各种噪声源产生的组合干扰, 是一种随时间缓慢变化的随机干扰, 其功率谱密度 (PSD) 随频率增加而减小。

(2) 窄带噪声

这是一种频带很窄的噪声, 主要是短波广播在频域上的串扰, 其强度在24 h内变化不定。一般情况下, 由于电离层的反射, 夜间干扰比较严重, 而白天的干扰却较小。

(3) 与工频异步的周期性脉冲噪声

通常由大功率电器设备开关的周期性的开闭动作产生, 其功率谱为离散的谱线, 重复率在50～200 kHz范围内。

(4) 与工频同步的周期性脉冲噪声

主要是电力设备按50 Hz频率工作产生的脉冲, 重复率为50 Hz或100 Hz, 持续时间很短, 功率谱幅度随频率增加而减小。

(5) 突发性脉冲噪声

闪电或网络上负载的开关操作会产生脉冲噪声, 每个脉冲噪声都会影响很宽的频带。脉冲噪声的功率谱密度有时会比背景噪声高出50 dB。

2.2 噪声测量

低压电力线信道噪声测试的框图如图2所示。电力线噪声通过耦合网络耦合至示波器, 示波器获取噪声数据并存储后再传输至PC机进行谱分析。耦合网络主要有两个作用:一是使测试仪器与220 V的强电隔离, 保证测试设备的安全;二是耦合网络中的滤波器对测试频段外的噪声进行滤波, 减少干扰。

2.3 噪声分析

电力线噪声分布与时间、地点及负载等密切相关, 各噪声间相互独立[4]。根据对低压信道噪声数据时域和频域数据的分析, 这里我们把电力线上的噪声分成三类来分析, 其分别是:背景噪声、突发性脉冲噪声和周期性脉冲噪声。

(1) 背景噪声

如上所述, 背景噪声包括有色噪声和窄带噪声。背景噪声的主要特性是低功率的噪声源, 随频率的增大而减小, 通常可保持几秒或几分钟, 有时甚至几小时不变。其在不同频段的功率谱密度也随一定时间保持稳定。又称为稳态的背景噪声。通常晚上的背景噪声比白天大, 图3为白天和晚上所测背景噪声时域波形与功率谱。

图3 (a) 和 (b) 为在白天和晚上的噪声时域采样波形, (c) 为白天、晚上噪声PSD的比较。晚上的有色背景噪声和窄带干扰PSD比白天高出约5～15 dB。背景噪声晚上较高的可能原因是晚上用电负载的增加。

(2) 脉冲噪声

脉冲噪声是随时间 (以ms或μs级计) 变化而变化, 功率谱密度较高, 在数据传输中出现错误主要就是由脉冲噪声引起, 尤其是突发性脉冲噪声。由于突发性脉冲噪声是一随机事件, 故其特性可用随机变量来描述。典型的突发性脉冲噪声是因开关瞬态而引起的。这些脉冲的波形类似于衰减正弦波或重叠的衰减正弦波。

3 噪声模型

如上所分析, 用仿真方法对电力线通信信道内的噪声建模, 我们可根据各种噪声间相互独立的原理对其中主要的三种噪声分别建模:背景噪声、突发性脉冲噪声和周期性脉冲噪声。

3.1 背景噪声

3.1.1 有色背景噪声

按图4用白噪声源经过滤波生成, 噪声整形滤波器可用传递函数 (Z变换) 来描述:

undefined. (1)

式中, 函数的分子部分B (Z) 表示的是移动平均 (MA) 部分, 其分母A (Z) 表示的是自回归 (AR) 部分。模型参数由噪声源的方差σ2和滤波器系数组成。通过使用AR处理模型, 即:B (Z) =1, 参数可以用Burg算法得到。由于有色背景噪声的功率谱密度随时间的变化很慢, 所以一般只有在改变模拟的噪声环境时, 该参数才需要变更。

