文摘

定量分析和预测无线衰减是必要的为了提高卫星地球通信链路的可靠性和经济有效的设计。出于这个原因,许多国家努力发展自己的雨衰减预测模型是适合他们的雨的环境。在本文中,我们目前的结果测量垂直偏振rain-induced衰减的信号传播在12.25 GHz一定的降雨事件,发生在雨中湿季在2001年和2007年的韩国。雨在链接路径衰减测量实验并与使用ITU-R模型获得的衰减。

1。介绍

微波信号传播穿过大气层被蒸汽减毒,雾,氧气,雨,和其他气体。最严重的衰减是由降雨引起的;此外,在22个GHz或60 GHz频率,增加信号退化由于蒸汽或氧气。在高频段,即10 GHz以上,由于降雨衰减增加进一步(1,2]。

许多雨衰减预测模型已经开发,协助设计有效的卫星地球通信链接,例如,国际电信联盟无线电通信部门(ITU-R)模型。这些模型是使用雨衰减为降雨环境统计数据本地其他国家;因此,由于他们的区域特点,这些模型不能用于研究降雨环境下的雨衰减的影响。近年来,一些城市在韩国经历了罕见的暴雨时期,据气象学家,是造成城市热岛现象。因此,这将是非常有趣的,看看最近的雨衰减数据测量相比之下在韩国使用ITU-R方法获得的值。

2。一个简短的背景对现有雨率和雨衰减模型

2.1。ITU-R P.837-5雨率模型

该模型的基本原理(3涉及到使用一个数据库的参数(,,),该数据库可以从ITU 3 m集团的网站。每个参数是匹配的一对(经度、纬度)。MATLAB脚本关联模型的实现可以从相同的网站。这些脚本简化雨的累积分布函数的计算速度。用户只需要输入超过数的概率值,和地球站的经度和纬度分析。的方法推导出雨率超过了对于一个给定的概率平均一年,和一个给定的位置如下4]。

步骤1。提取的变量(,,)最近的四个点的纬度()和经度(期望位置的地理坐标。纬度电网延伸到+ 90°N−90°S在步骤1.125°的步骤;经度电网延伸从0°- 360°的步骤1.125°。

步骤2。的值,,在四个网格点,获得的值,,在所需的位置进行双线性插值,所述推荐ITU-R P.1144。

步骤3。转换和来和如下:

步骤4。推导出比例平均年雨的概率,,从
如果等于零的时候,下雨的可能性比例平均每年的降雨率超过任何比例的平均每年都等于零。在这种情况下,以下步骤是不必要的。

第5步。推导出降雨率,,超过平均一年,,从 在哪里

2.2。ITU-R P.618-9雨衰减模型

的ITU-R P.618-9 [5]雨雨衰减模型使用速度衰减估计的概率水平为0.01%。这个模型被派生的对数正态分布分布的基础上,重点一般降雨强度和衰减分布符合对数正态分布分布。在水平和垂直方向不均匀性在雨中占预测。该模型适用于4-55 GHz频率范围和0.001 - -5%比例概率范围。的估计的长期统计斜射线雨衰减频率在给定位置多达55 GHz得到根据下面给出的程序。此过程中使用以下参数(4]: :点位置的降雨率0.01%的平均年(毫米/小时), :地球站的高度高于平均海平面(公里) :仰角(°), :纬度地球站(°), :频率(GHz), :有效地球半径(8500公里)。

如果本地数据的高度高于平均海平面地球站不可用,估计可以获得地图的地形海拔给出建议ITU-R P.1511。

步骤1。雨决定高度,,给出推荐ITU-R P.839。

步骤2。为计算倾斜路径长度,雨,低于高度使用

步骤3。计算水平投影,倾斜的路径长度

步骤4。获得降雨率,,超过0.01%的平均年(积分时间为1分钟)。如果这个长期统计无法从当地获取数据源,估计可以获得地图的降雨率给出建议ITU-R P.837。如果等于零,预测降雨衰减为零的任何时间的百分比,和步骤5不需要执行。

第5步。获得具体的衰减,使用频率相关系数给出建议ITU-R P.838降雨率,,确定从步骤4,使用

步骤6。计算水平换算系数,0.01%的时间

步骤7。计算垂直调整因素,0.01%的时间 如果, 别的, 如果, 别的, 因此,

步骤8。有效的路径长度

第9步。预测的衰减获得超过0.01%的平均年使用

第10步。估计衰减为其他比例的平均超过一年,在0.001 - -5%的范围内,确定从衰减平均每年超过0.01%。
如果或, 如果或和, 否则,

3所示。收到信标信号电平和雨率

在这项研究中,我们选择Koreasat-3使用ku波段(14 ghz / 12 ghz)频率,分析了信标信号电平数据根据2001年的降雨率(6)和2007年,分别。