3.1.2 窄带噪声

窄带噪声可通过如下N个独立的正弦函数叠加来描述:

undefined. (2)

幅度与频率由统计结果得出, 相位随机。式中, fi为每个载波的频率;Ai (t) 为幅度;φi为相位。

3.2 突发性脉冲噪声

根据观察, 多数脉冲的包络呈三角形且脉冲的下降较上升沿长, 因此仿真中利用三角形包络的正弦波模拟单个脉冲。而且通过前面对突发性脉冲噪声的功率谱的分析, 可以考虑脉冲噪声可以用叠加衰减的正弦波来描述它。通过对计算脉冲噪声功率谱可以分析得到构成脉冲噪声的主要正弦波频率及它们的幅度比, 再用这些叠加的正弦波乘以包络, 最后在叠加上背景噪声便得到其时域模型。

图5是仿真结果, 可以看出模型在时域上和原数据吻合度较好, 由于该模型是通过频域分析来建立的, 其在频域上也能很好的反应突发性脉冲噪声的特点。

3.3 周期性脉冲噪声

对周期性脉冲噪声进行时域建模。根据观察, 多数脉冲的包络呈三角形且脉冲的下降沿较上升沿长, 因此仿真中利用三角形包络的正弦波模拟单个脉冲。正弦波的频率和幅值以及脉冲出现的周期由对大量测量结果的统计得到。噪声模型为将脉冲模型与背景噪声模型叠加的结果。其具体建模方法大体上与突发性脉冲噪声的建模方法相同。图6给出仿真结果, 从结果可以看出模型较好地描述了时域和频域特性。

实践证明通过以上方法所建立的噪声模型在时域上和频域上都能较好地模拟低压电力线噪声。

4 结论

本文在对电力线信道进行简要讨论后, 对电力线噪声进行了详细的分类讨论, 对主要干扰电力线通信的背景噪声、突发性脉冲噪声和周期性脉冲噪声, 给出了根据试验统计数据得出的模型。但由于电力线干扰的时变性、随机性等的特点, 上述模型的精确性还依赖于特定的试验环境, 对模型的进一步优化还有待更多试验数据的获取。

参考文献

[1]Hooijen O G.A Channel Model for the ResidentialPower Circuit Used as a Digital Communications Me-dium[J].IEEE Trans on Electromagnetic Compatibili-ty, 1998, 40 (4) :331-336.

[2]Vines R M.Noise on Residential Power DistributionCircuit[J].IEEE Trans on Electron Compa, 1984, 26 (4) :13-21.

[3]Zimmermann M, Dostert K.The Low Voltage PowerDistribution Network as Last Mile Access Network-Signal Propagation and Noise Scenario in the HF-Range[J].Int J Electron Commun (AEU) , 2000, 54 (1) :131-138.

[4]Zimmermann M, Dostert K.An Analysis of the Broad-band Noise Scenario in Powerline Networks[C].Pro-ceedings of the 4th International Symposium on Pow-erline Communications and its Applcations, LimerickIreland, 2000:27-31.

[5]张有兵, 程时杰, 何海波.低压电力线高频载波通信信道的建模研究[J].电力系统自动化, 2002, 26 (23) :62-66.

海洋大气波导信道特性分析与应用 篇5

大气波导是影响无线电系统工作的一种重要环境因素, 它可以捕获30 MHz以上的无线电波, 使其以很低的衰减进行超视距传播, 如对雷达系统来说, 大气波导可形成雷达盲区, 也可使雷达波束产生超视距目标探测。随着信息技术和信息化武器装备在现代战争中的广泛运用, 对复杂环境中电子信息系统的作战效能提出了非常高的要求。通常系统设计时一般只考虑标准大气情况, 当大气波导传播等反常传播情况出现时, 雷达、通信、干扰和预警等电子信息装备的作用距离、范围等将产生重大改变, 如果不能及时了解这种变化, 将使信息系统失去应有的作战能力, 甚至改变战场态势。因此需要研究大气波导的环境特征及实时预报波导参数的可能性, 并研究大气波导对电子信息系统的性能评估方法, 目前已从不同的角度对大气波导开展了大量的研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。由于海上为大气波导的频繁区, 针对海上大气波导讨论大气波导的测量、预测以及大气波导环境特征的统计情况, 介绍了主要的波导传播特性计算方法, 讨论了波导传播对电子信息系统的影响评估方法及其在大气波导信息辅助决策方面的应用。