雨雨率来衡量,我们使用时安装的测量系统在卫星控制办公室成立。Koreasat-3控制设备被用来测量信号电平灯塔。两个测量系统的方框图如图1和2。

如图1首先是收集,积累雨率数据在数据记录器,然后保存在电脑上。雨率数据可能被保存在10分钟或10的间隔。雨率数据收集时间间隔10。(雨率,毫米/小时,可以通过以下公式计算使用瞬时雨率通过雨量计测量: 在哪里瞬时雨率测量雨量计和采样每隔10某一分钟。

在图所示的实验系统2保存接收到的信标信号电平(间隔(表1)。

卡塞格伦天线专门为Koreasat-3被用来接收信标信号。为了补偿功率的变化引起的扰动的传播卫星位于地球静止轨道,steptrack跟踪系统使用。

由于降雨量的衰减量的路径是由测量天气晴朗衰减值的偏差在不同降雨率使用翻斗式雨量计记录,通常提供了一个很好的近似瞬时雨率。

4所示。比较预测和测量降雨衰减

图3提供了一个比较的统计结果雨率获得使用ITU-R模型和测量降雨率;雨率获得使用ITU-R P.837-5模型(预测值)低于雨电子和电信研究所获得的利率(电子)7,8(测量值),除非时间百分比是0.001%。降雨率在0.01%的时间里,这是一个重要的参数来预测降雨衰减,大约是59毫米/小时,通过电子通信,和50毫米/小时,所显示ITU-R P.837-5模型。这种差异在使用获得的值,则说明雨率ITU-R P.837-5模型不能完全反映韩国当地的降雨特征。据报道,气候变化从温带到亚热带地区(9]。韩国气象局(KMI)分析了过去10年的平均降雨量(1998 - 2008)和过去30年(1971 - 2000)在韩国15个不同地区和比较两组值。他们找到了一个比正常年份(增长9.1%10]。

因此,ITU-R P.837-5模型给出了错误的雨率分布和雨衰减值在韩国广播链接。

图4显示的实际降雨衰减测量Koreasat-3 yong)在2001年和2007年的卫星控制办公室。2001年雨衰减是类似于2007年。雨衰减值ITU-R预测的模型被认为是低于实际值。在降雨率低,预测和实际值之间的差别更大。

雨的累积分布函数获得速度和衰减数据集与获得的预测函数从不同地空间路径预测模型,包括生理的和实证的。ITU-R测试变量被用作错误度量;这个变量定义在推荐ITU-R P.311-11 [11] 在哪里使用ITU-R衰减预测方法和吗从测量数据衰减估计(分贝)。

模型测试下排名根据误差的均方根。RMS估计通过使用下面的公式:

错误被定义为的进化

实验和之间的误差变量估计累积分布表2。

ITU-R模型之间的误差预测和2001年获得的实际价值(23)变化极大,最小值为0.27和0.53的最大价值。ITU-R模型之间的误差预测和2007年获得的实际价值(23同样存在着很大的差别,最小值为0.16,最大值为0.63。此外,ITU-R模型预测显示了一个大的差异从RMS的实际价值比例在2001年和2007年的43%和40%,分别。

从图4和表2,我们可以观察到有很大的区别的预测值和实际值雨衰减。这是因为ITU-R Rec。618 - 9模型首先获得雨率()时间比例的0.01%,然后延伸到整个时间百分比。虽然有必要获得确切的雨率()一段时间比例的0.01%来预测降雨衰减,雨率获得使用ITU-R模型不能反映韩国当地的降雨特征,如图3。

5。结论

在12.25 GHz乐队雨衰减测量两年- 2001年和2007年。测量数据的统计特性进行了研究。12.25 GHz的雨衰减测量带雨yong)与利率ITU-R预测的模型。本研究的主要结果和结论可以概括如下。(1)雨率获得使用ITU-R P.837-4模型低于测量的电子和电信研究所(电子)7,8),除了时间比例的0.001%;此外,预测降雨率不能反映韩国当地的降雨特征。(2)雨衰减值预测的ITU-R模型低于实际值,和较低的时间百分比差异更大。(3)ITU-R模型预测是相当不同的从RMS的实际价值比例在2001年和2007年的49%和47%,分别。

当前的结果将作为卫星系统设计师在改善好的工具在韩国通信卫星系统。

承认

本研究从朝鲜大学研究基金的支持下,2011年。