1 大气波导环境特性

在一定的水文气象条件下, 在大气边界层尤其是在近地层中传播的电磁波, 受大气折射的影响, 其传播轨迹折向地面, 当电波射线曲率超过地球表面曲率时, 电磁波会被陷获在一定厚度的大气薄层内, 仿佛电磁波在金属波导管中传播一样, 这种现象称为大气波导传播, 形成波导传播的大气薄层称为大气波导层。大气折射的几种情形如表1所示, 其几何示意如图1所示。

表1中, N为大气折射率;M为考虑地球曲率的修正折射率;d N/dh为大气折射率的高度梯度。一般情况下如开阔海域, 折射率的水平变化相对于垂直变化可以忽略, 但在岸—海交界等不均匀条件下, 水平和方位向也会有复杂的变化。海上大气波导一般分为3种:蒸发波导、表面波导和抬升波导。蒸发波导在全球所有海域和时间内都可能存在, 只是波导概率、高度和强度不同, 具有较高的利用价值。表面波导和抬升波导尽管出现概率较小, 但也会造成较大的反常传播效应。

1.1 大气波导测量和预测

通常通过大气折射率剖面的测量结果获得大气波导环境特性。由于波导层的出现与否是由折射率梯度确定的, 所以获得不同高度上具有足够分辨率的大气折射率, 就可以判断波导环境是否出现。常用的折射率测量方法有直接测量和间接测量2种。

1.1.1 气象探空仪测量

通过大气温湿压测量换算为大气折射率。对流层气体的折射率与气象参数的关系为:

式中, n为折射指数;T为温度 (K) ;e为水汽压力 (h Pa) ;P为大气压力 (h Pa) 。

1.1.2 微波折射率仪测量

微波折射率仪是直接、快速、准确测定空气折射率的专用设备, 可利用不同平台直接测得不同高度上的大气折射率。

对流层波导预测预报研究需要区分不同的波导类型, 根据它们出现的成因, 分别使用适合不同波导类型的预测预报方法:

(1) 通过分析沿海区域出现波导的天气形势、部位和有关天气要素, 以及天气形势、天气要素的发展变化对波导结构发生发展和消亡过程的影响, 得到沿海区域波导结构出现的预报方法[4,5];

(2) 海上水文气象参数的测量预报, 如基于相似理论的PJ模型、NPS模型和伪折射率模型等典型海上蒸发波导环境预测模式;

(3) 基于MM5等中尺度气象模式, 通过数据同化处理、初始场和边界方案的选取进行区域大气波导数值预测预报。

近年来, 也有越来越多的其他方法来研究波导剖面的预测, 其原理大多是根据电波在大气中的传播特性来反演大气折射率剖面, 如利用GPS系统的掩星技术、地基GPS散射接收反演技术和利用雷达海面回波反演方法等。

1.2 典型海域大气波导统计

我国东海、南海区域是大气波导频繁区, 通过实验测试和分析, 该海域大气波导出现概率和波导参数有如下规律:东海和南海蒸发波导的年出现概率一般在85%左右, 早上和晚上出现概率较高, 通常在85%~90%, 中午蒸发波导的出现概率较低, 一般在80%, 季节变化不甚明显;各海区蒸发波导年平均高度一般在15 m左右;海上低空大气波导出现概率在15%~40%, 下午比上午概率高, 四季中夏季较高, 冬季较低 (有些区域例外) , 海上低空大气波导强度平均值约为5~15 M, 平均厚度在60~150 m左右, 四季中夏季较厚, 冬季较薄;波导顶高在500~1 500 m, 波导底高在400~1 400 m, 其中贴海波导出现概率约为5%~20%, 贴海波导高度在60~80 m, 强度约为10 M。

2 大气波导传播算法

大气波导传播计算方法有统计方法和从麦克斯韦方程组简化得到的数值方法。可以根据大气波导环境统计结果进行大气波导传播统计分析。基于测量数据的经验性统计预测方法如下:

假定地球表面光滑, 对流层波导传播p%时间不超过的衰减为:

式中, Af为天线与对流层波导结构间的耦合衰减;Agt为大气气体吸收水平路径衰减;Av为对流层波导中和时间百分数与距离有关的衰减。各分量的详细计算公式见有关文献。

对流层波导传播p%时间超过的基本传输损耗为:

目前比较成熟的波导传播计算理论有3种:波导模理论、抛物方程数值方法和几何光学理论, 这几种方法各有其优缺点。除以上方法外, 还有将各种方法优势相结合的混合算法, 如抛物方程与高斯波束结合的算法、无线电物理光学 (RPO) 模式等。其中RPO模式被美国海军AREPS软件所采用, 具有较好的计算性能。

3 大气波导在信息系统中的应用

针对信息系统中不同的任务要求, 大气波导环境特性研究和传播理论研究成果可应用于电子信息系统的性能评估与辅助决策, 为在大气波导环境条件下信息系统应用提供基础信息保障。

基于测量或预测获得的大气折射率剖面, 结合实际无线电系统的频率、高度和仰角等参数, 经传播计算得到电波能量的空间分布, 进一步处理得到适合于特定电子信息系统应用或辅助决策信息, 如随时间和空间分布的传播损耗、传播因子、信噪比和目标探测概率等。

海上信息系统在执行任务时应考虑大气波导的影响。例如, 舰载雷达天线如位于大气波导内, 则可以探测超视距远距离海上或低空目标, 另外正常视距范围内的低空目标则有可能处于大气波导的顶层探测盲区;在标准大气情况下, 电子干扰机位于较高的位置才能获得较远的干扰距离。但存在大气波导时, 利用大气折射率剖面分析结果和电波能量空间分布图, 电子干扰机不必有较大的高度, 调整自身位置到波导内, 其干扰效果就会大大增强;在电子支援措施 (ESM) 中, 一方面要检测敌方目标, 为电子干扰、威胁检测及告警提供所需的信息, 另一方面要了解我方被攻击的弱点, 为威胁检测、告警和逃逸提供信息, 这都要求了解电波能量的空间、时间分布图。

在通信与侦察中同样可以加以利用和合理规避大气波导效应, 评估通信、侦察或干扰能力对设备和环境的要求。假设频率为L波段, 辐射功率40 d Bm, 距离250 km, 收发天线海拔高度区间为100~2 000 m, 带宽为2 MHz, 载噪比C/N为10 d B, 分析传播损耗与G/T值 (通信、侦收或干扰系统天线增益和噪声比) 之间的关系。天线接收信号C/N值为:

代入已知数据可得:

取系统等效噪声温度为300 K,

式中, Lf为电路基本传输损耗;G为满足通信、侦察和干扰条件 (C/N=10 d B) 的天线增益。根据天线增益和效率, 可估计出天线实际大小。在波导高度为450~550 m条件下计算传播损耗, 然后求得所需接收天线增益如表2所示。

(d B)

可以看出, 大气波导 (低空波导和蒸发波导) 超视距情况下, 在一定的天线增益条件下, 可获得较好的通信、侦察和干扰能力。

C波段、蒸发波导高度为30 m、强度为30 M时的传播损耗如图2所示。蒸发波导高度为10 m、强度为10 M时, 目标RCS为2 m2情况下的雷达作用距离计算结果如表3所示。

(km)

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